3.8 量化

采样操作把模拟信号变成离散时域中的采样数据信号，其中的主要问题是频谱发生了变化（从一个频谱变成了无数个频谱的叠加，见图3.12f）。随后的量化操作则把采样数据信号（即采样电容上的电压值）量化成预先规定好的若干个电位之一（见图3.2）。量化的主要问题是会产生量化误差。由于量化操作是由量化器完成的，本节将重点讨论量化器的特性，包括量化误差、量化噪声、信噪比和动态范围等参数。而量化器产生的量化误差会始终伴随数字信号及其处理过程。

本节的讨论使用图3.19中的2位量化器。其中，图3.19a表示量化器的传递曲线（即输入与输出之间的关系曲线）。首先，输入信号被分成4个量化区间：0～1/8V、1/8～3/8V、3/8～5/8V和5/8～1V（应该说明，图中的第1量化区间小了一半，第4量化区间大了一半；但实际的量化器都在8位以上，所以这个差异是非常小而可以略去的）。由此算出量化器的量化步长 Δ =0.25V（量化步长是指量化器的量化区间长度，通常用 Δ 表示）。此外，量化器的输出是4个量化电位值：0V、1/4V、2/4V和3/4V。在图3.19a中，用4个输出量化值与输入信号相减，就得到量化器的量化误差曲线，如图3.19b所示。