图1:滤波器对奈奎斯特速率采样与过采样的影响
过采样可不受理论量化噪声限制来改善该器件的SNR性能。这种量化噪声跨奈奎斯特带宽均匀分布。通过提高采样速率,同样的量化噪声被分散在更大的奈奎斯特带宽范围内。所需的信号保持不变。抽取与数字滤波相结合可降低噪声带宽,却不会对所需的信号造成影响。注意,抽取意味着过采样,因为必须有可供移除的其它样本。在RF采样ADC中,更常提及的是抽取因子,而非过采样速率;但这些参数实际上是等效的。
例如,要使抽取因子为2,必须让信号的过采样因子至少为2。在这个例子中,信号功率保持不变,但奈奎斯特带宽被减半。这就消除了一半的噪声功率,从而让该ADC的SNR增加了3dB。第一个方程式表示因量化噪声得到的理想SNR,其中N是该转换器的位数。第二个方程式则表示与抽取因子D相关的SNR改善值。
根据纯量化噪声分析,采样速率每提高三倍(即增至原来的四倍),可让分辨率增加一个有效位。从理论上讲,通过以16倍于最小奈奎斯特速率的速率采样,12位数据转换器可实现14位转换器的SNR性能。在实践中,由于和孔径抖动、时钟抖动及热噪声相关的其它损害,RF采样数据转换器无法实现与量化噪声限值相当的SNR性能;但是,过采样技术仍能提供几乎完全一样的相关SNR改善值。在许多通信系统中,这一好处是至关重要的。例如,ADS54J60是一款16位、1GSPS的ADC,它拥有抽取因子为2或4的选项。为改善SNR性能,设计人员可做出提高采样速度并采用抽取技术的决定。
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