Ylinäytteen ottamiseen

ylinäytteen ottamiseen on kolme pääsyytä:

antialiasingedit

Ylinäytteen ottaminen voi helpottaa analogisten antialiasointisuodattimien toteuttamista. Ilman ylinäytteitä on erittäin vaikea toteuttaa suodattimia, joissa on terävä raja, joka on tarpeen käytettävissä olevan kaistanleveyden maksimoimiseksi Nyquist-rajaa ylittämättä. Näytteenottojärjestelmän kaistanleveyttä lisäämällä voidaan lieventää antialiasointisuodattimen suunnittelurajoituksia. Kun näyte on otettu, signaali voidaan suodattaa digitaalisesti ja ottaa alaspäin halutulle näytteenottotaajuudelle. Nykyaikaisessa mikropiiritekniikassa tähän downsamplingiin liittyvä digitaalinen suodatin on helpompi toteuttaa kuin vastaava analoginen suodatin, jota ei-ylinäytteistetty järjestelmä vaatii.

ResolutionEdit

käytännössä ylinäytteenotto toteutetaan analogisesta digitaaliseen muuntimeen (ADC) tai digitaalisesta analogiseen muuntimeen (DAC) liittyvien kustannusten vähentämiseksi ja suorituskyvyn parantamiseksi. Kun ylinäytteistetään kertoimella N, dynaaminen alue lisää myös N: N kerrointa, koska summalle on olemassa N kertaa niin monta mahdollista arvoa. Signaali-kohina-suhde (SNR) kasvaa kuitenkin n {\displaystyle {\sqrt {n}}}

, koska koreilematon kohina lisää sen amplitudia n {\displaystyle {\sqrt {n}}}

, kun koherentti signaali summaa keskiarvoaan n: llä , jolloin SNR kasvaa n {\displaystyle {\sqrt {n}}}

.

esimerkiksi 24-bittisen Muuntimen toteuttamiseen riittää 20-bittinen muunnin,joka voi toimia 256-kertaisella näytteenottotaajuudella. Yhdistämällä 256 peräkkäistä 20-bittistä näytettä voidaan lisätä SNR: ää kertoimella 16, lisäämällä tehokkaasti 4 bittiä resoluutioon ja tuottamalla yksi näyte 24-bittisellä resoluutiolla.

n {\displaystyle N}

bits of additional data precision is number of samples = ( 2 n ) 2 = 2 2 n . {\displaystyle {\mbox {näytteiden lukumäärä}} = (2^{n})^{2}=2^{2n}.}

jotta keskimääräinen näyte skaalataan kokonaislukuun, jolla on n {\displaystyle N}

lisäbittejä, summa 2 2 n {\displaystyle 2^{2n}} näytteet jaetaan 2 n {\displaystyle 2^{n}}

: skaalattu keskiarvo = ∑ I = 0 2 2 n − 1 2 n data i 2 2 n = ∑ I = 0 2 2 n − 1 data i 2 n . {\displaystyle {\mbox{scaled mean}}} = {\frac {\sum \limits _{I=0}^{2^{2n}-1}2^{n}{\text{data}}_{i}}{2^{2n}}}={\frac {\sum \limits _{I=0}^{2^{2n}-1}{\text{data}}_{i}}{2^{n}}}.}

tämä keskiarvoistaminen on tehokasta vain, jos signaali sisältää riittävästi korrelaatiotonta kohinaa ADC: n tallennettavaksi. Jos näin ei ole, stationaarisen tulosignaalin tapauksessa kaikilla 2 n {\displaystyle 2^{n}}

näytteillä olisi sama arvo ja saatu keskiarvo olisi sama kuin tämä arvo; joten tässä tapauksessa ylinäytteenotto ei olisi parantanut tilannetta. Vastaavissa tapauksissa, joissa ADC tallentaa kohinaa ja tulosignaali muuttuu ajan myötä, ylinäytteenotto parantaa tulosta, mutta epäjohdonmukaisesti ja arvaamattomassa määrin.

lisäämällä tulosignaaliin jonkin verran häilyvää kohinaa voidaan itse asiassa parantaa lopputulosta, koska dither-kohina mahdollistaa ylinäytteen ottamisen parantamaan resoluutiota. Monissa käytännön sovelluksissa pieni melun lisääntyminen kannattaa mittaustarkkuuden tuntuvaa lisäämistä. Käytännössä häilyvä melu voidaan usein sijoittaa mittauksen kannalta kiinnostavan taajuusalueen ulkopuolelle, jolloin tämä melu voidaan myöhemmin suodattaa pois digitaalisella alueella—jolloin lopullinen mittaus voidaan tehdä kiinnostavalla taajuusalueella sekä suuremmalla resoluutiolla että pienemmällä kohinalla.

NoiseEdit

Jos otetaan useita näytteitä samasta määrästä ja kuhunkin näytteeseen lisätään korrelaatiomelua, niin koska, kuten edellä on mainittu, korrelaatiomaiset signaalit yhdistyvät heikommin kuin korreloivat signaalit, n-näytteiden keskiarvo vähentää kohinatehoa N-kertoimella.jos esimerkiksi ylinäytteitä otetaan kertoimella 4, signaali-kohina-suhde tehon suhteen paranee kertoimella 4, mikä vastaa kerrointa 2 jännitteen suhteen.

tietyntyyppiset Delta-sigma-muuntimet tuottavat suhteettoman paljon kvantisointimelua korkeammilla taajuuksilla. Ajamalla nämä muuntimet noin useita tavoite näytteenottotaajuus, ja alipäästö suodatus ylinäytteistetyn signaalin alas puolet tavoite näytteenottotaajuus, lopullinen tulos vähemmän melua (yli koko taajuus Muuntimen) voidaan saada. Delta-sigma-muuntimet käyttävät melun muotoiluksi kutsuttua tekniikkaa, jolla kvantisointimelu siirretään korkeammille taajuuksille.