Передискретизация, формир-ие шумов квантования, цифровая фильтрация, децимация.

Рис.5 Дискретизация с использованием низкочастотного фильтра и иллюстрация критерия Найквиста.

При классическом подходе к процессу дискретизации (Рис.5) эффективное значение шума квантования в полосе частот от 0 до составляет , где Q - вес младшего разряда, Fs - частота следования выходных отсчетов. Значительная часть шума квантования попадает в рабочую полосу частот. При соблюдении условия теоремы Котельникова (полоса частот полезного сигнала меньше либо равна ) аналоговый фильтр на входе преобразователя должен обладать высокой крутизной спада АЧХ за полосой пропускания. Это необходимо для эффективного ослабления высокочастотных шумов и помех, проникающих в рабочую полосу в результате интерференции с гармониками частоты дискретизации.

Рис.6 Передискретизация при аналоговой и цифровой фильтрациях.

Способ улучшения разрешения преобразователя - передискретизация (Рис.6). При этом входной сигнал квантуется с частотой , где К - отношение передискретизации, а Fs - частота выходного цифрового потока. Здесь появляется два новых элемента схемы: цифровой фильтр и дециматор - устройство снижения частоты следования отсчетов. Шум квантования в полосе частот от до подавляется цифровым фильтром в выходном потоке, что приводит к улучшению отношения сигнал/шум на величину равную . К сожалению, цена за сверхразрешение высока, потому что для улучшения отношения сигнал/шум на 6 дБ (1 бит) требуется соответственно увеличить коэффициент передискретизации в 4 раза. Для сохранения значения этого коэффициента передискретизации в разумных пределах можно разбить спектр шума квантования так, что бы основная его часть была между и , и только небольшая на отрезке [0.. ]. Эту функцию выполняет сигма-дельта модулятор. После такого распределения цифровой фильтр легко подавит значительную часть энергии шума квантования, и общее отношение сигнал/шум, определяющее динамический диапазон, ощутимо возрастет.