（文章來源：電子工程世界）

在物聯網和云計算成為生活一部分，在行業媒體大肆宣揚之際，通過采用最先進的技術和優化設計，老式電子元件并未停止前進的步伐。其中一個例子是模數轉換器，該器件現在可以超過每秒一兆次采樣（MSPS）的速率實現32位分辨率，輕松通過傳統的計量基準測試。

這些高精度轉換器可以顯示高于16位的分辨率，規定可比靜態和動態特性，并且在儀表儀器和大型通用采集系統（測試、設備認證）、專業系統（醫療應用和光譜學數字成像）等專用領域以外，它們已經進入許多過程控制應用、可編程控制器、大型電機控制以及電能輸配等領域。目前，幾種ADC架構在精度方面不相上下；根據不同需求，具體的選擇視模數轉換原理、逐次逼近寄存器（SAR）以及Σ－Δ而定，在數MSPS速率下，這些架構分別支持最高24位或以上的分辨率，為24位或更多，在幾百kSPS速率下支持32位分辨率。

圖1所示為適用于數據采集系統的這類分區的一個典型示例。在調節差分或非差分信號（放大、縮放、自適應和電平轉換等）之后，在數字化之前對后者進行濾波以滿足奈奎斯特準則。根據ADC的過采樣速率，要使用額外的數字濾波來達到采集系統的規格要求。

由于對超寬輸入動態范圍的需求增加，許多上述應用采用了最先進的高分辨率ADC。隨著動態范圍的增加，系統性能預計會提高，模擬調節鏈會減小，擁堵、能耗，甚至是材料成本都會下降。

在超快高分辨率模數編碼器出現之前，一般通過以下辦法解決動態范圍問題：使用快速可編程增益放大器、更快的比較器和／或并聯若干ADC，最后加上合適的數字處理模塊，以實現強信號的數字化，區分接近噪聲水平的小信號。實際上，量化噪聲和熱噪聲被同化為白噪聲，該噪聲在整個奈奎斯特頻帶及以外均勻分布。過采樣之后，通過濾波和嚴格以最小所需采樣速率（或2 × BW）限制有用頻帶，頻帶每降低一個倍頻程，噪聲能量將降低3 dB，如圖2所示。換句話說，過采樣因子為4時最為理想，在理論上使信噪比增加了6dB；即是說，增加了一位，如等式1所示：

圖1．典型測量信號鏈。

圖2．通過添加數字抽取濾波器比較頻譜噪聲密度。

總之，過采樣有兩個優點，一是可以提升信噪比，二是可以放寬對位于ADC之前的抗混疊模擬濾波器的要求。
（責任編輯：fqj）