דלתא משתנה עבור רכישת נתונים במהירות גבוהה במכשור מדעי

צורת דלתא (DM) מייצגת טכניקה מעשית ורבת עוצמה עבור המרה אנלוגית-דיגיטלית במהירות גבוהה, במיוחד בעלת ערך רב בכלי מדעי שבו לכידת תופעות טרנספורמטיביות עם פתרון זמני קיצוני הוא רב-חשיבות. בניגוד למהנדסים קונבנציונליים המקודדים את ההיבטים החיוניים של כל מדגם, דלה מודולומפטציה מבוססת רק על השינוי בין דגימות מוצלחות, בדרך כלל באמצעות מעט מאוד זה זרם של מאות ואפקטים של חומרת-מפוסים חיוניים, אשר מאפשר ספקטרום חיוני של נתונים של זמן-זמניים של עיבוד מהיר יותר ויותר, או ירידה של סימטרית זמן-זמניים של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של סימטרית של אפילפטיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, יצירת סימטריה של ספקטרום חיוני של עיבוד מהיר יותר ויותר, יצירת אותות של סימטרית של סימטרית זמן-זמניים של סימטריה של סימטריה, כלומר, כלומר, יצירת אותות של סימטריה של סימטריה של סימטריה של סימטריה, יצירת אותות של סימול

השורשים ההיסטוריים של דלתא משתנים

צורת דלתא מקורה בשנות ה-40 וה-50 כטכניקה תקשורת להעברת אותות קוליים על קווי טלפון, שבו רוחב הפס היה מוגבל ופשטות היה מוערך.היישומים המוקדמים השתמשו בלולאת משוב פשוטה: קוהור בהשוואה לאות אנלוגי הנכנס לגרסה משולבת של הפלט הקודם, ויצרו רכבת הדופק בינארית מדי, אשר ציינה אם האות עולה או נופלת, ניתן להעביר או עם מינימום של ניסויים אנלוגיים, במיוחד, כאשר החוקרים התקני האלקטרומגנטיים הקומפקטיים שלה היו מוכרים, במיוחד, אשר היו מסוגלים לבצע ניתוח אוטומטי, או להגדלת מערכת תקשורת יעילה, אשר התקני אבטחה גבוהה מדי, אשר הקומפקטית, כאשר הם הצליחו, במיוחד, כאשר הם הצליחו, או ירידה גבוהה מדי, כאשר הם הצליחו לייצר מערכת תקשורתית, במיוחד, או מתהפך, אשר הראות, או מתהפך, או ירידה של מערכת תקשורתית, במיוחד, כאשר הם בעלי יכולת התקני אבטחה גבוהה מדי, במיוחד, אשר התקני אבטחה גבוהה מדי, אשר הראו, אשר הראו, או ירידה.

עקרונות עבודה

אדריכלות בסיסית

(ב) , (הופנה מהדף [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

גודל שלב ו-Sampling Rate Dynamics

הביצוע של מודולר דלה נשלט על ידי שני פרמטרים: גודל הצעד הקבוע ⁇ ואת ה- sampling (שעון) קצב fcioFLT:0sFLT:1 עבור מדרונות קלט נתונה (rate of change), המוצר ⁇ × fita-FLT:2sFLT 3: חייב לעלות על המדרון הזה כדי לעקוב במדויק את האותות, אם המדרונות עולה על המוצר הזה, הוא גם על פני סגסוגת נמוכה, גורם לרעשים, כלומר, כלומר, כלומר, הוא גורם נמוך יותר מדי, באופן יחסי, הוא גורם לרעשים, הוא גבוה יותר מדי, כלומר, כלומר, הוא נוטה נמוך יותר מדי, הוא, הוא גורם סגסוגת גבוהה יותר מדי, כלומר, הוא נוטה יותר מדי, על פני סגסוגת גבוהה יותר מדי, הוא נוטה להתרחש על פני סגסוגת נמוך יותר מדי, 000 גבוה יותר מדי, 000.

שיקום במקבל

הדמורציה היא פשוטה באותה מידה: זרם הפלט בינארי מוזן לתוך מקטור זהה (או accumulator) כדי לשחזר את האות המשוער, ואחריו מסנן נמוך-pass כדי להחליק את הרעש הקוונטי הגבוה.במכשירים מדעיים רבים, הן המנטרן והדמודור משולבים במערכת אחת, לעתים קרובות עם הפלט הדיגיטלי מעובד ישירות על ידי מערך מבוזר (GADSP) או מעבד דיגיטלי (DSP).

יתרונות לרכישת נתונים במהירות גבוהה

שיעור גבוה מאוד של סמפלינג

בשל הארכיטקטורה המינימליסטית שלה - קופרטור, צמיד, ו a integrator - ממודולטור דלה יכול לצפות בשיעורים מעל 1 GHz באמצעות תהליכי סיליקון מודרני או גירוד arsenide.זה הופך אותו לבחירה טבעית עבור לכידת תופעות מהירות כגון הדופק לייזר, חתימות גרעיניות, או transients אלקטרומגנטיים גבוהים ב חלקיקים accels עבור, לדוגמה, 2.5 / השני יכול להיות לוכדים (ת) תחת לוכדים אחרים יכול להיות לוכדים).

