হাইড্রিড অ্যানালগ / ডিজিটাল স্যাম্পলড-ডেটা সিস্টেমটিতে শূন্য-অর্ডারের ভূমিকা ঠিক কী?


14

আমি স্বীকার করব, আমি এই প্রশ্নটি বাজেভাবে জিজ্ঞাসা করছি। আমি কৌতূহল করছি এর থেকে কী উত্তর ফিরে আসবে।

আপনি যদি এর উত্তর দিতে চান তবে নিশ্চিত হন যে আপনি শ্যানন-নাইকুইস্টের নমুনা উপপাদ্যটি ভালভাবে বুঝতে পেরেছেন। বিশেষত পুনর্গঠন। পাঠ্যপুস্তকে "গোটচাস" সম্পর্কেও সাবধান থাকুন। ডেরাক ডেল্টা ইমপালস ফাংশনটির ইঞ্জিনিয়ারিং ধারণাটি যথেষ্ট। আপনার "ডিস্ট্রিবিউশন" স্টাফের সমস্ত বিষয় নিয়ে চিন্তা করার দরকার নেই, ড্যাসাকের অনুপ্রেরণায় একটি নাস্তিক ব-দ্বীপ ফাংশন হিসাবে যথেষ্ট যথেষ্ট:

δ(t)=limτ01τrect(tτ)

কোথায়

rect(t){0if |t|>121if |t|<12

যথার্থতা, নমুনা শব্দের বিট প্রস্থ এবং রূপান্তরকরণে পরিমিতকরণ সম্পর্কিত সমস্যাগুলি এই প্রশ্নের সাথে প্রাসঙ্গিক নয়। কিন্তু স্কেলিং ইনপুট থেকে আউটপুট হয় প্রাসঙ্গিক।

অন্য কেউ যদি একটি সঠিক এবং শিক্ষাগতভাবে দরকারী উত্তর না উপস্থাপন করে তবে অবশেষে আমি এটিতে নিজের নিজের উত্তর লিখব। আমি এমনকি এটিতে একটি অনুগ্রহও রাখতে পারি (আমার কাছে যা কিছু আছে তার সামান্য পরিমাণে ব্যয়ও করতে পারে)।

এইখানে পাবে.


আপনি প্রাথমিকভাবে এলিয়াসিং সম্পর্কে শুনে আগ্রহী?
ডেডুড

নাঃ। আমি ধরে নিচ্ছি যে স্যাম্পলিং উপপাদনের সমস্ত নিয়ম মেনে চলেন। অর্থাৎ, অবিচ্ছিন্ন-সময় ইনপুটটিতে কোনও সামগ্রী বা শক্তি স্যাম্পল হওয়া যায় না যা উপরে বা তারপরে থাকেfs2 । এখন, মনে রাখবেন "এলিয়াস" এবং "চিত্র" এর মধ্যে পার্থক্য রয়েছে।
রবার্ট ব্রিস্টো-জনসন

যতদূর আমার মনে আছে শূন্য-অর্ডার
হোল্ডটি

@ কিরানফ, এটি এর চেয়ে একটু বেশি।
রবার্ট ব্রিস্টো-জনসন

টিমোর দেওয়া উত্তরগুলি থেকে @ রবার্টব্রিস্টো-জনসন সত্যিই আমার ভাবনার চেয়ে এটি আরও জড়িত বলে মনে হচ্ছে। শুভ কামনা!
কিরানএফ

উত্তর:


6

সেট-আপ

আমরা একটি ইনপুট সিগন্যাল সহ একটি সিস্টেম বিবেচনা করি x(t), এবং স্পষ্টতার জন্য আমরা প্রয়োজন যেখানে প্রয়োজন ভোল্টেজ হিসাবে এর মান উল্লেখ x(t)। আমাদের নমুনা সময়কাল T , এবং একই নমুনার হার fs1/T

ফুরিয়ার ট্রান্সফর্মের জন্য, আমরা কনভেনশনগুলি

এক্স(আমি2π)=এফ(এক্স(টি))-এক্স(টি)-আমি2πটিটি,
বিপরীত ফুরিয়ার রূপান্তর
এক্স(টি)=এফ-1(এক্স(আমি2π))-এক্স(আমি2π)আমি2πটি
নোট করুন যে এই কনভেনশনগুলির সাথেএক্সহ'ল ল্যাপলেস ভেরিয়েবলগুলি=আমিω=আমি2π

আদর্শ নমুনা এবং পুনর্নির্মাণ

আসুন আমরা আদর্শ নমুনা থেকে শুরু করি: নাইকুইস্ট-শ্যানন স্যাম্পলিং উপপাদ্য অনুসারে , একটি সিগন্যাল এক্স(টি) যা এফ < 1 এর ব্যান্ড সীমাহীন<12গুলি,অর্থাৎ

এক্স(আমি2π)=0,Wএন||12গুলি,
তারপর মূল সংকেত পুরোপুরি থেকে পুনর্নির্মিত করা যেতে পারেনমুনার এক্স[এন]এক্স(এনটি), যেখানেএনজেড। অন্য কথায়, সিগন্যালের ব্যান্ডউইদথকে শর্ত দেওয়া (যাকেনিউকুইস্ট মাপদণ্ডবলা হয়), সময়ের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ বিচ্ছিন্ন পয়েন্টগুলিতে এর তাত্ক্ষণিক মানগুলি জানা যথেষ্ট।

