10.4 带宽与频率 - 子采样概念

+荐课 提问/讨论 评论 收藏 分享
大家好,欢迎观看 TI 高精度 实验室 TIPL 4700,其中介绍带宽与频率概念。 在本视频中,我们将讨论奈奎斯特 频率、混叠、欠采样和 输入带宽的概念。 在对模拟信号进行采样时,我们首先 会产生这样的疑问:我们为何需要对模拟 信号进行采样并将其转换到数字域? 之所以将模拟信号转换到数字域, 是因为可以通过数字形式轻松地 处理和保存它们。 为了更好地理解采样,让我们首先看一张 基本的示意图。 该示意图中显示了一个向 ADC 的输入端 施加的模拟信号,其频率为 Fin,该信号 以采样频率 Fs转换为数字数据。 ADC 的采样频率是 ADC 捕获模拟 信号的样本并将其转换为数字 数据的频率。 现在,我们知道需要将模拟信号 转换到数字域,以进行处理和 数据存储。 您会想到的下一个问题是 应以多高的频率对模拟信号进行采样。 有一条定理称为奈奎斯特-香农 采样定理,它告诉我们应以多高的频率对 模拟信号进行采样,以保留信号中包含的 所有信息。 该定理指出,采样频率应 高于需要进行采样的模拟 信号中所包含最高频率的两倍。 或者换句话说,Fin应始终小于 Fs/2。 屏幕中的图显示了一个每个周期进行 五次采样的模拟信号。 采样以红色标记表示。 采样频率是信号输入频率的 五倍。 这符合 Fin 小于Fs/2 的奈奎斯特准则, 我们应该能够提取模拟信号中 包含的所有信息。 以高于奈奎斯特频率的频率对信号进行采样 称为过采样。 什么是混叠或欠采样? 术语混叠的意思是假名。 当未满足奈奎斯特 准则、Fin 大于Fs/2 时,会发生 混叠,此时无法从高频 信号中区分低频信号。 如图中所示,红色信号的频率是 10/9 乘以 Fs,蓝色信号的频率 是 1/9 乘以 Fs。 两个信号都以采样频率 Fs 进行采样。 在采样之后,无法从蓝色信号中 区分红色信号。 ADC 的这两个输入信号的频率看起来都像是 1/9 乘以 Fs。 因此,有人可能会说该信号 已进行向下混叠,或以 蓝色信号的频率进行欠采样。 现在让我们在频域中查看 过采样和欠采样。 在两种情况下,以不同的采样 频率对同一信号进行采样。 当对信号进行过采样,即信号的 输入频率低于采样率的一半时, 如奈奎斯特定理所述, ADC 输出能够正确地表示 输入信号,而当对信号进行 欠采样,即信号的输入 频率高于采样率的 一半时,输入信号会向下 混叠至较低的频率,因此我们 不会得到输入信号的 正确表示。 奈奎斯特区域。 在谈论高速数据转换器时, 常常会使用术语奈奎斯特区域。 ADC 的频谱根据采样 频率分为不同的 区域。 每个奈奎斯特区域的带宽为数据转换器 采样率的一半。 如图中所示,第一个奈奎斯特 区域从直流至 Fs/2,第二个奈奎斯特区域从 Fs/2 至 Fs,依此类推。 实际混叠示例。 首先,混叠可能似乎是不利的。 不过,它可能很有用。 最有用的性质是将频率较高的信号与频率较低的 信号相混合。 这会因为无需额外的 混频器级而转换为成本节省、电力节省 或板空间节省。 要实现这些有利的节省, 必须在进行频率规划和 ADC 选择时十分小心。 在前面的示例中,我们使用了单频信号。 实际上,单频信号 在系统中很少存在。 大多数系统使用宽带信号。 可以将宽带信号简单地定义为指定带宽中内的 许多频率。 在进行频率规划以使用 混叠时,应记住两点。 第一,输入信号带宽 应小于采样率的一半。 第二,信号应完全处于单个奈奎斯特 区域中。 也就是说,信号不应同时涵盖两个奈奎斯特区域。 我们已了解到,在对信号进行欠采样时, 它将向下混叠到第一个奈奎斯特区域中。 为了理解采样和混叠并使其 可视化,我们使用纸扇折叠技术。 我们假设有一张透明的纸,它每半个采样率 折叠一次。 就像一把折扇一样,每一折的大小等于 一个奈奎斯特区域。 为了使采样的效果可视化,我们将纸 折叠并观察到不同奈奎斯特区域中的 所有信号都已经叠加到第一个 奈奎斯特区域,无法将其区分开。 为了更好地理解混叠和频率折叠, 我们使用不断增加的频率将信号扫描到 不同的奈奎斯特区域中,然后可以观察到混叠 和折叠之后生成的频谱,因为它会显示在第一个 奈奎斯特区域中。 当信号的频率在奇数奈奎斯特 区域中增加时可以观察到它,信号似乎 从 0 移至 Fs/2。 但当我们在偶数奈奎斯特 区域中增加信号频率时,混叠信号会从 Fs 移回至 0。 此外,对于偶数奈奎斯特区域, 频谱将以相反的顺序显示。 对于奇数奈奎斯特区域,它将按原始顺序显示。 现在,让我们了解一下可以使用什么类型的 ADC 进行欠采样,以及在选择 ADC 时应考虑哪些其他因素。 在采样率之后,第二重要的参数是 ADC 的 模拟带宽。 模拟输入带宽是基波的 功率相对于低频值降低 3dB 的模拟输入频率。 TI 提供了许多可以执行欠采样的器件。 一款此类器件是 ADC12DJI3200。 它是一款 12 位ADC,能够在单通道 模式下以高达 6.4 千兆个样本/秒的采样率进行采样, 以及在双通道模式下以高达 3.2千兆个样本/秒的采样率进行采样。 它具有 8 千兆赫兹的模拟输入带宽,这意味着 它可以在第一、第二、第三和第四个奈奎斯特区域中 对信号进行采样。 本视频到此结束。 感谢您的观看。162
课程介绍 共计9课时,2小时6分38秒

