作者aztec1234 (调适生活)
看板Headphone
标题Re: [讨论] 无意间爬知识+看到
时间Tue Jul 7 21:28:20 2009
那小弟来讲讲超取样(Oversampling)好了
不过我不怎麽熟理论,我只熟怎麽做电路XD
目前世界上的ADC或DAC主要分为两种:
1. Nyquist-Rate
2. Oversampling
Nyquist-Rate的原理就如同前面许多大大们讲到的,
Sampling Theory,取样频率要大於讯号频率的两倍
基於这个原理就可以定出许多ADC与DAC的基本规格,
例如有名的SNR公式---6.02*N+1.76 dB,N是ADC/DAC的位元数
告诉了我们最理想的ADC或DAC所能达到的最佳SNR为多少
而实际电路实现上也出现了多种架构,不过请把ADC与DAC分开来看
ADC的话主要为Pipeline ADC、SAR ADC、Integrating ADC、Flash ADC这四种架构
DAC的话有R-String、R-2R、Current-Steering、Charge-Scaling、
Serial DAC...这个比较多种一点
这个种类下的ADC或DAC并不会在输出端放滤波器,就算放了,
也跟ADC/DAC无关,纯粹应用上的需求
在输出端放滤波器再输出,这是Oversampling架构才有的,
原因跟电路原理有关系
==
至於Oversampling架构下的ADC或DAC,这个不太好解释,
我尽量用容易懂的方式说明
Oversampling的ADC/DAC在这一行里通常不太叫这个名字,
都是用它的电路架构来称呼---Delta-Sigma ADC/DAC
(有人叫它Sigma-Delta,其实是一样的东西)
这个架构的构想来自於ADC/DAC天生的杂讯来源---Quantization Noise,
量化杂讯
根据Sampling Theory,取样频率至少要讯号频率的两倍,
但是取样频率不可能无限大,所以取样後的讯号波形会带有一点锯齿状的形式,
这些锯齿状波形造成了频谱上的杂讯成份,也就是量化杂讯
假设量化杂讯的分布为高斯分布且量级介於-0.5LSB ~ 0.5LSB之间,
那麽量化杂讯会落在0 ~ fs/2 (fs为取样频率)的频段内
所以如果可以把量化杂讯移出这个频段,那麽对ADC/DAC的性能就有达到改善的可能,
理论上这样做的话,SNR一定可以再增加,增加SNR的同时ADC/DAC的有效位数也会增加
想达到这点最直接的方式就是Oversampling,因为理想上量化杂讯会落在fs/2的频段内,
所以增加取样频率,量化杂讯就有机会往高频的地方分布,
但是这样做会有另外一种影响---低频的杂讯也会增加
大约在1960年代有人提出了一个方式:Delta-Sigma Modulation,
理论上解决了这个问题。简单来说,就是在一个Oversampling的系统上,
加入一个回授路径,这个回授路径对量化杂讯来说,等於是一个:
N-th Order Butterworth High-Pass Filter
如此在频谱上会造成Noise Shaping的效果,杂讯的分布被推到高频的地方,
低频的频段杂讯较少
例如这样:
http://www.flickr.com/photos/29801561@N03/3698013244/
这是我用MATLAB作出来的模拟结果,阶数为5阶,32X的超取样倍率
而图上显示的SNR指的是全频段,如果输出再加上一个滤波器,一定会比82.5dB好,
接着,只要在输出端再接一个低通滤波器,
被推到高频的杂讯理论上就可以滤掉
所以说呢,低通滤波器对於Oversampling ADC/DAC来说很重要,
但是对於其他种类的ADC/DAC其实并不重要
(当然像是Anti-Aliasing或Intepolator所用到的也是低通滤波器,不过用途不同,
不该混为一谈)
不过这里也得说实话,
Oversampling的ADC/DAC电路设计其实要更为复杂,
因为有太多非理想因子必须解决
这使得除了像TI、Analog Devices及Linear Tech.这样的厂商外,
做得出像样产品的厂商真的很少,台湾就更不用说了
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 59.127.156.12
1F:推 john0312:头推 07/07 21:45
2F:→ john0312:话说好像很多DAC很喜欢用TI的货. 07/07 21:49
3F:→ aztec1234:因为TI的产品特色就是---怎麽搞都不会坏XD 07/07 21:50
4F:→ aztec1234:这就是他们厉害的地方...产品Roadmap规画、设计到量产 07/07 21:51
5F:→ aztec1234:花的时间够,推出来的东西自然够稳,跟台湾只求时效不同 07/07 21:51
6F:推 AXby:快推!不推人家以为我看不懂XD 看耳机板长知识,感谢。 07/07 22:00
7F:推 john0312:TI在DAC上面还是领先的, 有一系列127 dB Dynamic Range 07/07 22:01
