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数字滤波器对模拟音频信号电平的影响研究

导读: 使用数字滤波器时需要考虑的一个重要问题是信号电平对其数字到模拟域转换产生的影响。假设系统为处理单元提供数字信号,并在没有进行任何处理的情况下,使用一种理想的 DAC将其转换为模拟。本例中,我们将0-dBFS数字信号供给DAC,并把它转换成模拟域。

  问题理解

 

  使用数字滤波器时需要考虑的一个重要问题是信号电平对其数字到模拟域转换产生的影响。假设系统为处理单元提供数字信号,并在没有进行任何处理的情况下,使用一种理想的 DAC将其转换为模拟,如图1所示。本例中,我们将0-dBFS数字信号供给DAC,并把它转换成模拟域。满量程振幅信号编解码器规范中说明了数字编码和模拟输出振幅之间的关系。如果满量程振幅规范为0.707 VRMS(即1peak),这就意味着满量程0-dBFS数字正弦波将会产生1-Vpeak的正弦波,如图所示。

  如果DAC的限制为–2n–1和2n–1–1,由于在输出端对其进行削波处理,因此对超出这些限制的信号进行放大处理会使信号失真(假设饱和逻辑),如图2所示。请注意,大多数信号处理器一般在向DAC提供数据以前都允许一定量的余量。处理器内存中的数据保持不失真很重要。图2描述了超出限制时可能会出现输出削波的一些DAC输入限制。

 

  

  图1:表示为1-Vpeak模拟信号的满量程数字信号

  

  图2:数字域的过多增益可使信号超出DAC的上下限

 

  这个问题的一种解决方案是保证放大信号时不超出DAC的限制(即保证不将正增益应用于源信号)。然而,许多情况下,这种解决方案的效果并不那么明显。在某个具体频率范围内,相对于满量程DAC输入振幅执行一次信号增强,也会带来一些不利影响。图3中,500-Hz信号增强6 dB。我们在模拟输出中观测到失真,这是由于DAC削波。

 

  

  图3:指定频率带的可能升压效果

 

  图4同样描述了这种概念。请注意,当传递到处理器内存的更大总线宽时,源数据的噪声得到了继承。如前所述,数据下调量为最大总信号增强量,以适应增强区域。但是,如图5 所示,即使增强参考点位于某个较好的位置,DAC信号也会受到输出SNR的影响。如果信号增强量并未极大地损害总系统SNR,则简单的调节或许是一种可行的解决方案。一些低功耗编解码器拥有100dB的SNR,其允许在不牺牲原始16位源SNR的情况下,进行一定量的调节。

 

  

  图4:全数字信号链的信号组成

  

  图5:使用调节时的信号组成

 

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