S420061 数字信号处理（DSP）介绍

1 模拟信号处理

也许最简单的模拟信号处理示例是图 1 中所示的熟悉的 RC 电路。

该电路充当低通滤波器。它去除或过滤掉高于电路截止频率的频率分量，并以很小的衰减通过较低频率的分量。在本例中，信号处理的目的是消除高频噪声并提取信号的所需部分。

请注意，输入和输出均为模拟形式。这是一个很大的优势，因为科学和工程中感兴趣的信号本质上是模拟的。因此，对于模拟信号处理，信号处理模块的输入和输出不需要接口电路（ADC 和 DAC）。

2 模拟信号处理的缺点

模拟信号处理的一大缺点是电子元件值的变化。模拟电路依赖于有源和无源元件（电阻器、电容器、电感器和放大器）的精度。例如，上述低通滤波器的截止频率 (fC) 由下式给出：

如您所见，滤波器响应是组件值的函数。由于电子元件不能以完美的精度制造，模拟电路的精度是有限的。由于组件容差，性能不是 100% 可重复的，我们预计不同电路参数会出现一些板对板变化。

另一个缺点是模拟电路不灵活。例如，要修改上述滤波器的频响，我们需要调整元件的值（需要修改硬件）。数字信号处理不是这种情况。使用 DSP，甚至可以通过简单地改变一些可编程系数将低通滤波器变成高通滤波器。

此外，模拟电路不适合实现数学函数（乘法、除法等）。这与数字域形成对比，在数字域中可以轻松实现更复杂的数学运算。

3 数字信号处理可以解决许多挑战

数字电路不受上述限制的影响。例如，虽然元件值和寄生参数的变化会略微改变 CMOS 反相器门的延迟，但门的整体功能将被保留。因此，与模拟电路不同，数字电路不易受组件变化和寄生效应的影响。数字电路也更灵活，更适合实现数学函数。

剩下的问题是，我们需要哪些基本组件来处理数字域中的信号。

如图 2 所示，我们需要在信号处理模块的输入和输出端安装模数 (A/D) 和数模 (D/A) 转换器，以将我们的数字电路与现实世界连接起来 模拟信号。