采样技术对信噪比的提升方法
基本原理
如上图所示,过采样提升信噪比的基本原理：对于确定的adc芯片，其采样的量化噪声为固定常数，其均匀的分布在fs/2带宽的奈奎斯特区间内，当采样率fs增加时，等量的量化噪声将分布在更换的内奎斯特区间内，噪声谱密度降低（上图中阴影区域被压扁，但面积不变），即同样信号带宽内包含的噪声降低，理论上采样率每提高一倍，噪声功率谱密度就降低3db。
利用该原理而得到的信噪比提升值称为“处理增益”，因此提高采样率可以在特定信号带宽内提高adc的有效位enob，fs每增加4倍，有效位增加1bit。有专门利用这个原理制造的adc芯片，即sigma-delta型adc，其通过很低的实际adc分辨率（比如2bit）进行超高过采样（比如1024倍）后再滤波抽取，就能在得到10bit的分辨率，因此很多测量精密直流信号的adc就适合用这种类型，要求的数据刷新速率较低，如用于测量温度、压力这种缓变的24bit、32bit adc几乎（应该说全部）都是这种。
sigma-delta型adc除了利用过采样外，还利用特殊的噪声整形技术，将关注的带内噪声大部分转移到带外，然后再用数字滤波器滤除，如此即可在前面常规过采样的基础上进一步降低目标带宽的噪声量；噪声整形的形状大概有两种，一种是针对中频数字接收（如adi的某些中频数字接收芯片），有的称作“浴盆状”，一种是针对以直流为起点的低通应用，如上面提到的用于近直流测量的24、32bit adc，重点、重点、重点来了，adi的射频收发器如ad9361、71，adrv9009等的接收通道adc都属于sigma-delta型adc；
注：以上3图来源自adi文献
案列描述案列描述：使用信号源给adc输入一个-1dbfs的61mhz正弦信号，其中adc采样率80mhz，信号经过ddc数字下变频、cic滤波4抽取、两级fir滤波2抽取最终得到5mbps速率的基带iq信号（带宽4mhz），通过vivado的ila核从fpga同时抓取adc原始数据、ddc结果、cic结果、hb滤波结果、fir滤波结果；然后将数据导入matlab绘制频谱和计算snr；文中所有频谱不是matlab仿真而来，而是在fpga中采集的实际信号频谱。
处理增益pg=fs/(2bw)=80/(25)=8，即理想情况下snr能够提升9db（过采样处理增益）,从图看出经过系列处理后snr提高了8.3db，后文中除了第一个图是原始实信号外，其余均为基带i路信号，最后输出信号的信噪比与理想条件下相差0.7db，这0.7db的差异主要就是滤波器不理想（过渡带）等因素所导致。
基本流程
图1-adc采样的原始数据频谱
图2-ddc后的i路数据频谱
信号中有直流成分，导致ddc过程中nco本振频率（20mhz）泄露
图3-cic后的i路数据频谱
实际此处采用4倍cic抽取其实有些问题，
图4-hb后的i路数据频谱
图5-末级fir后的i路数据频谱
滤波器带宽设置为2mhz，故上图中可清晰见到2~2.5mhz处的滤波器过渡带滚降特性。
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如上图所示,过采样提升信噪比的基本原理：对于确定的adc芯片，其采样的量化噪声为固定常数，其均匀的分布在fs/2带宽的奈奎斯特区间内，当采样率fs增加时，等量的量化噪声将分布在更换的内奎斯特区间内，噪声谱密度降低（上图中阴影区域被压扁，但面积不变），即同样信号带宽内包含的噪声降低，理论上采样率每提高一倍，噪声功率谱密度就降低3db。
利用该原理而得到的信噪比提升值称为“处理增益”，因此提高采样率可以在特定信号带宽内提高adc的有效位enob，fs每增加4倍，有效位增加1bit。有专门利用这个原理制造的adc芯片，即sigma-delta型adc，其通过很低的实际adc分辨率（比如2bit）进行超高过采样（比如1024倍）后再滤波抽取，就能在得到10bit的分辨率，因此很多测量精密直流信号的adc就适合用这种类型，要求的数据刷新速率较低，如用于测量温度、压力这种缓变的24bit、32bit adc几乎（应该说全部）都是这种。
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基本流程
图1-adc采样的原始数据频谱
图2-ddc后的i路数据频谱
信号中有直流成分，导致ddc过程中nco本振频率（20mhz）泄露
图3-cic后的i路数据频谱
实际此处采用4倍cic抽取其实有些问题，
图4-hb后的i路数据频谱
图5-末级fir后的i路数据频谱
滤波器带宽设置为2mhz，故上图中可清晰见到2~2.5mhz处的滤波器过渡带滚降特性。
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