ADC与DAC基础入门：采样理论与奈奎斯特准则详解

ADC (模拟到数字转换器) 和 DAC (数字到模拟转换器) 是电子工程中至关重要的组件，它们用于在模拟信号和数字信号之间进行转换。本文系列深入探讨了ADC和DAC的基础原理，共分五部分，这里主要聚焦于第一部分，即采样理论和奈奎斯特定律。 首先，采样是将连续的模拟信号转化为离散时间信号的过程。在实际应用中，模拟信号通常会经过信号调理电路，如放大、衰减和滤波，以消除不必要的信号并防止混叠现象。奈奎斯特采样准则是一个关键概念，它规定了采样频率fs必须至少是模拟信号最高频率f_s的两倍（fs > 2 * f_s），即奈奎斯特频率，以确保不失真地重建信号。若采样率低于这个阈值，可能会导致信号频谱重叠，造成信息损失，这就是著名的奈奎斯特极限。 图2-1展示了典型的采样数据DSP系统架构，其中包括实时系统，其中信号连续采样后立即被送到DSP进行处理。DSP需要在每个采样周期内完成必要的计算，并在新样本到来前准备好输出。例如，对于需要后续模数转换的应用，如音频或视频处理，可能需要配合DAC将数字信号恢复为模拟形式，这时需要考虑抗镜像滤波器来消除不必要的频率成分。 离散时间采样和量化是数字化过程中的两个核心概念。离散时间采样涉及在固定的间隔ts = 1/fs点上获取模拟信号值，而量化则是将这些采样值限制在有限的幅度范围内，这可能导致信号精度的损失。理解这两个概念对于设计高效和准确的DSP系统至关重要。 在实际的ADC和DAC转换中，处理好这些原理有助于优化系统性能，减少误差，并确保信号质量和实时性。在许多应用中，特别是在那些不需要后续模拟输出的场合，数字信号会被保留在其原始格式，由DSP独立处理，节省了资源并简化了系统设计。 总结来说，ADC和DAC的基础涉及采样理论、奈奎斯特定律、信号调理、DSP运算以及量化过程。掌握这些基础知识对于从事信号处理、通信和音频视频工程的专业人士至关重要。后续的几部分可能会进一步深入探讨量化技术、ADC和DAC的不同类型，以及如何设计有效的滤波器来支持这些转换过程。