数字音频技术(第6版) 156


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  第4章数字音频还音129
  AD转换所需的定时准确度是相当可观的:正弦波变化率的最大值发生在过零点处由计算可知其值为2πAf,其中A为信号幅度的峰值,f为以Hz(赫兹)为单位的频率。通过估算,对20kHz的满幅度正弦波信号实现16bit的准确度需要时基抖动这项指标不超过250pS。只有满足这一指标才能让时基抖动成分低于量化本底噪声。低于400ps的峰值时基抖动将导致人造声,它会使动态范围减少0.5dB。史蒂芬·哈里斯(Steven harri已经指出,过采样Σ-△AD转换器与奈奎斯特非过采样逐次渐进型AD转换器一样,容易受到正弦类时钟时基抖动的不良影响。与奈奎斯特采样AD转换器相比,过采样Σ-△AD转换器更不易受到随机时钟时基抖动的影响,因为时基抖动被延伸到了过采样范围内,并被低通滤波滤除了。
  D/A转换器也容易受到时基抖动的影响。如果DA转换器的时钟是不均匀的,那么用具有完美时钟定时的AD转换器获取的采样点的质量将会被劣化,变为"在错误的时间产生那个正确的采样点"这种情况。即使数据在数值上是准确的,但由时基抖动引入的时间的偏差将导致输出模拟信号中噪声和失真的增加。幸运的是,输出波形中的失真仅仅是回放问题。数据本身可能是正确的,只是需要等待一个更为精确的转换时钟。各个采样点并有错误,它们仅仅是在一些错误的时刻上被转换了。并非所有的接收机(比如第13章中讨论的一些S/PDF接收机)都提供足够低的时基抖动。如前所述,在改进的设计中
  来自于数字连接或硬件源的数据被重同步到一个新的准确的时钟上,以求在D/A转换之前移除数据信号中的时基抖动。可以用锁相环或其他电路来完成这个任务。
  时基抖动在梯形电阻网络D/A转换器上的效果可以通过这种方法观察:用受影响的输出阶梯波减去理想的没有时基抖动的输出。差信号中包含了多个尖峰信号,它们与采样点之间的时间差相对应
  同的宽度对应的是理想时钟与带有时基抖动的时钟在到达时刻上的差值。误差脉冲的幅度对应的是前一个采样点与当前采样点的幅度差,较大的步长尺寸将产生较大的误差。信号对幅度进行调制,在各个信号峰值处产生出更小的数值。这个误差噪声频谱是白色的,因为各个误差值之间没有统计关联。噪声幅度是量化步长尺寸的个函数,具体地,是信号平均斜率的绝对值。因此,在梯形电阻网络D/A转换器中白色相时基抖动的最坏情况出现在频率为奈奎斯特频率且满幅度的上
  让一个梯形电
  网络转换器获得16bit的性能,需要让时基抖动水平至少为1ns,这取决于转换器的设计(及其他因素
  半幅度的容差,即500ps,也不是不合理的要求。不幸的是,消费备可能带有稳定性很差的时钟,时基抖动误差引起的人造声的峰值可能会达到最大电平70dB或80dB
  由时基抖动引起的误差会出现在时基抖动的频谱中。并且,时基抖动的带宽会延伸至奈奎斯特频率。因此,过采样可以把误差散布到一个更大的频谱范围中。当在梯形电阻网