过采样技术——精选推荐

⽬录

1 过采样技术的简介2 过采样技术的作⽤3 过采样技术的应⽤4 过采样技术的软件实现

1过采样技术的简介

　　过采样技术⼀般分三步：

　　1、⾼速（相对于输⼊信号频谱）采样模拟信号　　2、数字过采样低通滤波　　3、抽取数字序列。

　　采⽤这项技术，既保留了输⼊信号的较完整信息，降低了对输⼊ 信号频谱的要求，⼜可以提⾼采样⼦系统的精度。2过采样技术的作⽤

　　1、过采样降低对模拟抗混叠滤波器的

　　在采样过程中⾸要的问题是采样频率的选择，Nyquist采样定理指出：若连续信号x（t）是有限带宽的，其频谱的最⾼频率为fc，对x（t）采样时，若保证采样频率fs≥2fc，那么，就可由采样信号恢复出x（t）。在实际对x（t）作采样时，⾸先要了解x（t）的最⾼截⽌频率fc，以确定应选取的采样频率fs。若x（t）不是有限带宽的，在采样前应使⽤抗混叠（anti－aliasing）滤波器对x（t）作模拟滤波，以去掉f＞fc的⾼频成分。

　　因此，在AD转换前就需要模拟低通滤波器具有尖锐的滚降特性，来模拟信号的频谱。⼀个理想的滤波器应能让所有低于fs／2的频率通过，⽽完全阻隔掉所有⼤于fs／2的频率。通常，滤波器和采样频率的选择是将我们感兴趣的频带在DC和fs／2之间。　　2、过采样提⾼信噪⽐

　　经模拟滤波后，模拟信号被采样并转换成数字值，因为数字域仅包含有限的字长，若要⽤它来表⽰连续信号，就要引⼊量化误差，最⼤量化误差为±0．5LSB。因为⼀个N位的ADC的输⼊范围被分成2N个离散的数值，每⼀个数值由⼀个N位的⼆进制数表⽰，所以，ADC的输⼊范围和字长N是最⼤量化误差的⼀个直接表⽰，也是分辨率的⼀个直接表⽰。代表数字值的字长决定了信噪⽐，因此通过增加信噪⽐可以增加转换的分辨率。加⼊三⾓波信号可提⾼信噪⽐（详见TI公司的资料：Oversampling Techniques Using theTMS320C24x Family，June 1998）。　　如果输⼊信号在两个量化步长q1与q0之间，则它将被量化成q1或q0。当增加⼀个适当的三⾓波信号，并⾼速采样，将会量化出⼀系列的q1与q0，这两个值出现的⽐例就代表了此输⼊信号在两个量化步长之间的相对位置。要应⽤这种⽅法得到⽐较好的效果，三⾓波信号的幅度必须为（n＋0．5）LSB，其中，n＝0，1，2，．．．。3过采样技术的应⽤

　　过采样技术主要由两个应⽤⽅向：⼀个是与噪声整形和数字滤波技术⼀起实现⼀种新的ADC结构--∑-ADC；另⼀个是 ⽤过采样⽅法提⾼现有N位ADC的分辨率，同时来减⼩系统中ADC需要的模拟滤波器的精度要求。

　　过采样技术是提⾼测控系统分辨率的常⽤⽅法，已经被⼴泛应⽤于各个领域。例如，过采样成功抑制了多⽤户CDMA系统中相互正交⽤户码接收机(A Mutually Orthogonal UserCODe-Receiver，AMOUR)的噪声,提⾼了光流估计（optical flow estimation，OFE）的精度，改善了正交频分复⽤（OFDM）信号的峰-均⽐等。4过采样技术的软件实现

　　实现过采样的DSP软件包括以下6个主要模块。

　　1、外设初始化

　　采⽤EVA模块的TIMER1来启动ADC转换并且提供PWM输出，TIMER1⼯作于连续增计数模式，周期寄存器的值等于AD转换速率，由周期匹配事件来启动AD转换。　　2、三⾓波信号产⽣

　　由前⾯论述可知，三⾓波信号由PWM信号产⽣，PWM信号的占空⽐由编程TIMER1的⽐较寄存器（T1CMPR）决定。为了得到三⾓波信号，T1CMPR中的值需要由某⼀步长（STEP）来不断地增加和减少，⽽这⼀步长由定时器周期寄存器（T1PR）和过采样因⼦（K）决定，其计算公式如下：　　STEP=2*T1PR/K

　　⽤⼀标志（FLAG）表⽰三⾓波的上升或下降，它⽤来决定⽐较寄存器中的值被STEP增加还是减少了。CURRENT代表当前定时器⽐较寄存器中的值。⽤软件改变PWM占空⽐的流程如图5所⽰。　　3、数据采集

　　AD转换完成后产⽣中断，在中断服务⼦程序中读出每次转换的结果，作为数字低通滤波的输⼊。

　　4、数字滤波

　　采⽤FIR结构的滑动平均滤波器（MovingAverage Filter），滑动平均滤波器的Z变换为：

　　从输⼊xi计算输出yi的表达式为：

　　5、抽取

　　抽取过程将以K倍来降低最后的数据率。⼀般来说，抽取操作是和数字滤波结合在⼀起的，即，只需在数字滤波中计算每K个输出值。　　6、中断服务程序

　　在中断服务程序中执⾏以下⼏个操作：调整PWM占空⽐、读出AD转换值、数字滤波（其中包括抽取）。