34、嵌入式系统硬件与处理器技术解析

嵌入式系统硬件与处理器技术解析

1. 量化噪声与信噪比

量化噪声是嵌入式系统模拟 - 数字转换中不可避免的问题。量化噪声满足公式 (|\text{quantization noise}(t)| < Q)，显然，增加 A/D 转换器的分辨率（以比特为单位）可以降低量化噪声。

信噪比（SNR）常被用于衡量量化噪声的影响，其计算公式如下：
- (SNR \text{ (in decibels)} = 10 \cdot \log \frac{\text{power of the “useful” signal}}{\text{power of the noise signal}})
- (SNR \text{ (in decibels)} = 20 \cdot \log \frac{\text{voltage of the “useful” signal}}{\text{voltage of the noise signal}})

对于任意信号 (h(t))，量化噪声的功率等于 (\alpha \cdot Q)，其中 (\alpha \leq 1) 取决于 (h(t)) 的波形。例如，16 位 CD 音频的 SNR 约为 (20 \cdot \log(2^{16}) = 96) 分贝（dB），而高质量 24 位 CD 的 SNR 约为 144 dB。

2. 处理单元概述

目前的嵌入式系统运行需要电能，能量可用性是嵌入式系统的决定性因素。在信息处理方面，主要涉及专用集成电路（ASICs）、可重构逻辑和可编程处理器，它们在能源效率上差异显著。

能源效率和灵活性之间存在冲突：若追求高功率和能源效率，应使用