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如何理解信号的抽样过程

作者:万物皆有源

冲击函数是信号处理理论的一个最基本的函数。考虑如下函数:

如何理解信号的抽样过程

这是一个矩形函数,其特点是该矩形的面积始终保持为1,不管这个矩形的长宽如何变化。当这个矩形的宽变得无限小的时候,那么其长度就是无穷大,即这个函数在宽度等于0的时候,其强度等于无穷大,这时候就被称为冲击函数。

如何理解信号的抽样过程

冲击函数定义如下:

如何理解信号的抽样过程

第一个积分等式表示这个矩形信号如何变化,其面积始终为1(积分就是求面积),当宽度趋近于0时,高度就趋近于无穷大。第二个等式更简单,表示理想冲击函数的宽度(即时间t)等于0,因此这个函数只在t=0的时刻有一个值,其他时候都为0。那么为什么要定义这样一个函数呢?它能有什么作用?我们看下面等式:

如何理解信号的抽样过程

这个等式显然成立,因为只有当t=0时

如何理解信号的抽样过程

才非0,因此原积分变为

如何理解信号的抽样过程

再看下面等式

如何理解信号的抽样过程

这个等式表示随着时间的变化,冲击函数能取出不同时间的的函数f(t)的值,这就是冲击函数最重要的用途:数字抽样。证明可以仿照上图,将t趋近于0改成趋近于t0就行。可以用一个简单电路来表示这种作用:

如何理解信号的抽样过程

上图的采样过程就相当于开关S不停地闭合和断开,闭合一次就得到输入电压Ui的一个数值。这个开关就相当于冲击函数,用信号的形式表达就是:

如何理解信号的抽样过程

显然,抽样脉冲宽度越小越好,越小抽样出来的数据越精确,理想的抽样结果如图:

如何理解信号的抽样过程

这个过程就是我们常说的模拟信号转变为数字信号的过程,即A/D转换。为了把这个A/D器件做得尽可能精确,现在世界上很多大公司都在做这方面的器件,比如ADI、TI、BB、PHILIP、MOTOROLA等。