信号采样理论与模数前端技术.ppt

电子科技大学：王 洪 主要内容 2.1 概述 2.2 低通和带通采样定理 2.3 A/D转换技术 2.4 并行采集技术 2.5 D/A转换技术 2.2 低通和带通采样定理 1. 低通抽样定理：设有一个频率带限信号 x(t)，其频带限制在 ( 0, fh ) 之间，如果以不小于fs＝2fh 的采样速率对 x(t) 进行等间隔采样，得到时间离散的采样信号 x(n) ＝ x(nTs) （其中Ts＝1/fs称为采样间隔）,则原信号 x(t) 将被所得的采样值 x(n) 完全地确定 (定理的实质与目的) 注意： 1） 上述采样定理的适用前提条件是：只允许在其中的一个频带上存在信号，而不允许在不同的频带上同时存在信号，否则将引起混叠。 2） 为了能使用最低采样速率即：f S = 2B ，带通信号的中心频率必须满足 即信号的最高频率加上最低频率是带宽的整数倍。 3） 带通采样的结果是把位于 ( nB, (n+1)B ) ( n=0, 1, 2 …. ) 不同频带上的信号，都挪位于 (0, B) 上相同的基带信号频谱来表示，但是当 n 为奇数时，其频率对应关系是相对于中心频率“反折”的，即奇数通带上的高频分量对应基带上的低频分量，奇数通带上的低频分量对应基带上的高频分量。 理想能成为现实吗？ 1）由带通采样定理知：当采样速率fs固定的时候，该模型所能处理的信号的中心频率只 有有限的几个，即： 2）该模型要求 A/D 前面的抗混叠滤波器在整个频带上保持相同的滤波器带宽和阻带特性，这几乎是不可能做到的。 问题的解决?超外差接收体制 该模型先用一个本振信号与被数字化的输入信号进行混频，将其变换为统一的中频信号，然后进行数字化。 这样，A/D之前的信号的中心频率是固定不变的，如果 fo 取值恰当，则A/D前的抗混叠滤波器就会容易的多。 (2) 宽带中频采样数字化 主要特点： 1） 处理带宽B Bs（信号带宽），中频带宽内包含有多个信道，至于对带宽B内位于某一特定信道上的信号所需进行的解调、分析、识别等处理，将由后续的信号处理器及软件来完成。 2） 通过加载不同的信号处理软件可以实现对不同体制，不同带宽以及不同种类的信号的接收解调以及其他处理任务，这样对信号的环境的适应性以及可扩展能力就大大提高了。 3） 由于中频带宽增加了，本振信号就可以按照大步进来设计，这样可以大大简化本振源的设计，有利于减小体积，改善性能，降低成本。 (3) 射频直接带通采样原理 主要特点： 1）以上模型通常用于单独对一个信号进行接收解调的时候。 2）天线与A/D之间比较接近，只有跟踪滤波器和放大器。如果A/D灵敏度足够高，连放大器都可以不要。因此这种结构和理想化的软件无线电是比较接近的。 3）存在“盲区”--完美只是一种理想 在采样前和采样后一般需要对信号进行滤波： 在采样前滤波：保证只对感兴趣的信号进行采样，滤出其他信号、干扰信号和噪声，保证信号噪声比。 在采样后滤波：对于宽带信号的单个信道进行分析时，必须首先拾取该信道的信号，就需要滤波处理。 如何设计滤波器？滤波器对 信号是否造成损失？如何对 待过渡带信号？ 解决方法： 对这些“盲区”通过选择适合的采样频率进行“异频”或“异速率”采样。（见下图） 根据带通采样定理，为了对中心频率为f’om的这一“盲区”频带进行采样数字化，所要求的采样速率为： （1） 易知“盲区”中心频率为： （2） 将式2代入式1，可得： （3） 在式3中，m取不同的值对应不同的“盲区”，而n的选取应尽量使 fsm 靠近 fs（但小于fs），以减小采样振荡器的频率设置范围。所以可以取n＝ m＋1，这时有：