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过采样插值DAC

来源: 中电网
2021-08-26
类别:技术信息
eye 23
文章创建人 拍明

原标题:过采样插值DAC

过采样插值DAC(Digital-to-Analog Converter,数模转换器)是一种利用过采样和插值技术来提高DAC性能和信号质量的方法。以下是关于过采样插值DAC的详细解释:

一、基本概念

过采样:指以高于奈奎斯特(Nyquist)采样定理所规定的最低采样频率对信号进行采样。在过采样中,采样频率是信号最高频率的两倍以上,这有助于减少混叠效应,并提高信号重建的精度。

插值:在数字信号处理中,插值是一种通过已知数据点来估计未知数据点的方法。在DAC中,插值用于在原始数据点之间插入额外的数据点,以提高输出信号的分辨率和平滑度。

二、工作原理

过采样插值DAC的工作原理可以概括为以下几个步骤:

  1. 过采样:首先,以高于奈奎斯特采样频率的速率对输入数字信号进行采样。这有助于将量化噪声分布到更宽的频率范围内,从而降低其在信号带宽内的影响。

  2. 插值:然后,在过采样的数据点之间插入额外的数据点。这些额外的数据点可以通过数字插值滤波器来计算得到,该滤波器根据原始数据点的值来估计它们之间的值。插值倍数(即插入的数据点数与原始数据点数的比例)决定了输出信号的精度和分辨率。

  3. DAC转换:最后,将插值后的数字信号转换为模拟信号。由于插值提高了数字信号的分辨率,因此转换后的模拟信号也具有更高的精度和平滑度。

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三、优点与应用

优点

  1. 提高信噪比(SNR):过采样和插值有助于将量化噪声分布到更宽的频率范围内,从而降低其在信号带宽内的影响,进而提高信噪比。

  2. 降低对模拟滤波器的要求:由于过采样和插值能够减少混叠效应和镜像频率的影响,因此可以使用较为简单、成本更低、过渡带更宽的模拟滤波器来抑制这些不需要的频率成分。

  3. 提高输出信号的精度和平滑度:插值增加了输出信号的分辨率,使得转换后的模拟信号更加接近原始信号。

应用

过采样插值DAC广泛应用于需要高精度模拟信号输出的场合,如数字音频CD播放器、高精度测量仪器、通信系统等。特别是在数字音频领域,过采样插值DAC已经成为现代CD播放器和音频处理系统的标准配置之一。

四、实例分析

以数字音频CD播放器为例,其基本数据更新速率为44.1 kSPS(千样本每秒)。早期CD播放器使用传统的二进制DAC,并通过在并行数据中插入“0”来提高有效更新速率,如4倍、8倍或16倍。这些高速数据流通过数字插值滤波器产生额外的数据点,从而实现过采样插值。Σ-Δ型DAC架构则进一步扩展了这一原理,使用更高的过采样速率和噪声整形技术来提高性能,因此在现代CD播放器中颇受欢迎。

综上所述,过采样插值DAC通过结合过采样和插值技术来提高DAC的性能和信号质量,具有广泛的应用前景和重要的实际意义。


责任编辑:David

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