ADC和DAC基础：采样概念、Nyquist采样准则与信号调节

ADC和DAC基础-（ADI）；ADC和DAC基础_（ADI）;ADC 和 DAC 基础（第一部分） 本系列文章分为 5 个部分，第一部分介绍采样的概念以及奈奎斯特（Nyquist）采样准则。第 5 部分同样也说明了如何运用欠采样和抗混叠滤波器。 ADC和DAC是连接模拟世界和数字世界的重要桥梁。在数字信号处理（DSP）系统中，模拟信号必须通过ADC转换为数字信号，然后通过DAC转换为模拟信号。本系列文章将详细介绍ADC和DAC的原理及其在信号处理中的应用。 图 2-1 所示为典型的采样数据DSP系统的方框图。在实际模拟到数字的转换之前，模拟信号一般要经过某些种类的信号调节电路，这些信号要执行像放大、衰减和滤波这样的功能。需要用低通/带通滤波器把不需要的信号从有用带宽中消除掉，并能防止混叠发生。 ADC（模拟到数字转换器）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。在ADC中，采样是一个关键概念。采样是指周期性地测量和记录模拟信号的幅度。采样速率必须足够高，以捕获所需信号的频率信息，这就是奈奎斯特采样准则。 奈奎斯特采样准则指出，为了完整地重新构建原始模拟信号，采样频率必须至少是信号频率的2倍。这是因为根据奈奎斯特采样定理，信号频率的最高频率成分被采样频率的1/2截断，以避免混叠发生。因此，采样速率应该是信号带宽的两倍以上。 在图 2-1 中，ADC以等于fs的速率连续地对模拟信号进行采样，并向DSP提供新的样本。为了保持实时的工作，DSP必须在采样间隔内执行所有需要的计算1/fs，并在来自ADC的下一个样本出现之前，提供输出样本给DAC。典型的DSP功能的实例即是数字滤波器。 DAC（数字到模拟转换器）则将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。与ADC类似，DAC也有一个采样频率。在图 2-1 中，DAC以等于fs的速率接收新的样本，并将其转换为连续的模拟信号。这些模拟信号经过放大和滤波等处理，最终产生模拟输出信号。 ADC和DAC的性能直接影响信号处理系统的准确性和性能。因此，在设计和选择ADC和DAC时需要考虑几个重要参数。其中，最重要的参数是分辨率、采样率、信噪比（SNR）和失真。分辨率指ADC或DAC的数字表示能力，通常以位数表示。采样率是指连续的采样频率，表明ADC或DAC每秒进行的采样数量。SNR是衡量信号与噪声之间的比例，而失真是衡量ADC或DAC输出与输入之间的差异程度。 除了基本的ADC和DAC概念，本系列文章还将介绍欠采样和抗混叠滤波器的应用。欠采样是指以低于奈奎斯特采样频率的速率进行采样，用于减少数据处理量和提高系统效率。抗混叠滤波器则用于抑制采样频率之外的混叠频率，以消除混叠产生的误差。 总之，ADC和DAC是数字信号处理系统中不可或缺的组成部分。本系列文章从采样的概念开始介绍ADC和DAC的基础知识，并探讨了奈奎斯特采样准则、ADC和DAC的工作原理以及其在信号处理中的应用。这些知识对于设计和选择高性能信号处理系统至关重要。在接下来的文章中，我们将更深入地探讨ADC和DAC的特性和应用技术，以帮助读者更好地理解和应用这些关键技术。