ההשפעה של חוסר לינאריות לא-מודעות על הסכם שינוי דלתא

מבוא ל- Delta Modulation ו- תפקידה ב- Signal Conversion

שיטת הבנה של דלתא (DM) היא טכניקה פשוטה אך יעילה של המרה אנלוגית-דיגיטלית שמקודמת אותות אנלוגיים לזרם בינארי על ידי השוואת כל דגימה עם ערך צפוי שמקורו בתפוקה הקודמת.בניגוד למהנדסים מסורתיים של הדופק (PCM) עם מספר bits לדגימה, DM משתמשת בקצת לינארית יחיד בדגימה, המייצגת את האות המוגדל או הפחתת זה יעיל מאוד עבור יישומים בתדר נמוך ויישומים דיגיטליים כגון:

מאמר זה בוחן את סוגי החומרה הבסיסיים של אי-לינאריות, כיצד הם משפיעים במיוחד על דיוק ה-Deta Modulation, ואת האסטרטגיות המעשיות הזמינות כדי להפחית את ההשפעות שלהם. על ידי להעמיק את עקרונות של תצורה דלתא ואת הפיזיקה של רכיבים לא לינאריים, אנו מספקים משאב מקיף לשיפור השלמות האות במערכות מבוססות DM.

תוצאות חיפוש עבור Delta Modulation

צורת קוונטית דלתא היא צורה של קוונטיזציה שונה שבה ההבדל בין דגימת הקלט הנוכחית לבין הדגימה המוערך הקודמת הוא קוונטי לתוך קצת אחד.המנטר מורכב ממתאם, ממריץ (או accumulator), ו 1-bit קוונטית יותר מדי מאפקטים מהירים; הפלט מציין אם האות הוא מעל או מתחת לערך המצופה.

המנטר האידיאלי של דלה מניח התנהגות ליניארית מושלמת מכל הרכיבים.בפרקטיקה, אי-לינאריות במגבר, מארגן, אינגרהטור, ונתיב משוב מציג שגיאות מצטברות לאורך זמן, מעוות את האות המשוחזר.שני המדדים העיקריים המשפיעים הם יחס אות-לא-אין (SNR) ואת עיוות הרמוני הכולל (THD).

יתרונות מרכזיים והתנהגותם האידיאלית

• (ב) ,0)Comparator:0.comparator: 1 משווה את אות הקלט עם הערכת משוב.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0)Quantizer (1-bit): Outputs 1 1 או 1 מבוסס על תפוקה של ההשוואה.
• (FLT:0)Feedback DAC:FLT:1 הופך את החלק הדיגיטלי בחזרה לשלב אנלוגי.

הבנה של חוסר לינאריות

אי-לינאריות חומרה מתעוררת מחוסרי שלמות בצומת מוליכים למחצה, סובלנות רכיב, אפקטים טמפרטורה, ייצור וגמישות הייצור.הם גורמים לתפקוד ההעברה בפועל של מרכיב כדי להדוף מהמודל הליני האידיאלי.פגמים אלה יכולים להיות מסווגים באופן רחב לתוך amplitude, תדירות, ולא ליניאריות תלויות זיכרון.

במערכות שלודה, לא לינאריות משפיעות על הדיוק של גודל הצעד, סף ההחלטה, ותהליך האינטגרציה.אפילו סטייה קטנה עלולה לגרום לשגיאות מצטברות משמעותיות על דגימות רבות, במיוחד במערכות סגורות שבהן מדינת החרוטטור תלויה בכל ההחלטות הקודמות.

המונחים: non-Lironities

אליליאנסים של Amplitude מתייחס לשינויים ברווח שאינם קבועים בטווח אות קלט.לדוגמה, מגבר עשוי לקבל רווח כי יורד במגרעות גבוהות עקב ריצוף, או מתאם עשוי להציג מתח גלוי שמשנה את סף ההחלטה. בהקשר של דחיסה דלתא, השפעה לא ליניארית מוגברת שנוצרת ישירות על ידי משוב או מוביל ירידה חדה יותר של אותות.

מקורות משותפים כוללים מגבלות של ספקטרום של דגימת , מתח ההתייחסות של DAC, ושילוב מתח הניקוד.אפקטים האלה הם לעתים קרובות מודל כמו לא לינאריות פולינומית (למשל, עיוות סדר שלישי) המציג הרמוניות בסימן המשוחזר.

