如果說帶寬這個維度直觀易懂，那么動態范圍這個維度則可能稍顯晦澀。在信號處理中，動態范圍表示系統可以處理且不發生飽和或削波的最大信號與系統可以有效捕獲的最小信號之間的分布范圍。我們可以考慮兩類動態范圍：可配置動態范圍可以通過在低分辨率模數轉換器(ADC)之前放置一個可編程增益放大器(PGA)來實現(假設對于12位的可配置動態范圍，在一個8位轉換器前放置一個4位PGA)：當增益設為低值時，這種配置可以捕獲大信號而不會超過轉換器的范圍。當信號超小時，可將PGA設為高增益，以將信號放大到轉換器的噪底以上。信號可能是一個信號強或信號弱的電臺，也可能是成像系統中的一個明亮或暗淡的像素。對于一次只嘗試恢復一個信號的傳統信號處理架構來說，這種可配置動態范圍可能是非常有效的。

瞬時動態范圍更加強大：在這種配置中，系統擁有充足的動態范圍，能夠同時捕獲大信號而不產生削波現象，同時還能恢復小信號——現在，我們可能需要一個14位的轉換器。該原理適用于多種應用——恢復強電臺或弱電臺信號，恢復手機信號，或者恢復圖像的超亮和超暗部分。在系統傾向使用更加復雜的信號處理算法的同時，對動態范圍的需求也是水漲船高的走向。在這種情況下，系統可以處理更多信號——如果全部信號都具有相同的強度，并且需要處理兩倍的信號，則需要增加3 dB的動態范圍(在所有其他條件相等的情況下)。可能更重要的是，如前所述，如果系統需要同時處理強信號和弱信號，則動態范圍的增量要求可能要大得多。

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圖3. 信號處理的基本維度

動態范圍的不同衡量指標

在數字信號處理中，動態范圍的關鍵參數是信號表示中的位數，或稱字長：一個32位處理器的動態范圍多于一個16位的處理器。過大的信號將發生削波——這是一種高度非線性的運算，會破壞多數信號的完整性。過小的信號——幅度小于1 LSB——將變得不可檢測并丟失掉。這個有限分辨率通常稱為量化誤差，或量化噪聲，在確立可檢測性下限時可能是一個重要因素。

量化噪聲也是混合信號系統中的一個因素，但有多個因素決定著數據轉換器的可用動態范圍，而且每個因素都自己的動態范圍

? 信噪比(SNR)——轉換器的滿量程與頻帶總噪聲之比。該噪聲可能來自量化噪聲(如上所述)、熱噪聲(所有現實系統中都存在)或其他誤差項(如抖動)。

? 靜態非線性度——微分非線性度(DNL)和積分非線性度(INL)——衡量從數據轉換器輸入端到輸出端的直流傳遞函數的非理想程度的指標(DNL通常確定成像系統的動態范圍)。

? 總諧波失真——靜態和動態非線性度會產生諧音，可能有效地屏蔽其他信號。THD通常會限制音頻系統的有效動態范圍。

? 無雜散動態范圍(SFDR)——考慮相對于輸入信號的最高頻譜雜散，無論是二階還是三階諧波時鐘饋通，甚至是60 Hz的“嗡嗡”噪聲。由于頻譜音或雜散可能屏蔽小信號，因此，SFDR是用來表示許多通信系統中可用動態范圍的一個良好指標。

還有其他技術規格——事實上，每種應用可能都有自己的有效動態范圍描述方式。開始時，數據轉換器的分辨率是其動態范圍的一個良好替代指標，但在真正決定時選擇正確的技術規格是非常重要的。關鍵原則是，越多越好。雖然許多系統可以立即意識到需要更高的信號處理帶寬，但對動態范圍的需求卻可能不是如此直觀，即便要求更加苛刻。

值得注意的是，盡管帶寬和動態范圍是信號處理的兩個主要維度，但還有必要考慮第三個維度，即效率：這有助于我們回答這樣一個問題：“為了實現額外性能，我需要付出多少成本？”我們可以從購置價格來看成本，但對數據轉換器和其他電子信號處理應用來說，一種更加純粹的、衡量成本的技術手段是功耗。性能越高的系統——更大的帶寬或動態范圍——往往要消耗更多的電能。隨著技術的進步，我們都試圖在提高帶寬和動態范圍的同時減少功耗。

主要應用