স্যাম্পলিং উপপাদ্যটি পুনর্নির্মাণের জন্য একটি সুস্পষ্ট পদ্ধতি দেয়। আসুন আমরা এটি এমনভাবে সংশোধন করি যা নিম্নলিখিতগুলির ক্ষেত্রে সহায়ক হবে: আসুন আমরা তার সিগন্যাল এক্স ( টি ) এর ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম টি অনুমান করতে পারি এর ধাপে টি : এক্স ( i 2 π f ) এর সাথে রিমন যোগফল দ্বারা n = - x ( n Δ t ) e - i 2 π fএক্স(আমি2π)এক্স(টি)টি এন টি টি যেখানে Δ টি = টি । আমাদের অবিচ্ছেদ্য হিসাবে এই পুনর্লিখন, ত্রুটি পরিমাণ নির্ণয় করার যাক করছি তৈরীর: Σ এন = - এক্স ( এন টি ) - আমি 2 π

এক্স(আমি2π)~Σএন=-এক্স(এনΔটি)-আমি2πএনΔটিΔটি,
Δটি=টি যেখানে আমরাএক্স(টি)এর প্রোডাক্টেকনভলিউশন তত্ত্বটিব্যবহার করেছিএবংনমুনা ফাংশনn = - টিδ(টি-এনটি), নমুনা ফাংশনের ফুরিয়ার রূপান্তরটি হ'লn = - δ(-কে
Σএন=-এক্স(এনটি)-আমি2πএনটিটি=-Σএন=-এক্স(টি)-আমি2πটিটিδ(টি-এনটি)টি=এক্স(আমি2π)*এফ(টিΣএন=-δ(টি-এনটি))(1)=Σ=-এক্স(-/টি),
এক্স(টি) Σএন=-টিδ(টি-এনটি) , এবং ডেল্টা ফাংশনগুলির জন্য অবিচ্ছেদ্য কাজ করেছে।Σএন=-δ(-/টি)

নোট করুন যে বাম দিকটি হ'ল , যেখানে এক্স 1 / টি ( i 2 π f টি ) একই নমুনাযুক্ত সংকেত x [ n ] x এর বিচ্ছিন্ন সময় ফুরিয়ার রূপান্তর ( এন টি ) , এফ টি এর সাথে ডাইমেনশন বিহীন সময়ের ফ্রিকোয়েন্সি।টিএক্স1/টি(আমি2πটি)এক্স1/টি(আমি2πটি)এক্স[এন]এক্স(এনটি)টি

এখানে আমরা Nyquist মানদণ্ডের পিছনে অপরিহার্য কারণটি দেখতে পাচ্ছি: যোগফলের শর্তাদি ওভারল্যাপ না হওয়ার গ্যারান্টি দেওয়ার জন্য ঠিক এটিই প্রয়োজন। Nyquist মাপদণ্ডের সাথে উপরের যোগফলটি অন্তরাল থেকে বর্ণালীটির পর্যায়ক্রমিক প্রসারকে হ্রাস করে পুরো আসল লাইনে to[-গুলি/2,গুলি/2]

যেহেতু ডিটিএফটি ইন এর অন্তরালে একই ফুরিয়ার রূপান্তরিত হয়েছে [ - f s / 2 , f s / 2 ] আমাদের মূল সংকেত হিসাবে, আমরা কেবল এটি আয়তক্ষেত্রাকার ফাংশন r e c t ( f / f s ) দ্বারা গুণ করতে পারি ) এবং আসল সংকেতটি ফিরে পান। কনভলিউশন উপপাদ্য মাধ্যমে , এটি আয়তক্ষেত্রাকার ফিউরিয়ার রূপান্তরের সাথে ডায়ারাক ঝুঁটিকে বোঝানোর সমান, যা আমাদের সম্মেলনে F ( r e c t ( f) হয়(1)[-গুলি/2,গুলি/2]Rটি(/গুলি) যেখানে সাধারণ sinc ফাংশন হয় গুলি আমি এন ( এক্স ) পাপ ( π এক্স )

এফ(Rটি(/গুলি))=1/টিগুলিআমিএন(টি/টি),
কনভলিউশনটি তখন ডায়াকের কম্ব্রে প্রতিটি ডায়ারাক ডেল্টাকে কেবল বদলে ডিন্টের অবস্থানে স্থানান্তরিত করে এক্স ( টি ) = n = - x [ n ] এস আই এন সি ( টি / টি -) দেয় n )
গুলিআমিএন(এক্স)পাপ(πএক্স)πএক্স
(2)x(t)=n=x[n]sinc(t/Tn).
এটি হুইটেকার-শ্যানন ইন্টারপোলেশন সূত্র

