oversampling

Die Informationstiefe eines A/D- oder D/A-Wandlers ist das Produkt aus der Samplingrate und der Quantisierung. Erhöht man die Samplingrate, kann die Digitalisierung reduziert werden, ohne dass die Informationstiefe beeinträchtigt wird. Diese Grundüberlegung ist ein Aspekt für das Oversampling. Ein anderer hängt mit den Problemen der Filterung und Signalglättung zusammen.


Nach dem Abtasttheorem muss bei der Digitalisierung einer Frequenz diese mit mindestens der doppelten Abtastrate abgetastet werden. Beispielsweise beträgt bei Compact Discs die Abtastrate 44,1 kHz, was eine maximale Audiofrequenz von 22,05 kHz zur Folge hat. Damit die Oberwellen- und Mischprodukte bei einer solchen Abtastfrequenz das Signal nicht beeinträchtigen, muss der Audiobereich mit Filtern, die eine hohe Flankensteilheit haben, von den Mischprodukten aus der Taktfrequenz getrennt werden. Dies verursacht Probleme, da Filter mit hoher Flankensteilheit Phasenverschiebungen im oberen Frequenzbereich verursachen.

Abtastung mit einfacher und doppelter Abtastfrequenz

Abtastung mit einfacher und doppelter Abtastfrequenz

Aus diesem Grund vervielfacht man die Samplingfrequenz und kann dadurch normale Filter mit geringerer Flankensteilheit einsetzen. Hinzu kommt, dass durch das Oversampling, die Überabtastung, das treppenförmige Signal geglättet wird. So könnten beispielsweise bei einer zehnfach höheren Abtastrate pro Treppenstufe zehn weitere Zwischenwerte interpoliert werden. Das Analogsignal würde dadurch stufenloser und anschließend in einem Tiefpass weiter geglättet. Die Wiedergabe der analogen Signale wird durch den Tiefpass auf den Wiedergabebereich begrenzt.

Vierfaches Oversampling durch Einfügen von Digitalwerten

Vierfaches Oversampling durch Einfügen von Digitalwerten

Bei D/A-Wandler wird mit dem Oversampling eine Interpolation zwischen zwei vorhandenen Digitalwörtern erzielt. Zu diesem Zweck werden zusätzliche Digitalwörter zwischen die vorhandenen eingefügt. Wird beispielsweise der Eingang eines A/D-Wandlers mit 44,1 kHz getaktet, dann werden bei einem 4-fachen Oversampling drei neue Samples eingefügt und die Taktfrequenz erhöht sich auf 176,4 kHz. Der schnellere Samplestrom wird durch ein Digitalfilter geführt wobei die eingefügten Samples mit den Original-Datenwörtern interpoliert werden. Das Analogsignal wird mit einem D/A-Wandler, der mit 4-facher Abtastrate arbeitet, rekonstruiert und über ein Wandlung einfaches Filter ausgefiltert.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Überabtastung
Englisch: oversampling
Veröffentlicht: 27.05.2018
Wörter: 323
Tags: #Elektronik-Grundlagen
Links: Abtastrate, Abtasttheorem, Analog, Aspekt, CD (compact disc)