8F:→ john0312:他场还没看到以这样的 07/07 22:01
9F:推 louis0407:可以请教大家常说的multi-bit和1-bit da是指舍麽吗?? 07/07 22:06
10F:→ louis0407:之前就一直想有个基本概念XD 07/07 22:07
11F:推 Shakermaker:那个AA的随身听版有讨论 在第2页 07/07 22:18
12F:→ Shakermaker:阿兹提克兄也有分享 07/07 22:19
13F:推 DemonRing:oversampling和杂讯没什麽关系吧? 主因是sigma-delta 07/07 22:35
14F:→ DemonRing:sigma-delta的架构把noise往高频推 07/07 22:35
15F:→ DemonRing:然後利用oversampling创造了一大块空白的高频 07/07 22:36
16F:→ aztec1234: 也不能说无关,因为它就是一个Noise Shaping Function 07/07 22:37
17F:→ aztec1234:sigma-delta的操作就是oversampling,楼上你的顺序 07/07 22:37
18F:→ aztec1234:似乎是有些问题...oversampling的sigma-delta造成了 07/07 22:38
19F:→ aztec1234:一个特定频宽的滤波器,才造成了Noise Shaping 07/07 22:38
20F:推 DemonRing:重点是在sigma-delta啊? oversampling後不作处理,那噪 07/07 22:39
21F:→ DemonRing:音会变多还是变少? 哪个频段被加强/衰减? 07/07 22:39
22F:→ aztec1234:我的文章就有写了,光是提高fs(oversampling)没有用 07/07 22:40
23F:→ aztec1234:所以才有人提出Delta-Sigma Modulation 07/07 22:40
24F:→ DemonRing:是啊 那oversampling到底包含哪些动作了哩? 07/07 22:40
25F:→ aztec1234:让Delta-Sigma在特定取样频率下操作达到对noise的 07/07 22:41
26F:→ aztec1234:High-Pass Filter Function,以把杂讯往高频推 07/07 22:41
※ 编辑: aztec1234 来自: 59.127.156.12 (07/07 22:41)
27F:→ aztec1234:所以我的文章写的才是"Oversampling DAC/ADC" 07/07 22:42
28F:→ aztec1234:而不是"Oversampling" 07/07 22:42
29F:推 DemonRing:我并不是指oversampling DAC/ADC,我是指oversampling 07/07 22:43
30F:→ aztec1234:那就不在我的文章讨论范围内,我可以说的是就oversample 07/07 22:44
31F:→ aztec1234:只是做Oversampling,对DAC/ADC的performance提昇来说 07/07 22:44
32F:→ aztec1234:并没有帮助,要做出Oversampling DAC/ADC,就得想办法 07/07 22:45
33F:→ aztec1234:把Quantization Noise从讯号频段移除 07/07 22:45
34F:推 DemonRing:所以是靠sigma-delta 我没讲错啊 :P 07/07 22:46
35F:→ aztec1234:我是对"oversampling造成高频的空白"这句有意见 07/07 22:46
36F:→ DemonRing:我误解你讲的"oversampling"的意思 因为那是两回事... 07/07 22:46
37F:→ aztec1234:因为oversampling造成的是让杂讯的分布频带往高频延伸 07/07 22:47
38F:→ DemonRing:的确是空白啊 对於target而言 那个频段的讯号无意义 07/07 22:48
39F:→ aztec1234:但是"空白"对於做电路的人来说是很敏感的字眼 07/07 22:48
40F:→ aztec1234:因为频段外的杂讯其实对电路来说有其他concern... 07/07 22:49
41F:→ aztec1234:误会了解就好了...讨论讨论也是好事 07/07 22:49
42F:推 DemonRing:yup, nice talk. 07/07 22:50
43F:推 john0312:and there's still DSD which use oversampling 07/07 22:50
44F:→ john0312:extensively. 07/07 22:51
45F:推 Zenta:推!这个讨论串真棒,图文并茂 07/07 23:46
46F:→ kmorgue:所以... 有老郭的学生在? 07/08 00:09