অ-আদর্শ নমুনা

উপরের তত্ত্বটি বাস্তব বিশ্বে অনুবাদ করার জন্য, সবচেয়ে কঠিন অংশটি ব্যান্ডমিলিংয়ের গ্যারান্টি দিচ্ছে, যা নমুনা দেওয়ার আগে অবশ্যই করা উচিত। এই উত্তরের উদ্দেশ্যে, আমরা ধরে নিই যে এটি করা হয়েছে। বাকি কাজটি হ'ল সিগন্যালের তাত্ক্ষণিক মানগুলির নমুনা নেওয়া। যেহেতু প্রকৃত এডিসির নমুনার সান্নিধ্য তৈরি করার জন্য একটি সীমিত পরিমাণের প্রয়োজন হবে, তাই সাধারণ বাস্তবায়ন সিগন্যালের মানকে একটি নমুনা-এবং-হোল্ড-সাইকুইটে সংরক্ষণ করবে, যেখান থেকে ডিজিটাল আনুমানিকতা গঠিত হয়।

যদিও এটি অনেকটা শূন্য-অর্ডার-হোল্ডের অনুরূপ, এটি একটি স্বতন্ত্র প্রক্রিয়া: নমুনা এবং হোল্ড থেকে প্রাপ্ত মানটি প্রকৃতপক্ষে সিগন্যালের তাত্ক্ষণিক মান, সমীকরণের অবধি যা সংকেতটির জন্য স্থির থাকে to নমুনা মান ধারণ করে ক্যাপাসিটরকে চার্জ করতে সময়কাল লাগে। এটি সাধারণত বাস্তব বিশ্বের সিস্টেমগুলি দ্বারা ভাল অর্জন করা হয়।

অতএব, আমরা বলতে পারি যে ব্যান্ডম্লিটিংয়ের সমস্যাটিকে উপেক্ষা করে একটি সত্যিকারের বিশ্ব এডিসি আদর্শ নমুনা দেওয়ার ক্ষেত্রে খুব ভাল অনুমানের "সিঁড়ি" -হোল্ড থেকে আসা কোনও ত্রুটি সৃষ্টি করে না does নিজেই নমুনা

আদর্শহীন পুনর্গঠন

পুনর্নির্মাণের জন্য, লক্ষ্যটি এমন একটি বৈদ্যুতিন সার্কিট সন্ধান করা হবে যা সমষ্টিগুলির যোগফলগুলি সম্পাদন করে । যেহেতু এই সিন্কটির সময় সীমাহীন সীমানা রয়েছে তাই এটি পুরোপুরি স্পষ্ট যে এটি ঠিক উপলব্ধি করা যায় না। তদুপরি, যুক্তিসঙ্গত সমীকরণের জন্য এমন সংখ্যার যোগফল গঠনের জন্য একাধিক সাব-সার্কিটের প্রয়োজন হবে এবং দ্রুত খুব জটিল হয়ে উঠবে। অতএব, সাধারণত অনেক সরল আনুমানিকতা ব্যবহৃত হয়: প্রতিটি নমুনা তাত্ক্ষণিক সময়ে, নমুনার মানের সাথে সংশ্লিষ্ট একটি ভোল্টেজ আউটপুট হয় এবং পরবর্তী নমুনা তাত্ক্ষণিক পর্যন্ত স্থির থাকে (যদিও বিকল্প পদ্ধতির উদাহরণের জন্য ডেল্টা-সিগমা মড্যুলেশন দেখুন )। এটি শূন্য-অর্ডার হোল্ড , এবং আমরা উপরে উল্লিখিত সিঙ্কটি আয়তক্ষেত্র ফাংশন 1 টি এর সাথে প্রতিস্থাপনের অনুরূপ(2) । সংবর্তন মূল্যায়ন ( 1 / টি আর টি ( T / টি - 1 / 2 ) ) * ( Σ এন = - টি এক্স [ এন ] δ ( T - এন টি ) ) ,1/Trect(t/T1/2)

(1/Trect(t/T1/2))(n=Tx[এন]δ(টি-এনটি)),
ডেল্টা ফাংশনের নির্ধারিত সম্পত্তি ব্যবহার করে আমরা দেখতে পাচ্ছি যে এটি প্রকৃতপক্ষে ক্লাসিক ক্রমাগত-সময় সিঁড়ি তরঙ্গরূপে ফল দেয়। এর ফ্যাক্টর বাতিল করতে প্রবেশ টি চালু (1) । যেমন একটি ফ্যাক্টর প্রয়োজন তা এই বিষয়টি থেকেও পরিষ্কার যে একটি অনুপ্রেরণামূলক প্রতিক্রিয়ার ইউনিটগুলি 1 / সময় হয়।1/টিটি(1)

দ্বারা স্থানান্তর গ্যারান্টি সহজভাবে হয় কার্যকারণ । এটি কেবল 1 / টি আর সি টি ( 1 / টি ) ব্যবহারের সাথে তুলনামূলকভাবে 1/2 নমুনা দ্বারা আউটপুট পরিবর্তনের পরিমাণে (যা রিয়েল-টাইম সিস্টেমে পরিণতি হতে পারে বা যখন খুব-1/2টি1/টিRটি(1/টি) বাহ্যিক ইভেন্টগুলিতে সুসংগত প্রয়োজন হয়) যা আমরা নিম্নলিখিত বিষয়গুলিতে উপেক্ষা করব।

ফিরে তুলনা , আমরা ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেইনে, যা বেসব্যান্ড সম্পূর্ণভাবে অক্ষত ছেড়ে বর্ণালী বলা উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সি কপি সকল সরান মধ্যে আয়তক্ষেত্রাকার ফাংশন প্রতিস্থাপিত হয়েছে ইমেজ ফুরিয়ার সঙ্গে, ফাংশন রুপান্তর 1 / টি R টি ( T / টি ) । এটি অবশ্যই s i n c ( f / f s ) (1)1/টিRটি(টি/টি)

