非常见问题

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James Bryant ,
欧洲区的应用经理

为什么很多现代ADC的信号带宽要远远大于其最大采样频率?根据采样理论,信号频率不是应该限制为采样频率的一半吗?还有,输入级带宽较小不是可以降低功耗吗?

在过去十年间,这点确实已经成为采样ADC的一种常见特性。不过,由于输入级通常包括开关电容采样电路,因此带宽增加几乎未对ADC功耗造成太大影响。在带有输入缓冲器的ADC中,这些放大器的功耗与其带宽大致成比例,但随着现代放大器工艺的继续发展,每一代放大器在带宽方面都有所增加,而功耗却不断下降。

根据采样理论,对复杂信号(由数种不同频率的分量信号组成)进行采样时,如果采样时钟频率不到信号中最大频率的两倍,则会出现一种称为“混叠”的现象。当采样时钟频率足够低时,则导致一种称为“欠采样”的混叠。

在早期数据采样系统中,输入信号几乎始终是基带信号,信号频率范围为直流(如果已进行交流耦合,则为接近直流)至截止频率,后者通常由低通滤波器(LPF)决定。此类系统中一旦出现混叠现象,即会妨碍正常操作,并可能会导致严重问题。

但在信号的总带宽不到采样频率的一半时,如果对采样频率与信号频率范围之间的关系加以正确定义,那么混叠并不会带来问题。如今,很多数据采样系统处理频率较高但带宽相对较窄、时钟频率较低的信号,如数字广播的中频(IF)信号。这类系统中的ADC必须具有宽信号带宽,但最大时钟频率不需要太高。

正如我们在之前的一篇非常见问题解答中看到的,通过增加采样时钟速率,可以提高数据采样系统的分辨率。该程序称为“过采样”。如果信号带宽很小,则即使信号频率很高,我们仍旧可以使用您在提问中描述的ADC来构建高性能系统;在该系统中,时钟频率远远超过信号带宽,但却要远远低于信号的中心频率。初看起来可能觉得不可思议,不过此类系统的确同时具有欠采样和过采样功能。

1通常称作奈奎斯特或奈奎斯特-香农采样理论,以最先提出其理论基础的哈里·奈奎斯特和克劳德·香农两人的名字命名。

2RAQ 13 - “您可能会觉得有点高深莫测,但其实Σ-Δ转换器并不难懂。”


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James Bryant拥有英国利兹大学的物理学和哲学学位。他还是注册工程师(C.Eng.)、欧洲注册工程师(Eur.Eng.)、电机工程师协会会员(MIEE)以及对外广播新闻处(FBIS)会员。