削波

專業名詞

削波是一種失真形式，一旦超過閾值就會限制信號。信號由可以測量的數據範圍受到限制的感測器記錄時可能發生，當信號被數字化時，或者在任何其它時間發生模擬或數字信號轉換時，可能發生剪切，特別是在的存在增益或過沖和下沖。

在信號被嚴格限制在閾值的情況下，剪切可能被描述為很難，產生平坦的截止；或者在被削減的信號以減小的增益繼續跟隨原始的情況下，它可以被描述為軟的。硬削波導致許多高頻諧波；軟削減導致更少的高次諧波和互調失真分量。

1音頻 2原因模擬電路

數字處理 3如何避免削波 4修復被削波的信號

5削波失真 6應用 7學術論文

音頻

圖1 這個PCM波形被剪切在紅線之間

在音頻領域，裁剪可能會聽到一般的失真或作為流行音樂。

由於被削波的波形比較小的未削波波形在其下方具有更多的面積，所以在削波時，放大器產生比其額定（正弦波）輸出更多的功率。這種額外的功率可能會導致揚聲器的任何部分，包括低音揚聲器或高音揚聲器，造成過度偏移或音圈過熱。這可能會損壞放大器的電源或者只是吹一下保險絲。

在頻域中，削波會在高頻範圍內產生強大的諧波（因為削波后的波形更接近方波）。信號的額外的高頻加權可能使得高音揚聲器損壞的可能性比信號未被限幅時更大。然而，大多數揚聲器被設計來處理鐃c碰撞信號，比放大器剪輯產生的頻率更高，因此由這種特性造成的損壞很少見。

許多電吉他手故意過度驅動放大器（或插入一個“模糊盒子”），導致剪輯，以獲得所需的聲音（請參閱吉他失真）。

一些發燒友認為，幾乎沒有或沒有負反饋的真空管的剪切行為優於晶體管，因為真空管比晶體管（即，軟限幅，大部分甚至是諧波）更緩慢地夾持，導致諧波失真不太令人反感。一般來說，與削波有關的失真是不需要的，即使聽不見，也可以在示波器上看到。即使在具有硬限幅的晶體管放大器中，隨著輸出電流的增加晶體管的增益將會降低（導致非線性失真），並且晶體管兩端的電壓降低接近飽和電壓（對於雙極型晶體管），因此“滿功耗“是為了測量放大器的失真，通常取在削波以下幾個百分點。

原因

模擬電路

電路設計者可能有意使用削波器或鉗位器將信號保持在期望的範圍內。

當放大器被推動產生一個比它能支持的功率更大的信號時，它將放大信號直到其最大容量，此時信號將不會被放大。

• 一個集成電路或分立固態放大器不能給出輸出電壓比它由供電電壓（通常是24或30伏的傳播在線路級設備之間使用的運算放大器）放大。

• 甲真空管只能移動有限數量的電子在一定量的時間，這取決於它的尺寸，溫度，和金屬。

• 甲變壓器時，其（在管設備級之間最常用的）將夾鐵磁核心變得電磁飽和的。

數字處理

在數字信號處理中，當信號受到所選表示範圍的限制時發生削波。例如，在使用16位有符號整數的系統中，32767是可以表示的最大正值，如果在處理過程中信號的幅度加倍，則32000的採樣值應該變為64000，而是被截斷為最大值為32767.在數字系統中，剪切優於數字系統的選擇-包裝-如果數字硬體被允許“溢出”，忽略幅度的最高有效位，有時甚至是樣本值的符號，則產生信號的嚴重失真。

使用浮點數而不是整數可以大大減少限幅的發生。但是，浮點數的使用效率通常較低，有時會導致精度損失，而且如果數字非常大或者很小，它們仍然可以剪輯。

如何避免削波

可以通過查看信號（例如在示波器上）來檢測剪切，並觀察波的頂部和底部不再平滑。處理圖像時，某些工具可以突出顯示純白色的所有像素，從而允許用戶識別更大的白色像素組，並確定是否發生過多的裁剪。

為了避免削波，可以使用限幅器動態降低信號。如果不仔細，這仍然會導致不希望的失真，但是可以防止任何數據完全丟失。

修復被削波的信號

當發生削波時，部分原始信號丟失，因此不可能完美恢復。因此，首先避免裁剪是非常可取的。但是，當維修是唯一的選擇時，目標是對信號的限幅部分進行合理的替換。

削波失真

削波失真一般發生在功率放大器工作到過飽和狀態時會發生。當功放的輸入超出它的整個工作範圍時，就會使功放過飽和。例如，一台汽車功放，電源電壓是12V，功放的放大倍數是30，一個最大信號為1/2V輸入到功放，功放的輸出應該是這個信號的30倍（15V）輸出給喇叭，但是在實際應用中，15V的信號不會產生，因為電源只有12V，因此，信號的最頂端和最底端將會產生失真，這種稱之為削波失真。

削波失真所產生的影響

1、主機，功放都會產生削波失真；

2、聽感煩燥；

3、功放易發燙；

4、揚聲器失真嚴重。

應用

高峰均功率比(PAPR)的OFDM信號通過功率放大器的時候會產生非線性干擾，同時降低了放大器的工作效率。傳統削波演演算法可以降低信號的PAPR，但是會帶來較大的頻譜擴展。

OFDM能夠有效克服符號間干擾和通道頻率選擇性衰落，目前已在無線區域網，數字廣播等領域等到了應用，並被公認為下一代寬頻移動通訊的核心技術。但峰均功率比(PAPR)過高一直是OFDM系統的主要缺點。

傳統削波演演算法作為一種簡單有效的降低PAPR的方法，已經得到了實際應用。但是傳統的削波演演算法會帶來較大的帶外頻譜增益，濾波後有可能會導致PAPR重新升高。誤差削波是傳統削波演演算法的一種改進，它能夠在降低PAPR的同時做到零頻譜增益。但是這種零頻譜增益的特性是以犧牲EVM為代價的，這意味著誤差削波雜訊引入了更大的帶內干擾。

學術論文

王飛，王偉策，王耀華等. 擋波牆對空氣衝擊波的削波作用研究．《 CNKI;WanFang 》， 2004

朱立新. 擋波牆對空氣衝擊波的削波作用研究．《 CNKI 》， 2003

袁建國，胡云霞，何清萍等. 光OFDM系統中削波雜訊的建模與研究．《光電子·激光》， 2012

孫志紅，夏彥文，董軍，劉華. 等離子體削波納秒激光脈衝波形測量．《 CNKI;WanFang 》， 2012

許發明，用快速電光偏轉器對激光脈衝削波．《 CNKI 》， 1996

削波