গুলিআমিএন(/গুলি)

নোট করুন যে যুক্তিটি আদর্শ ক্ষেত্রে থেকে কিছুটা উল্টে গেছে: সেখানে আমরা আমাদের লক্ষ্যটি সংজ্ঞায়িত করেছি, যা ছিল ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনে চিত্রগুলি অপসারণ এবং সময় ডোমেনে ফলাফলগুলি উত্পন্ন করা। এখানে আমরা সংক্ষিপ্ত বিবরণ দিয়েছি যে কীভাবে সময় ডোমেনে পুনর্গঠন করা যায় (যেহেতু এটি আমরা কীভাবে করতে জানি তা) এবং ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনে ফলাফলগুলি উত্পন্ন করে।

সুতরাং শূন্য-অর্ডার হোল্ডের ফলস্বরূপ যে ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনে আয়তক্ষেত্রাকার উইন্ডোটিংয়ের পরিবর্তে, আমরা উইন্ডোটিং ফাংশন হিসাবে সিনকে শেষ করি। অতএব:

  • ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া আর ব্যান্ড সীমাহীন। বরং এটি হিসাবে ক্ষয় হয়, উপরের ফ্রিকোয়েন্সিগুলি মূল সংকেতের চিত্র হয়ে থাকে1/
  • বেসব্যান্ড এ, প্রতিক্রিয়া ইতিমধ্যে যথেষ্ট decays এ সম্পর্কে -4 ডেসিবেল পৌঁছনো 1/2গুলি

সামগ্রিকভাবে, শূন্য-অর্ডার হোল্ড হুইটকার-শ্যানন ইন্টারপোলেশন সূত্রে উপস্থিত সময়-ডোমেন সিন ফাংশনটিকে আনুমানিকভাবে ব্যবহার করতে ব্যবহৃত হয় । নমুনা দেওয়ার সময়, অনুরূপ সাদৃশ্যযুক্ত নমুনা এবং হোল্ডটি সিগন্যালের তাত্ক্ষণিক মান নির্ধারণের সমস্যার প্রযুক্তিগত সমাধান এবং নিজেই কোনও ত্রুটি তৈরি করে না।

মনে রাখবেন যে পুনর্নির্মাণে কোনও তথ্যই হারিয়ে যায় না, যেহেতু আমরা প্রাথমিক জিরো-অর্ডার হোল্ডের পরে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি চিত্রগুলি সর্বদা ফিল্টার করতে পারি। লাভের ক্ষতিও ড্যাকের আগে বা পরে একটি বিপরীত সিনক ফিল্টার দ্বারা ক্ষতিপূরণ দেওয়া যেতে পারে। সুতরাং আরও ব্যবহারিক দৃষ্টিকোণ থেকে, জিরো-অর্ডার হোল্ডটি আদর্শ পুনর্নির্মাণের একটি প্রাথমিক বাস্তবায়নযোগ্য সান্নিধ্য তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় , যা প্রয়োজনে আরও উন্নত করা যেতে পারে।


এটি আকর্ষণীয় টিমো। আপনি উইকিপিডিয়া রাজনীতির পরিণতিতে চলেছেন। খুঁজে বার করো স্যাম্পলিং উপপাদ্য উইকিপিডিয়ার নিবন্ধের এই পুরোনো সংস্করণ । পইসন সংক্ষেপণের সূত্রের আড়াল না করে কেবল এটি দেখায় যে কীভাবে নমুনাটি চিত্রগুলি উত্পন্ন করে এবং স্পষ্টতই মূল অবিচ্ছিন্ন সময় সংকেতটি পুনরুদ্ধার করার জন্য প্রয়োজনীয়। এবং আপনি দেখতে পারেন কেন সেখানে যে স্যাম্পলিং ফাংশনে ফ্যাক্টর। T
রবার্ট ব্রিস্টো-জনসন

এটি আকর্ষণীয় যে উইকিপিডিয়া নিবন্ধের পুরাতন সংস্করণটি আসলে পরিষ্কার, আমার মতে। হিসাবটি আমি উপরে যা লিখি তা হুবহু, এটি আরও কিছু বিশদ দেয়।
টিমো

যাইহোক, আমি কেন এর ফ্যাক্টরটির প্রয়োজন তা বোঝার জন্য এটি পুরোপুরি নিশ্চিত নই : আমি মনে করি যে উত্তরে আমি যা লিখি তা টি-এর প্রয়োজনীয় হওয়ার জন্য যথেষ্ট শর্ত (প্রযুক্তিগতভাবে, একটি ধারাবাহিকতা শর্ত, তবে আমরা ইতিমধ্যে অনুমান যে পুনর্গঠন সম্ভব)) এখন, অবশ্যই বোঝা সর্বদা একটি বিষয়গত জিনিস। উদাহরণস্বরূপ, এখানে এটি টির ফ্যাক্টরের উপস্থিতির গভীর কারণ হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে যে টি যখন সীমাবদ্ধতা T 0 নেয় তখন টি মূলত সংহত পরিমাপ d t হয়ে যায় । TTTTdtT0
টিমো

আমি মনে করি আপনি যা উল্লেখ করছেন তা কেন en.wikedia.org/w/…- তে জটিল ঘনিষ্ঠতার যোগফল হিসাবে ডাইরাক ঝুঁটির উপস্থাপনে 1 / টি উপস্থিতি ? এটি অবশ্যই রাখার এক উপায় এবং এটি একটি পরিমাপ হিসাবে ভূমিকার সাথে সরাসরি সম্পর্কিত । T
টিমো

1
আমি সাহায্য করতে পারি না তবে মনে করি আপনার উত্তরটি কেবল যুক্ত করা উচিত you're মন্তব্যগুলি বর্ধিত আলোচনার জন্য নয়।
ডেভিড

4

শূন্য-অর্ডার হোল্ডের নমুনা উপপাদায় উপস্থিত ডেল্টা এবং ফাংশনগুলির মধ্যে যে কোনওটি উপযুক্ত, প্রায় অনুমান করার ভূমিকা রয়েছে ।sinc

স্পষ্টতার উদ্দেশ্যে, আমি ভোল্টেজ সংকেত সহ একটি এডিসি / ড্যাক সিস্টেম বিবেচনা করি। নীচের সমস্তগুলি ইউনিটগুলির যথাযথ পরিবর্তন সহ যে কোনও স্যাম্পলিং সিস্টেমে প্রযোজ্য। আমি এটিও ধরে নিয়েছি যে এনকিউইস্টের মানদণ্ডটি পূরনের জন্য ইনপুট সিগন্যালটি ইতিমধ্যে জাদুকরীভাবে ব্যান্ডলিমিটেড হয়েছে।

নমুনা দেওয়া থেকে শুরু করুন: আদর্শভাবে, কোনও একক তাত্ক্ষণিকভাবে ইনপুট সিগন্যালের মান নমুনা করে। যেহেতু প্রকৃত এডিসির তাদের সীমাবদ্ধতা গঠনের জন্য সীমাবদ্ধ সময়ের প্রয়োজন, তাই তাত্ক্ষণিক ভোল্টেজটি নমুনা-ও-হোল্ড দ্বারা সান্নিধ্য করা হয় (ক্যাপাসিটর চার্জ করতে ব্যবহৃত স্যুইচিং সময় দ্বারা তাত্ক্ষণিকভাবে প্রায় হয়)। সুতরাং সংক্ষেপে, হোল্ডটি একটি ধ্রুবক ভোল্টেজ পরিমাপের সমস্যার সাথে সংকেতটিতে ডেল্টা কার্যকরী প্রয়োগের সমস্যাটিকে রূপান্তর করে।

এখানে দ্রষ্টব্য যে ইনপুট সিগন্যালটি একটি ইমপালস ট্রেন বা একই তাত্ক্ষণিক সময়ে শূন্য-অর্ডার হোল্ড প্রয়োগ করার মধ্য দিয়ে পার্থক্য নিছক ব্যাখ্যার প্রশ্ন, যেহেতু এডিসি তবে কেবলমাত্র তাত্ক্ষণিক ভোল্টেজগুলি সংরক্ষণ করবে store একটি অন্য থেকে পুনর্গঠন করা যেতে পারে। এই উত্তরের উদ্দেশ্যে, আমি ব্যাখ্যাটি গ্রহণ করব যে নমুনাযুক্ত সংকেতটি ফর্মের ক্রমাগত সময়ের সংকেত is

x(t)=ΔtVref2nkxkδ(tkΔt),
VrefnxkΔtxk

ΔtΔtf=0

x^(0)=0Δt1Vdt=1VΔt.
Δt

sincsinc

পুনর্গঠিত সংকেতের ফলে এর কী পরিণতি হয়েছে তা দেখার জন্য, আমি পর্যবেক্ষণ করেছি যে হোল্ডটি আয়তক্ষেত্রাকার ফাংশন দিয়ে ইমপ্লিজ ট্রেনকে সংশ্লেষ করার ঠিক সমান is

rectΔt(t)=1Δtrect(tΔt).
V1

rect^Δt(f)=sinc(πΔtf).
1sinc1/f

sincsinc6dB/octavesinc

এও নোট করুন যে কোনও কল্পিত প্রবণতা জেনারেটর যা বিশ্লেষণে ব্যবহৃত ইমালস ট্রেনটি শারীরিকভাবে পুনরুত্পাদন করতে পারে তা চিত্রগুলির পুনর্গঠনে অসীম পরিমাণ শক্তি আউটপুট দেয়। এটি কিছু লোমশ প্রভাব ফেলতে পারে যেমন এডিসি পুনরায় স্যাম্পলিং আউটপুটটিকে কিছুই দেখতে পাবে না, যতক্ষণ না এটি পুরোপুরি মূল সিস্টেমে সিঙ্ক্রোনাইজ করা হয় (এটি বেশিরভাগই আবেগগুলির মধ্যে নমুনা হবে)। এটি স্পষ্টভাবে দেখায় যে আমরা আউটপুটটি ঠিকঠাকভাবে ব্যান্ডলিমিট করতে না পারলেও, কিছু প্রাকৃতিক উপস্থাপনায় রূপান্তরিত হওয়ার পূর্বে সিগন্যালের মোট শক্তি নিয়মিত করার জন্য কিছুটা আনুমানিক ব্যান্ডমিলিটিং সর্বদা প্রয়োজন।

