過(guò)采樣技術(shù)原理介紹

過(guò)采樣技術(shù)原理介紹

假定環(huán)境條件:?10位ADC最小分辨電壓1LSB?為?1mv

假定沒(méi)有噪聲引入的時(shí)候,?ADC采樣上的電壓真實(shí)反映輸入的電壓,?那么小于1mv的話(huà),如ADC在0.5mv是數(shù)據(jù)輸出為0
我們現(xiàn)在用4倍過(guò)采樣來(lái),?提高1位的分辨率,
當(dāng)我們引入較大幅值的白噪聲:?1.2mv振幅(大于1LSB),?并在白噪聲的不斷變化的情況下,?多次采樣,?那么我們得到的結(jié)果有
真實(shí)被測(cè)電壓????白噪聲疊加電壓????疊加后電壓????ADC輸出????ADC代表電壓
???0.5mv?????????????1.2mv??????????1.7mv??????????1???????????1mv
???0.5mv?????????????0.6mv??????????1.1mv??????????1???????????1mv
???0.5mv????????????-0.6mv?????????-0.1mv??????????0???????????0mv
???0.5mv????????????-1.2mv?????????-0.7mv??????????0???????????0mv
ADC的和為2mv,?那么平均值為:?2mv/4=0.5mv!!!??0.5mv就是我們想要得到的
這里請(qǐng)留意,?我們平時(shí)做濾波的時(shí)候,?也是一樣的操作喔!??那么為什么沒(méi)有提高分辨率?????

是因?yàn)??我們做滑動(dòng)濾波的時(shí)候,?把有用的小數(shù)部分扔掉了,?因?yàn)槌隽俗珠L(zhǎng)啊,?那么0.5取整后就是?0?了,?結(jié)果和沒(méi)有過(guò)采樣的時(shí)候一樣是?0?,?

而過(guò)采樣的方法時(shí)候是需要保留小數(shù)部分的,?所以用4個(gè)樣本的值,?但最后除的不是4,?而是2!??那么就保留了部分小數(shù)部分,?而提高了分辨率!
從另一角度來(lái)說(shuō),?變相把ADC的結(jié)果放大了2倍(0.5*2=1mv),?并用更長(zhǎng)的字長(zhǎng)表示新的ADC值,?
這時(shí)候,?1LSB(ADC輸出的位0)就不是表示1mv了,?而是表示0.5mv,?而(ADC輸出的位1)才是原來(lái)表示1mv的數(shù)據(jù)位,?

下面來(lái)看看一下數(shù)據(jù)的變化:

ADC值相應(yīng)位????????????????????9?8?7?6?5?4?3?2?1?0
0.5mv測(cè)量值????????????????????0?0?0?0?0?0?0?0?0?0???0mv(10位ADC的分辨率1mv,小于1mv無(wú)法分辨,所以輸出值為0)???????????
疊加白噪聲的4次過(guò)采樣值的和????0?0?0?0?0?0?0?0?1?0???2mv
滑動(dòng)平均濾波2mv/4次????????????0?0?0?0?0?0?0?0?0?0???0mv(平均數(shù),?對(duì)改善分辨率沒(méi)作用)
過(guò)采樣插值2mv/2??????????????0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?1???2mv/2=0.5mv,?將這個(gè)數(shù)作為11位ADC值,?那么代表就是0.5mv
?????????????????????????????????????????????????????這里我們提高了1位的ADC分辨率

這樣說(shuō)應(yīng)該就很簡(jiǎn)單明白了吧,?其實(shí)多出來(lái)的位上的數(shù)據(jù),?是通過(guò)統(tǒng)計(jì)輸入量的分布,?計(jì)算出來(lái)的,?
而不是硬件真正分辨率出來(lái)的,?引入噪聲并大于1LSB,?目的就是要使微小的輸入信號(hào)疊加到ADC能識(shí)別的程度(原ADC最小分辨率).

理論來(lái)說(shuō),?如果ADC速度夠快,?可以無(wú)限提高ADC的分辨率,?這是概率和統(tǒng)計(jì)的結(jié)果
但是ADC的采樣速度限制,?過(guò)采樣令到最后能被采樣的信號(hào)頻率越來(lái)越低,
就拿stm32的ADC來(lái)說(shuō),?12ADC,?過(guò)采樣帶來(lái)的提高和局限
分辨率???采樣次數(shù)???每秒采樣次數(shù)
12ADC???????1????????????1M
13ADC???????4????????????250K
14ADC???????16???????????62.5K
15ADC???????64???????????15.6K
16ADC???????256??????????3.9K
17DC????????1024?????????976
18ADC???????4096?????????244
19ADC???????16384????????61
20ADC???????65536????????15
要記住,?這些采樣次數(shù),?還未包括我們?要做的?滑動(dòng)濾波,?

看到這些文檔,?啰啰嗦嗦說(shuō)一大堆公式什么的,?忍不住就隨便寫(xiě)了些,?