תדירות אי-לינאריות

תדירות אי לינאריות כרוכה וריאציות במרכיב & #8217; תגובת תדירות.במודולטור אידיאלי דלה, integrator יש רווח שטוח לחלוטין עד תדירות המודולציה. אינטגרטורים אמיתיים המבוססים על מעגלים RC או phos-amps יש עלייה עקבית ושינויים שלב. בתדרים גבוהים יותר, את ההפחתה, גרימת ה- integrator כדי להגיב לאט יותר, אשר עלולים להיות פגיעים ביעילות על ידי שינויים משמעותיים יותר, אשר עלולים.

קפיצות Parasitic ו inductances, יחד עם רוחב פס סופי של דגימה, הם גורמים טיפוסיים.עבור דיפלוציית דלתא מהירה בשימוש אודיו או וידאו, תדירות אי לינאריות הופכת למגבלה דומיננטית.

Hysteresis ואפקטי זיכרון

Hysteresis מציג תלות בהיסטוריה של אות קלט.באחד עם היסטריה, שינוי סף המעבר מבוסס על מצב הפלט הקודם.זה יוצר אזור מת שבו שינויים אות קטן אינם מקודדים, המוביל לרעש ערוץ אדני מוגבר (רעש חריף) וירידה החלטה. in fer ליבות או רכיבים מגנטיים בשימוש מבוגר יותר במגרשים, hysteresis עלולים להופיע מאפקטים ממתכתיים, אשר עלולים להתרחש.

אפקטים של זיכרון כוללים גם ספיגת תרמיים ודיאלקטריים, שבו הרכיב & #8220; לזכור & #8221; מתחים קודמים ופרסום איטי, גרימת סחף נמוך. in delta Modulation, אפקטים אלה תוצאה של רצפת רעש לא מחזורית המשתנה עם היסטוריה קלט, סיבוך ניתוח שגיאות.

תוצאות ב- Delta Modulation Accuracy

אי-לינאריות חומרה מדגמת את הביצועים של המודולציה דלה בכמה דרכים מדידה.האפקט המיידי ביותר הוא עלייה ברעש הקוונטי מעבר למינימום התיאורטי.בחדש אידיאלי 1-bit, הרעש הקוונטי הוא מבוזר באופן אחיד.לא-לינאריות מציג רעש מתואם המתמקד בתדרים בתדרים ספציפיים, צמצום הטווח הדינמי היעיל.

כאשר אי-לינאריות משפיעות על סף ההשוואה, המנטרול עשוי לייצר דפוס של שינוי 1s ו 0s אפילו כאשר הקלט הוא קבוע (תבנית חד-צדדית) זה הוא צורה של תנודות מחזורי מוגבל אשר מוסיף פריטים חד-משמעיים או גלויים ביישומים אודיו ווידאו. תדירות של טונס אלה נקבע על ידי העיכובים ולא ליניארים, מה שהופך אותם קשה כדי לחזות.

הקטנת אות-ל- Noise Ratio (SNR)

SNR הוא היחס של כוח האות RMS לכוח הרעש RMS בתוך רוחב רוחב הפס של עניין.לא לינאריות מציג רכיבים רעש נוספים כי להעלות את רצפת הרעש.לדוגמה, עיוות הרמוני מוסיף אנרגיה במספרים של התדר הבסיסי, אשר לא ניתן להבחין בקלות מן האות. במערכת דיפלומה דלה, SNR תיאורטי משתפר עם oversampling ורעש.עם זאת, חומרה לא ניתן להבחין בקלות על ידי מערכת DLCB יכול להשיג רק על ידי קיבולת של 30B אחד יכול להשיג רק על ידי סימולציה בפועל.

מחקרים הראו כי 1% רווח אי-לינאריות ב-Integrator יכול להפחית את SNR על ידי 5-10 dB. בחירת רכיב משוב משוב משוב משוב יכול לפצות חלקית, אבל הגבול הבסיסי נשאר.

הגדלת המשמעת (THD+N)

עיוות הרמוני מוחלט בתוספת רעש (THD+N) משווה את הסכום של כל המרכיבים ספקטרליים מעוררי השראה ביחס ליסוד.Harware Nonlinearities לייצר הרמוניות מעוותות את צורת האות המשוחזרת.עבור ל- delta Modulation, עיוות הוא בעייתי במיוחד עבור אותות עם טווח דינמי גבוה, כגון מוסיקה או הרדאר.