সংক্ষেপ:

  • sinc
  • ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেন দৃষ্টিকোণ থেকে, এটি ইটওয়াল ফিল্টারের একটি অনুমান যা চিত্রগুলি সরিয়ে দেয় এবং অতএব আদর্শিক আবেগ ট্রেনে উপস্থিত অসীম পরিমাণ শক্তিকে নিয়ন্ত্রণ করে।

Vs=VHz,1/s


when the timer allows me to, i will put a bounty on this, Timo. there are some things that i like: e.g. having the DC gain = 1, which is consistent with Eq. 1 on your maxim citation, but way too many textbooks screw it up with a gain of T that they don't know what to do with. and it appears that you are understanding that the ZOH has nothing to do with any possible S/H at the input of the ADC. that's good. i'll still wait for a little more rigorous answer. and don't worry about Vref. i am assuming it's the same for the ADC and DAC.
robert bristow-johnson

@robertbristow-johnson: thanks for the kind words! Can you specify a little in what direction are you looking for more rigor? More details, more maths proof style answer, or something completely different?
Timo

আমি পরিষ্কার এবং সামঞ্জস্যপূর্ণ গাণিতিক স্বরলিপি সহ একটি গাণিতিক চিকিত্সা অনুমান করি। আমি ওপেনহাইম এবং উইলস্কির সাথে বা এরকম কোনও কিছুর সাথে সামঞ্জস্য থাকার পরামর্শ দেব।
টি1গুলি
এক্স[এন]এক্স(এনটি)
সম্ভবত, যাতে ল্যাপ্লেস এবং ফুরিয়ার রূপান্তরগুলির সুসংগত এবং সামঞ্জস্যপূর্ণ স্বরলিপি রয়েছে
এফ{এক্স(টি)}=এক্স(2π)-+ +এক্স(টি)-2πটি টি
। নমুনা তত্ত্বটি কী বলছে এবং বাস্তবে এটি কীভাবে আলাদা এবং ZOH এর মধ্যে কোথায় আসে তা আলোচনা করুন।
রবার্ট ব্রিস্টো-জনসন 21

Ok, let me actually try writing another answer, since editing this to change the notation to what you prefer etc would probably leave a bit of mess. I'll just fix a small mistake from this one first, since it bothers me...
Timo

i was a little confused and slow-on-the-draw and didn't hit the bounty icon to award your bounty. according to the rules: If you do not award your bounty within 7 days (plus the grace period), the highest voted answer created after the bounty started with a minimum score of 2 will be awarded half the bounty amount. If two or more eligible answers have the same score (i.e., their scores are tied), the oldest answer is awarded the bounty. If there's no answer meeting those criteria, the bounty is not awarded to anyone. -- according to these rules you should get it within a week.
robert bristow-johnson

3

ফুরিয়ার রূপান্তর :

এক্স(2π)=এফ{এক্স(টি)}-+ +এক্স(টি) -2πটি টি

বিপরীত ফুরিয়ার রূপান্তর:

এক্স(টি)=এফ-1{এক্স(2π)}=-+ +এক্স(2π) 2πটি 

আয়তক্ষেত্রাকার ডাল ফাংশন :

RECT(তোমার দর্শন লগ করা){0যদি |তোমার দর্শন লগ করা|>121যদি |তোমার দর্শন লগ করা|<12

"সিনক" ফাংশন ("সাইনাস কার্ডিনালিস") :

sinc(বনাম){1যদি বনাম=0পাপ(πবনাম)πবনামযদি বনাম0

স্যাম্পলিং ফ্রিকোয়েন্সি সংজ্ঞায়িত করুন ,গুলি1টি স্যাম্পলিং সময়কাল পরস্পর হিসাবে টি

মনে রাখবেন যে:

এফ{RECT(টিটি)}=টি sinc(টি)=1গুলি sinc(গুলি)

ডায়ারাক ঝুঁটি (ওরফে "স্যাম্পলিং ফাংশন" ওরফে "শ ফাংশন") :

IIIT(t)n=+δ(tnT)

Dirac comb is periodic with period T. Fourier series:

IIIT(t)=k=+1Tej2πkfst

Sampled continuous-time signal:

ideally sampled signal with dirac comb

xs(t)=x(t)(TIIIT(t))=x(t)(Tn=+δ(tnT))=T n=+x(t) δ(tnT)=T n=+x(nT) δ(tnT)=T n=+x[n] δ(tnT)

where x[n]x(nT).

This means that xs(t) is defined solely by the samples x[n] and the sampling period T and totally loses any information of the values of x(t) for times in between sampling instances. x[n] is a discrete sequence of numbers and is a sorta DSP shorthand notation for xn. While it is true that xs(t)=0 for nT<t<(n+1)T, the value of x[n] for any n not an integer is undefined.

N.B.: The discrete signal x[n] and all discrete-time operations on it, like the Z-Transform, the Discrete-Time Fourier Transform (DTFT), the Discrete Fourier Transform (DFT), are "agnostic" regarding the sampling frequency or the sampling period T. Once you're in the discrete-time x[n] domain, you do not know (or care) about T. It is only with the Nyquist-Shannon Sampling and Reconstruction Theorem that x[n] and T are put together.