[高精度实验室] ADC系列 10 : 高速模数转换器 (ADC) 基础

ADC 数据转换器 高精度实验室 信号处理 调制 TIPL

本系列视频介绍了不同种类的前端拓扑,这些拓扑可以用于驱动ADC的输入信号。首先讨论常见类型的调制,然后深入探究相位和振幅调制及其背后的数学原理,从而介绍实调制和复调制的概念,讨论复调制的用法并综合示例 ...

推荐帖子

有关lm3s6911中的systick的疑问
小弟我有个疑问,在配置systick的时候,如果像下面代码配置systick重载值为系统时钟频率除以1000。是不是就代表1ms进一次systick中断?SysTickPeriodSet(SysCtlClockGet()/1000)复制代码...
wwwming0329 微控制器 MCU
2407的ADC
请问为什么2407的ADC 转换结果要存储在RESULTx的高十位,编程的时候还得进行移位 何必这么麻烦呢 这样设计的目的是什么?...
deeply 微控制器 MCU
LED PWM调光技术及设计注意点
本帖最后由 qwqwqw2088 于 2015-6-26 17:25 编辑        无论LED是经由降压、升压、降压/升压或线性稳压器驱动,连接每一个驱动电路最常见的线程就是须要控制光的输出。现今仅有很少数的应用只需要开和关的简单功能,绝大多数都需要从0~100%去微调亮度。目前,针对亮度控制方面,主要的两种解决方案为线性调节LED的电流(模拟调光...
qwqwqw2088 模拟与混合信号
InitXintf16Gpio与InitXintf32Gpio有啥区别?
DSP2833x_Xintf.c中的InitXintf16Gpio与InitXintf32Gpio两个函数有啥区别?...
喜鹊王子 DSP 与 ARM 处理器

06010601

好好学习,天天向上!

2020年02月01日 21:25:00

zx1988ZX

好好学习,天天向上!

2019年12月08日 14:10:44

hawkier

好好地学习了

2019年10月23日 18:42:27

shakencity

ADC 9 : 了解和比较高速模数(ADC)和数模转换器(DAC)转换器架构

2019年10月22日 14:51:01

大明58

[高精度实验室] ADC 9 : 了解和比较高速模数(ADC)和数模转换器(DAC)转换器架构

2019年10月11日 14:09:49

hellokt43

了解和比较高速模数(ADC)和数模转换器(DAC)转换器架构

2019年06月30日 13:17:54

54chenjq

了解和比较高速模数(ADC)和数模转换器(DAC)转换器架构

2019年06月13日 21:28:23

dingxilindy

看视频,好好学习一下

2019年06月04日 15:42:02

豪情2018

看视频,好好学习一下

2019年06月04日 09:23:29

zwei9

看视频学习

2019年06月03日 13:19:50

分享到X
微博
QQ
QQ空间
微信

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新文章 手机版

站点相关: EEWORLD首页 EE大学堂 论坛 下载中心 Datasheet 活动专区 博客

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2021 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved