现实中,采样器混叠所有奈奎斯特区上的信号。例如,频率fa下的基带信号镜像呈现为fs ± fa、2fs ± fa,依此类推(图1a)。同样,出现在采样频率附近的信号将向下混叠至第一奈奎斯特区。该信号的镜像也将出现在第三及第四奈奎斯特区内(图1b)。因此输入信号能量不在所需奈奎斯特区内的采样器在混叠作用下将产生该信号在所需奎斯特区内的镜像。
显示为fa(图1b)的带外信号能量不一定来自预期信号源。相反,该能量可能源自噪声源、带外干扰源或采用预期输入信号工作的电路元件产生的失真积。当为您的应用决定必要的失真性能时,这是一项重要的考虑因素。
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图1:采样器导致基带信号fa的镜像)与采样频率fs 及其谐波(A)出现偏移。频谱偏移等于±fa。出现在采样速率附近的信号、噪声和干扰频谱向下混叠至基带(B)内。镜像也将出现在较高奈奎斯特区内。
通过在信号链内采样器输入之前加入基带抗混叠滤波器,可以减小采样器可用的带外信号能量。虽然理论上可以仅在需要数字化的最高频率到达两倍时采样,模拟域内不存在所谓的砖墙式滤波器,即零过渡带的滤波器。过采样,即在大于2fs 的频率下采样,为抗混叠滤波器过渡带提供一些频谱空间。
如果ADC 量化噪声与交流输入信号无关,则噪声分布于第一奈奎斯特区中。在这种情况下,过采样还会通过加宽奈奎斯特区减少有效量化噪声,从而在采样速率每次加倍时将SNR(信噪比)增加3 dB。这相当于具有固定通带的抗混叠滤波器。如果进行充分过采样,抗混叠滤波器可削弱带外信号成分,使其混叠镜像保持在本底噪声以下。
应注意,如果输入信号锁定在采样频率的整数约数处,量化噪声将不再表现为奈奎斯特区中的均匀能量分布。这种情况下,量化噪声将表现为关于信号谐波的群集。为此,在选择采样速率时,应仔细考虑应用信号的频谱特性。
SINAD 和ENOB
如果失真积和带外频谱成分混叠无法保持在本底噪声以下,则会形成SINAD(信号-噪声和失真比)。转换器在输入信号额定条件下将以dB 表示SINAD。转换器ENOB(有效位数)可能是ADC 最常提到的交流规格,它便是以位而非dB表示的SINAD: