Sobre el significado de "sobremuestreo"

Sobremuestreo significa muestrear significativamente más que la tasa de Nyquist.

Cuando se usa un ADC, el ADC genera ruido de cuantificación porque la señal de valor continuo debe traducirse a valores de salida discretos. Si se sobreexplota, esta potencia de ruido se "dispersa" en un rango de frecuencia mayor, es decir, tiene una densidad espectral más baja. Entonces, si aplica un filtro de paso bajo digital después del ADC, puede reducir el ruido total. La reducción sería de -3dB si redujera a la mitad el ancho de banda de la señal, lo que equivale a una mejora de 1/2 bit en su ADC. Por lo tanto, un muestreo excesivo de 16x y un filtro con un LPF de pared de ladrillo perfecto le daría una mejora de 4 * 1/2 bit = 2bits.

Intuitivamente para que pueda ver que esto funciona: digamos que la salida del ADC está sobreexplotada en 4, por lo que para una muestra específica se obtiene 3,4,3,3; el promedio de esto es 3.25, por lo que ha mejorado el número efectivo de bits (ENoB) de su lectura de ADC.

Los ADC de Delta-Sigma dan forma al ruido de cuantificación, empujando más a frecuencias más altas para que puedan obtener 2 o incluso 3 bits por octava de sobremuestreo. Este diagrama (de EETimes) ilustra el punto:

Ensupunto(2),serefierea"muestreo de múltiples ciclos" ya que "significa muestrear muchos muchos ciclos (muestreo de CA)".

Su descripción es un poco confusa, pero puede utilizar técnicas que se basan en muestrear una señal repetitiva en múltiples ciclos para "rellenar" las muestras que se encuentran entre la frecuencia de muestreo. Los osciloscopios de muestreo digital utilizan esta técnica. Básicamente, muestrea tu señal empezando desde el tiempo 0 y luego muestrea nuevamente desde el tiempo T / N (ya sea en los datos almacenados o en el siguiente ciclo de señal de entrada), donde T es el período de muestra y N es la tasa de sobreexplotación. A continuación, "completa" los nuevos datos.

EDITAR: Basado en la aclaración del OP: "Si queremos medir la señal de CA de 50 Hz, configuramos la frecuencia de muestreo de ADC a 1000 Hz y muestreamos 10 ciclos, es decir (1000 Hz / 50 Hz) x 10 = 200 muestras".

Al muestrear los mismos puntos desde una perspectiva periódica, obtendrá una reducción de ruido una vez que promedia los valores como se describe en mi respuesta, pero la reducción de ruido no coincidirá con la reducción teórica porque el ruido de cuantización se correlacionará con el muestreo. También, te estás perdiendo un truco si no reconoces el punto que hice en (2). Al elegir que la frecuencia de muestreo sea relativamente primordial con respecto a la frecuencia de la señal, no estará muestreando los "mismos puntos" en cada período. Esto le da más datos. Si luego elige promediar esto, obtendrá menos ruido porque el ruido de cuantificación se descorrelacionará.

La frecuencia de muestreo mínima necesaria es el doble de la frecuencia más alta del espectro de la señal que desea medir. Si la frecuencia más alta en el espectro de la señal es 10kHz, entonces necesita muestrear al menos el doble de alta (20,000 veces por segundo) para evitar el alias.

La mayoría de la gente va un poco mejor que esto y, por ejemplo, muestra de audio de CD a 44.1k muestras por segundo y espera poder reproducir un espectro de audio que va de DC a 20kHz. eso es 2.205 veces mayor que 20kHz. Aquí hay una imagen de ejemplo: -

MuestraunbeneficioparaelsobremuestreoyaqueelfiltradoutilizadopararecuperarunaseñaldeaudiodespuésdeunDACsediseñamásfácilmenteyusamenoscomponentes(confíeenmipalabra).Meinvolucromuchoconelmuestreodeseñalesanalógicasycolocamosunafrecuenciademuestreomínimade2,5vecesparaquelareconstruccióndelaseñaldespuésdedejarelDACseaunprocesorelativamentefácil.

Debeevitarseelsubmuestreoamenosqueestédiseñando(porejemplo)radiosdesoftwarequesebasanenelsubmuestreocomomediodedemodulación.Estoesloquesucede:-

La señal roja es la original y no se muestrea en los puntos azules. Cuando se reconstruye con un filtro de paso bajo, se genera la señal azul y, claramente, ¡no se parece a la señal original! Si probaste una onda sinusoidal exactamente al doble de su frecuencia, obtendrás un nivel de CC en algún lugar entre -pk y + pk.

Estrictamente hablando, tanto los CDs como los sistemas en los que trabajo "sobreexamuestran" y, por supuesto, todos los demás lo hacen en mayor o menor medida.

Por lo tanto, el beneficio del exceso de muestreo es: -

• relación señal / ruido mejorada,
• capacidad para recuperar señales que tienen menos de un paso de cuantificación en amplitud (llamado interpolación y también se usa en audio digital en CD),
• filtros de reconstrucción más simples (dominio analógico y digital),
• DAC filtro de compensación sinc es menos probable que sea necesario.

No voy a profundizar mucho en esto, ya que probablemente seas un principiante en este tema, pero pregunta si necesitas más información.

EDITAR - siguiendo la enmienda del OP: -

  

Si queremos medir la señal de CA de 50 Hz, configuramos la frecuencia de muestreo de ADC a   1000 Hz y muestra 10 ciclos, es decir (1000 Hz / 50 Hz) x 10 = 200   muestras Si el resultado no es bueno, aumenta los ciclos a 100, etc.   Sí, solo aumenta las muestras, pero no la frecuencia de muestreo.

El muestreo de más ciclos de una forma de onda de 50Hz puede o no darte lo que quieres. Por ejemplo, el valor RMS de un ciclo se puede calcular como X, pero en el próximo ciclo podrían ser fracciones más altas o más bajas. Otro problema es que el muestreo de varios ciclos (o incluso 1 ciclo) puede resultar en una cobertura parcial de los ciclos exactos y esto dará otro error. Cómo sabría que el resultado no es bueno es otra cosa y confío en el OP para explicar.

Una cosa puede decirse, sin embargo, si la señal es estable (frecuencia y voltaje y forma) a lo largo de varios ciclos, el muestreo de más ciclos mejora la precisión.