基于DSP的过采样技术

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基于DSP的过采样技术

    在使用DSP进行数字信号处理时,应用过采样技术可以增加其内置模数转换器的分辨率。讨论了应用过采样技术的原理、如何使用TMS320LF2407来实现过采样,以及在软件上的实现方法。
    关键词:过采样,抗混叠滤波器,抽取,数字信号处理器
    1 引 言
  模数(AD)转换通常是数字信号处理应用中的第一步,依据应用的不同,对模数转换器(ADC)也有不同的要求,衡量模数转换器的最重要的标准是它的转换速率、分辨率和精度。应用过采样技术,再加上适当的数字滤波和抽取,就可以得到比原有的ADC更高的分辨率。
  在数字信号处理器(DSP)中应用过采样技术需要快速ADC以非常快的速度来采样模拟信号,并且需要快速DSP来执行数字低通滤波和抽取。TI公司出品的DSP芯片TMS320LF2407采用3.3V供电,30MIPS的执行速度使得指令周期缩短至33ns,内置有10位的AD转换器,最小转换时间为500ns(详见TI公司的资料:TMS320LF/LC240x DSPController,Systemand Peripherals,2000),这些为在DSP中应用过采样技术创造了条件。
    2 过采样降低对模拟抗混叠滤波器的限制
  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,来限制模拟信号的频谱。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限制在DC和fs/2之间。
  用更高的采样频率可以降低对低通滤波器的限制,图1所示为以2倍的原采样频率对模拟信号进行采样,在这种情况下,滤波器的截频为fs/2,阻带的起始频率为fs,这样就可以让所有我们感兴趣的频率通过,而抑制掉所有高于fs的频率。但这样做违反了Nyquist采样定理,所以还需要用ADC后的数字滤波器来将信号的频率限制到fs/2以下。采用了过采样后的这种抗混迭滤波器可以得到简化,允许的通带到阻带的过渡区很宽。


 

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