The Fourier Transform of xs(t) is

Xs(j2πf)F{xs(t)}=F{x(t)(TIIIT(t))}=F{x(t)(Tk=+1Tej2πkfst)}=F{k=+x(t) ej2πkfst}=k=+F{x(t) ej2πkfst}=k=+X(j2π(fkfs))

Important note about scaling: The sampling function TIIIT(t) and the sampled signal xs(t) has a factor of T that you will not see in nearly all textbooks. That is a pedagogical mistake of the authors of these of these textbooks for multiple (related) reasons:

  1. First, leaving out the T changes the dimension of the sampled signal xs(t) from the dimension of the signal getting sampled x(t).
  2. That T factor will be needed somewhere in the signal chain. These textbooks that leave it out of the sampling function end up putting it into the reconstruction part of the Sampling Theorem, usually as the passband gain of the reconstruction filter. That is dimensionally confusing. Someone might reasonably ask: "How do I design a brickwall LPF with passband gain of T?"
  3. As will be seen below, leaving the T out here results in a similar scaling error for the net transfer function and net frequency response of the Zero-order Hold (ZOH). All textbooks on digital (and hybrid) control systems that I have seen make this mistake and it is a serious pedagogical error.

Note that the DTFT of x[n] and the Fourier Transform of the sampled signal xs(t) are, with proper scaling, virtually identical:

DTFT:

XDTFT(ω)Z{x[n]}|z=ejω=XZ(ejω)=n=+x[n] ejωn

It can be shown that

XDTFT(ω)=XZ(ejω)=1TXs(j2πf)|f=ω2πT


The above math is true whether x(t) is "properly sampled" or not. x(t) is "properly sampled" if x(t) can be fully recovered from the samples x[n] and knowledge of the sampling rate or sampling period. The Sampling Theorem tells us what is necessary to recover or reconstruct x(t) from x[n] and T.

If x(t) is bandlimited to some bandlimit B, that means

X(j2πf)=0for all|f|>B

bandlimited spectrum

Consider the spectrum of the sampled signal made up of shifted images of the original:

Xs(j2πf)=k=+X(j2π(fkfs))

The original spectrum X(j2πf) can be recovered from the sampled spectrum Xs(j2πf) if none of the shifted images, X(j2π(fkfs)), overlap their adjacent neighbors. This means that the right edge of the k-th image (which is X(j2π(fkfs))) must be entirely to the left of the left edge of the (k+1)-th image (which is X(j2π(f(k+1)fs))). Restated mathematically,

kfs+B<(k+1)fsB

which is equivalent to

fs>2B

If we sample at a sampling rate that exceeds twice the bandwidth, none of the images overlap, the original spectrum, X(j2πf), which is the image where k=0 can be extracted from Xs(j2πf) with a brickwall low-pass filter that keeps the original image (where k=0) unscaled and discards all of the other images. That means it multiplies the original image by 1 and multiplies all of the other images by 0.

X(j2πf)=rect(ffs)Xs(j2πf)=H(j2πf) Xs(j2πf)

reconstruction filter

The reconstruction filter is

H(j2πf)=rect(ffs)

and has acausal impulse response:

h(t)=F1{H(j2πf)}=fssinc(fst)

This filtering operation, expressed as multiplication in the frequency domain is equivalent to convolution in the time domain:

x(t)=h(t)xs(t)=h(t)T n=+x[n] δ(tnT)=T n=+x[n] (h(t)δ(tnT))=T n=+x[n] h(tnT))=T n=+x[n] (fssinc(fs(tnT)))=n=+x[n] sinc(fs(tnT))=n=+x[n] sinc(tnTT)

That spells out explicitly how the original x(t) is reconstructed from the samples x[n] and knowledge of the sampling rate or sampling period.


So what is output from a practical Digital-to-Analog Converter (DAC) is neither

n=+x[n] sinc(tnTT)

which needs no additional treatment to recover x(t), nor

xs(t)=n=+x[n] Tδ(tnT)

which, with an ideal brickwall LPF recovers x(t) by isolating and retaining the baseband image and discarding all of the other images.

DAC output

What comes out of a conventional DAC, if there is no processing or scaling done to the digitized signal, is the value x[n] held at a constant value until the next sample is to be output. This results in a piecewise-constant function:

xDAC(t)=n=+x[n] rect(tnTT2T)

Note the delay of 12 sample period applied to the rect() function. This makes it causal. It means simply that

xDAC(t)=x[n]=x(nT)whennTt<(n+1)T

Stated differently

xDAC(t)=x[n]=x(nT)forn=floor(tT)

where floor(u)=u is the floor function, defined to be the largest integer not exceeding u.

This DAC output is directly modeled as a linear time-invariant system (LTI) or filter that accepts the ideally sampled signal xs(t) and for each impulse in the ideally sampled signal, outputs this impulse response:

hZOH(t)=1Trect(tT2T)

Plugging in to check this...

xDAC(t)=hZOH(t)xs(t)=hZOH(t)T n=+x[n] δ(tnT)=T n=+x[n] (hZOH(t)δ(tnT))=T n=+x[n] hZOH(tnT))=T n=+x[n] 1Trect(tnTT2T)=n=+x[n] rect(tnTT2T)

The DAC output xDAC(t), as the output of an LTI system with impulse response hZOH(t) agrees with the piecewise constant construction above. And the input to this LTI system is the sampled signal xs(t) judiciously scaled so that the baseband image of xs(t) is exactly the same as the spectrum of the original signal being sampled x(t). That is

X(j2πf)=Xs(j2πf)forfs2<f<+fs2

The original signal spectrum is the same as the sampled spectrum, but with all images, that had appeared due to sampling, discarded.

