DSP的过采样技术原理

    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。