מדד THD+N במערכות של דלה דורש אותות בדיקה זהירים, בדרך כלל גל חטא טהור בכמה kHz.הפלט ניתח עם מנתח ספקטרום, ואת רכיבי עיוות משולבים.לא לינאריות במפרק הם מקור עיקרי של הרמוניות סדר גבוה; באמצעות מקדמה עם THD נמוך יכול להקטין את זה.

מגבלות ב High-Frequency and Wideband Applications

ככל שהתדירות של אות קלט עולה, המדרונות של האות גדל, הדורשת גדלים גדולים יותר כדי להימנע מעומס יתר על המידה.Hardware nonlinearities להיות בולט יותר בתדרים גבוהים עקב עלייה, עלייה בשלב lag, ואפקטים parasitic. לדוגמה, integrator עם תוספת מוגבלת של עלייה במשקל או ירידה מהירה יותר של המוצר banddth יהיה שילוב יעיל יותר בתדרים גבוהים, ביעילות להפחית את הגודל הזה.

יישומים כגון רדיו מוגדר תוכנה (SDR) ורכישת נתונים במהירות גבוהה מסתמכים על דלה מודולציה עבור הפשטות שלה, אבל לא לינאריות מגבילים כיום את השימוש שלה רוחב פס בינוני (למשל, אודיו לכמה MHz).

מחקרים אמיתיים ודוגמאות

כדי להמחיש את ההשפעה של לא-לינאריות חומרה, לשקול מודולטור דלה המשמש במערכת תקשורת קולית דיגיטלית (למשל, רדיו טקטי צבאי) יישום מוקדם השתמש ב- Disrete mp integrators עם 5% מתנגדים סובלנות. בדיקות שדה הראו כי שינויים הטמפרטורה גרמו לדרגה לסחף, עלייה דרמטית שגיאות bit וצמצום יכולת הלמידה. 10% שיפור השגיאה מוגברת על ידי 3 גרם של משוב דיגיטלי, לאחר החלפת מעגל.

דוגמה נוספת היא במודולטורים דלה-סגמה (גרסה מעודנת של דלה מודולציה) עבור אודיו ברזולוציה גבוהה ADCs.הלולאה דלה-sigma הראשון משתמשת אינגרה יחיד ו 1-bit קוונטין, בדומה ל- delta Modulation אבל עם מסנן משוב בעיצוב רעש.

אסטרטגיות לחיקוי: Component Selection and Calibration

התייחסות לחומרות לא לינאריות מתחילה ברמת הרכיב. בחירת הדגמות גבוהות עם פלט מסילות רכבת-ל-שברירי, ירידה נמוכה, וקצב מזחלות גבוה מפחית את אי-לינאריות של א-לעת. מתנגדים לא-זמניים-זמניים-נמוכים וכנפיים ממזערים את התדר ולא ליניאריות מוחלטות.

קליברציה רגילה היא חיונית במערכות ייצור.עבור מודטורים, calibration כרוך הזרקת אות התייחסות ידוע או מתח DC והתאמה בגודל הצעד או תת-המתאמת מדגימה דיגיטלית. רבים מודרני דלה-sigma ADCs כוללים על שבבים של כיס על-ידי הפסקת חשמל כדי לבטל את ה-outs ו-רווחה.

המונחים: relative

לפני שהאות נכנס למודולטור דלה, עיבוד מוקדם יכול להפחית את ההשפעה של אי-לינאריות. מסנן טרום-מphasis מגביר רכיבים גבוה ⁇ כדי להפחית את הסיכון של עומס יתר. ולהיפך, מסנן נמוך מצמצם את רוחב הפס אל המנטר ו- #8217; טווח ליניארי. לדוגמה, במודולציה אודיו, רשת טרום-phasis עם טווח ליניארי נוסף על טווח דינמי, תוך שמירה על טווח דינמי, תוך טווח קבוע של חומרת.

מיזוג אותות כולל גם הוספת אות דיתר. דיר הוא רעש ברמה נמוכה נוסף קלט כדי לבצע שגיאות קוונטיות אקראית לשבור טונס חדיר. בעוד דיתר מעט מגביר את רצפת הרעש, זה מבטל את עיוותים מתואמות המתרחש עם אי-לינאריות סטטית.זוהי טכניקה נפוצה אודיו דיגיטלי נאמנות גבוהה.

