奈奎斯特抽样定理:保护信号特征

关键的外卖

• 奈奎斯特抽样定理提供了娱乐的最小采样率信号。

• 相对于奈奎斯特采样率定理可以提供数据不足或引入噪声信号。

• 设计师可以改善过采样结果通过使用一些电路设计技术。

奈奎斯特抽样定理治理电视转换器的操作箱的一部分。

虽然有越来越多的转向数码电子产品的性能和尺寸缺点,传感器和输出仍然绑定到模拟世界。信号转换必须注意一些基本实践保持一致性和质量,也许没有一个比奈奎斯特采样定理的定义。尼奎斯特定理给出了电路设计师临界采样率目标对于一个给定的频率,确保足够的数据来重建信号的捕获整个转换过程准确。

混叠的例子

奈奎斯特抽样定理指导信号娱乐

很显然,Nyquist-Shannon抽样定理(通常指速记奈奎斯特抽样定理)列出了最低采样率重建模拟信号数字不引入失真:1 / (2 B)秒,B是信号的带宽。采样信号小于奈奎斯特速率并没有提供足够的数据来定位信号的波峰和波谷;由于信号缺失的信息,有可能是误解的接收机作为一个完全不同的信号,导致混叠失真。尼奎斯特可以样品更复杂的正弦和余弦信号组成的组件(如信号的傅里叶级数表示),采样速度的两倍频率最高的组件。

混叠是扭曲的更著名的形式之一,尽管大多数听的环境中(即反锯齿措施。、预防方法)。从本质上讲,混叠不允许采样以足够快的速度来捕获信号改变。视觉的例子就是频闪效应:想象一个杆转动速度和频率相同的闪光灯。每次打开,杆的位置不变。闪光灯的频率略大于或小于旋转周期似乎有对象慢慢旋转的后退或前进。最近的一个变体的频闪效应匹配一个摄像头的捕获率的非零的整数倍数水的速度下降的水龙头,给一个固定的视觉错觉,站在水柱水龙头头和水槽之间。

有三个可能的情况下,奈奎斯特采样率,这是理解这些适用于所有组件的关键波形的频率:

• Undersampled -奈奎斯特率不到任何信号频率的两倍。不能完全重构采样波形采样率,使信息损失不可避免。

• 采样过量- - - - - -奈奎斯特速率信号最高频率的两倍。信号可以从样本完全重建,因为有更多的数据比最低分。过采样通常比欠采样时,它可以传递额外的噪音与贫穷和缺乏效率的实现。过采样因子的多采样率是奈奎斯特采样率。

• 严格采样,带限信号等于奈奎斯特速率。虽然理论上完美的重建是可能在这个采样率,这将需要一个过渡的通带和阻带带宽0 Hz -一个更可行的选择是过采样的范围扩大过渡频率。

通常,采样率调整电路的需要,但有采样率的情况下仍然锁定一个特定的函数。相反,工程师可以设计一个低通滤波器,阻止高频组件部分的信号,将超过奈奎斯特速率。

如何提高过采样的结果吗

过采样信号处理是唯一有意义的选择。然而,优化需要更多的深谋远虑只是抽样过度奈奎斯特率的因素。过采样提高信号处理性能的三个方面:

• 反锯齿,过滤器抽样必须执行一个带宽和反锯齿功能之间的权衡;立即转换带通bandstop地区是不可能的。一些混叠通常比增加带宽在这些过滤器,过采样可以抵消。

• 决议,提高采样率增加模拟数字转换器(adc)的性能和数模转换器(DAC);过采样的因素提高了信噪比的平方根的因素。过采样然后允许额外的位精度;就像反锯齿措施,有一个小噪音权衡,常被看作是允许的。

• 降噪,如前所述,过采样的因素提高了信噪比的平方根的因素,因为过采样的信号振幅的增长因素,而所产生的噪音增加平方根。在噪声与信号的情况下,过采样失去很多好处随着噪声的振幅的增长以同样的速度信号,取消任何信噪比的改善。犹豫不决或随机噪音故意添加到一个信号可以消除信号和噪声的相关性;如果噪声添加指定频率范围以外的样本,网络可以过滤掉了。

进一步调查系列和并行的特点

奈奎斯特采样定理为电路设计人员提供了一种框架,用于信号娱乐,以避免损失。额外的方法相关的信号过采样确保避免引入噪声重建信号系统,这会损害性能。建立信号分析参数是至关重要的,设计师想要模拟网络响应,过滤器,更确定的可靠性模拟或数字转换。抑扬顿挫的PCB设计和分析软件套房给设计团队所有必要的工具来测试,模拟,提出注释电路设计无缝适应型工作流。强大和易于使用OrCAD PCB设计者,快速DFM原型和生产级多氯联苯可在一个方便的方案。

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