The transfer function of this LTI system, which we call the Zero-order hold (ZOH), is the Laplace Transform of the impulse response:

HZOH(s)=L{hZOH(t)}+hZOH(t) est dt=+1Trect(tT2T) est dt=0T1T est dt=1T1sest|0T=1esTsT

The frequency response is obtained by substituting j2πfs

HZOH(j2πf)=1ej2πfTj2πfT=ejπfTejπfTejπfTj2πfT=ejπfTsin(πfT)πfT=ejπfTsinc(fT)=ejπfTsinc(ffs)

This indicates a linear phase filter with constant delay of one-half sample period, T2, and with gain that decreases as frequency f increases. This is a mild low-pass filter effect. At DC, f=0, the gain is 0 dB and at Nyquist, f=fs2 the gain is -3.9224 dB. So the baseband image has some of the high frequency components reduced a little.

As with the sampled signal xs(t), there are images in sampled signal xDAC(t) at integer multiples of the sampling frequency, but those images are significantly reduced in amplitude (compared to the baseband image) because |HZOH(j2πf)| passes through zero when f=kfs for integer k that is not 0, which is right in the middle of those images.

Concluding:

  1. The Zero-order hold (ZOH) is a linear time-invariant model of the signal reconstruction done by a practical Digital-to-Analog converter (DAC) that holds the output constant at the sample value, x[n], until updated by the next sample x[n+1].

  2. Contrary to the common misconception, the ZOH has nothing to do with the sample-and-hold circuit (S/H) one might find preceding an Analog-to-Digital converter (ADC). As long as the DAC holds the output to a constant value over each sampling period, it doesn't matter if the ADC has a S/H or not, the ZOH effect remains. If the DAC outputs something other than the piecewise-constant output (such as a sequence of narrow pulses intended to approximate dirac impulses) depicted above as xDAC(t), then the ZOH effect is not present (something else is, instead) whether there is a S/H circuit preceding the ADC or not.

  3. The net transfer function of the ZOH is

    HZOH(s)=1esTsT
    and the net frequency response of the ZOH is
    HZOH(j2πf)=ejπfTsinc(fT)
    Many textbooks leave out the T factor in the denominator of the transfer function and that is a mistake.

  4. The ZOH reduces the images of the sampled signal xs(t) significantly, but does not eliminate them. To eliminate the images, one needs a good low-pass filter as before. Brickwall LPFs are an idealization. A practical LPF may also attenuate the baseband image (that we want to keep) at high frequencies, and that attenuation must be accounted for as with the attenuation that results from the ZOH (which is less than 3.9224 dB attenuation). The ZOH also delays the signal by one-half sample period, which may have to be taken in consideration (along with the delay of the anti-imaging LPF), particularly if the ZOH is in a feedback loop.


আমি স্বীকার করব যে আপনার উত্তরটি আমার চেয়ে ক্লিনার এবং কিছুটা পুরোপুরি। আমি তখনও ভাবছিলাম, বড় প্রকাশ কী ছিল? সম্ভবত আপনি ডিএসি-আউটপুটটির মডেল হিসাবে শূন্য-অর্ডার হোল্ডকে জোর দিতে চেয়েছিলেন ?
টিমো

আপনার উত্তর কিছু ভুল আছে। উদাহরণস্বরূপ, এটি ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়াতে 1/2 নমুনা বিলম্ব দেখায় না। দুঃখিত যেভাবে জিনিসগুলি ঘটেছিল যে আমাদের অনুগ্রহ (যা আমার ছিল এবং এখন আপনার হওয়া উচিত ) টয়লেটে নেমে গেছে।
রবার্ট ব্রিস্টো-জনসন

ঠিক আছে, আমি এটি উল্লেখ করছি (দীর্ঘতর ক্ষেত্রে) তবে আমি তখন এটি কার্পেটের নীচে ব্রাশ করি যা আমি মনে করি যে আমি বেশিরভাগ অডিওর ক্ষেত্রে ডিএসপি সম্পর্কে চিন্তাভাবনার কারণে করেছি, যেখানে 1/2 নমুনা বিলম্ব তুচ্ছ নয় (যদি না সেখানে অন্য পথ রয়েছে যা একটি অনুলিপি করা অনুলিপিটি উপস্থাপন করে)। মূলত আমি শুধু এর ফ্যাক্টরটি বহন করতে চাইনি-আমিπটি শেষ পর্যন্ত সমস্ত উপায়, যাতে আমি যা বলছি তার আরও একটি অংশ এটি আপনি আরও পরিপূর্ণ।
টিমো

@Timo, now you got twice the rep as me. when are you gonna post a bounty that i can take a stab at?? :-)
রবার্ট ব্রিস্টো-জনসন

Fair enough, I should try to think of something :D
Timo
আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.