בקרת מזון וסידור Active Linearization

משוב Closed-loop יכול לתקן עבור כמה לא לינאריות על ידי השוואת הפלט עם קלט והתאמה של גודל הצעד או סף ההחלטה. in Adaptive delta Modulation (ADM), גודל הצעד הוא מגוון בהתבסס על התבנית האחרונה של ביטים.אם מספר רב של 1s רצופים מזוהים (למציין עומס יתר), גודל הצעד הוא מוגברת.

טכניקה נוספת היא השימוש של מולטי-ביט קוונטין בתוך לולאת משוב, כמו במודולטורים multi-bit דלה-sigma. על ידי שימוש ב- 2- או 3bit קוונטי, גודל הצעד היעיל נשלט יותר במדויק, ואת אי-ליני של DAC הבא ניתן לעצב על ידי אלמנטים דינמיים התאמה (DEM). DEM) לסובב את השימוש של אלמנטים לא נכון כי הם ממוצעים, שימוש רחב של אודיו.

ביצוע מתקדם באמצעות Digital Post-Processing

לאחר הפלט של מטה מודולטור, עיבוד אותות דיגיטליים יכול להעריך ולבטל את עיוותים הנגרמים על ידי חומרה לא לינאריות.לדוגמה, הפונקציה הניתוק הלא ליניארית נמדדת של integrator יכול להיות מודל ומופנם באמצעות מסנן דיגיטלי.טכניקה זו דורשת שלב קלמנט שבו מודולרי לא מאופיין עם התאמות בזמן אמת באמצעות הפניה או טייס יכול להיות יעיל לעדכון יעיל של תיקון יעיל במיוחד.

שיטה מעשית אחת היא להשתמש במודל סדרת וולטררה כדי ללכוד את השפעות הזיכרון ואת עיוותים פולינומיים. bitstream מועבר באמצעות תגובה אימפולס סופי (FIR) מסנן עם אפקטיביות כי הם אופטימיזציה למזער THD +N כזה לאחר עיבוד יכול לשפר את SNR עד 10-20 dB במוצרי אודיו מסחריים.

שיטות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

ככל שתהליכים סמי-מוליכים למחצה מתכווץ ומתוכננים, אי-לינאריות החומריות נשארות אתגר ל-Deta Modulation.חומרים חדשים ועיגול להתנצלות נחקרים.לדוגמה, באמצעות סיליקון-גרניום (SiGe) או גליום ניטר (GaN) טרנזיסטורים יכולים לספק יעילות טובה יותר בתדרים גבוהים.

המחקר ממשיך להיות ממודולטורים דלה-גיגמה גבוהים יותר, שהם בעלי סובלנות רבה יותר של פגמים רכיב כי הרעש מעצב דוחף רעש לכמת תדרים גבוהים יותר, שבו ניתן לסנן אותו.עם זאת, חששות יציבות דורשים עיצוב זהיר בסופו של דבר, השילוב של לינאריות משופרת, משוב הסתגלות, פיצוי דיגיטלי ימשיך לדחוף את הפחתת המינון לתוך יישומים גבוהים יותר וגבוהים יותר.

מסקנה

אי-לינאריות חומרה להציג מגבלות בסיסיות לדיוק של מערכות המודולציה של דלה. Amplitude, תדירות, ואת אי-לינאריות תלויות זיכרון מציג שגיאות בגודל הצעד, סף ההשוואה ותהליך האינטגרציה, המוביל להפחתה של SNR, עיוות מוגבר ורוחב רוחב פס מוגבל.על ידי הבנת המקורות והמאפיינים של הלא-לינאריות הללו, מהנדסים יכולים לבחור רכיבים מתאימים, להעסיק קלמנטציה ואיתות, ולשלב משוב דיגיטלי, תוך הסתברות נמוכה, תוך עמידה, תוך עמידה, תוך עמידה, תוך עמידה, תוך כדי השגת יעילות נמוכה, היא טיפול בטכניקות יעילות, כמו גם שימוש בטכניקות יעילות.

לקריאה נוספת, לשקול לחקור משאבים על בסיס מודולציה של אנליסטים התקנים Analog התקנים ראשיים 1, FLT:2TI & #8217; יש לציין יישום על ADC NonlinearitiesFLT 3:, ו-FLT:4research על טכניקות לינאריזציה:5 מאסטרינג מושגים אלה מעצימים מהנדסי עיצוב לדחוף את הביצועים של גבולות של מערכות התחדשות הבא.