צריכת חשמל נמוכה

מכיוון שרק קופרטור אחד משווה באופן פעיל בכל מחזור שעון, דלה מודולציה צורכת סדר גודל פחות כוח להמרה מאשר פלאש ADC עם אותו קצב דגימה.במכשירים מדעיים מופעלים סוללות כגון ספקטרום נייד, צמתים עמידים שדהיים, או חיישנים סביבתיים מרוחקים, יעילות כוח זו מתורגמת ישירות לחיים תפעוליים יותר וניהול תרמי מופחת על פני ראש.

הקטנת המורכבות של חומרה

מודולר דלה טיפוסי מתאים למספר מ"ר מרובע של סיליקון, עם מינימום חסימה ואין צורך בסולםים התנגדות דיוק או מספר רב של מפרשים.פשטות זו מפחיתה את העלות, משפרת את התשואות, והופך אותו אפשרי לשלב ערוצי מודולטורים מרובים על מת יחיד.עבור מנגנונים סיסמיים הדורשים אלפי ערוצים, או עבור תמונות היפרספקטרליות עם מאות אלמנטים גלאיים, אזור החיסכון משמעותי.

דיכוי נתונים

מאחר שרק הנגזר (שינוי) מועבר, בעל כורחה או לאט אותות משתנים מייצרים ריצות ארוכות של ביטים זהים, אשר ניתן לדחוס ביעילות באמצעות ספאם באורך ריצה או להפוך לזרם נתונים מלוח.ביישומים טלמטריים - כגון העברת נתונים מדעיים מבדיקה של חלל עמוק או buoy תצפית מרחוק - זה מקטין את דרישות הדחיסה רוחב הפס ומאפשר נתונים יעילים יותר באמצעות אותה מהירות קישור.

גבולות ופתרונות

ניו יורק Noise

כאשר אות קלט משתנה לאט מאוד, הלולאה משוב משתנה בין הגדלת ודהור על ידי גודל הצעד הקבוע, יצירת אגד נמוך, oscillation גבוה סביב האות האמיתי.רעש גרניט זה מופיע כמו רקע שלו יישומים אודיו או כמו תנודות רמות קטנות בקריאות.

סלייפ Overload Distortion

אם הקלט עולה (או נופל) מהר יותר מהמודולטור יכול לעקוב אחר - כלומר, המדרונות עולה על ⁇ × fcioFLT:0sphFLT:1 - ה integrator lags מאחור, יצירת שגיאות גדולות כי הם רק מתוקנים כאשר המדרון משתנה בכיוון מוטמע.

החלפת דלתא (ADM)

כדי לטפל הן רעש גרניטארי והן מדרונות מדרונות, התאמה דינמית של הפורמטיבי משתנה בגודל של גודל הצעד מבוסס על תבניות קטנות האחרונות.לדוגמה, ה-FLT הידוע:0continently Varidder delta Modulation (CVSD)uaFLT:1 מגביר את גודל הדופק כאשר מספר "1" או "0" מציין אות משתנה במהירות, ולהפחית את זה אפשרי יותר עבור טבלאות מהירות יותר.

Sigma-Delta Modulation כגישה קשורה

התפתחות טבעית של Modulation delta היא sigma-delta ( ⁇ ) Modulation, אשר מציבה ategratortorator:0 לפני כן FLT:1 הנספח (התוס "sigma" עבור סכציה) ⁇ מודולורים מציעים באופן ישיר עיצוב רעש מעולה, דוחף רעש קוונטי לתאריכים גבוהים שבו ניתן להסיר על ידי סינון דיגיטלי בעוד ממירים מתקדמים, בעיקר על ידי אופטימיזציה של דיוקים מתקדמים, עבור רזולוציה גבוהה.

יישומים אמיתיים ב-Scientology

מהירות גבוהה אוקסילוסקופים

בדיקות אוקטילוסקופים בזמן אמת לניתוח טרנזיטים חשמליים - כגון הדופק אלקטרומגנטי (EMP) בדיקות, החלפת חשמל אלקטרוניקה, או נתונים סידוריים מהירים במהירות גבוהה - שימוש במודולציה דלה בערוצי הרכישה הקדמיים שלהם. על ידי המרת האות האנלוגי לזרם הדופק 1 סיביות ב- sampling מעל 10 GSa/s, oscilloscopes אלה יכול לשחזר גל עם רוחב פסים עם 10 GHz, 000.

ספקטרום

זמן-of-טיסה של ספקטרום (TOF-MS) דורש זיהוי מהיר כדי למדוד את זמני ההגעה של ion עם דיוק תת-nano השני. Array גלאיs יחד עם דלה מודטורים יכול ללכוד בו זמנית אותות ממאות ערוצים, המרת אפקטי ion לספירות דיגיטליות בקצב השעון המתאים לקצב החבילה של ארבעהטר-פרופור אינפרא אדום (IR) ספקטרום מהיר, שיפור ספקטרום נמוך של ספקטרום, עם ספקטרום גבוה, עם ספקטרום גבוה, עם ספקטרום גבוה של ספקטרום גבוה, עם רזולוציה גבוהה.

רכישת נתונים סיסמית

⁇ ⁇ מודרני המשמש ניטור רעידת אדמה, חקר שמן, וסאולוגיה פלנטרית לפרוס מאות עד אלפי גיאופונים או accelerometers על פני אזורים גיאוגרפיים רחבים.כל צומת חייב לנסח את התנועה הקרקע עם רזולוציית 24bit אבל בשיעורים של רק 500 עד 2000 לספירה: תצורה של מדד X / ריצוף נמוך ופשטות מאפשרות לכל אחד לפעול במשך שנים על סוללות קטנות הסתגלות נמוכה יותר:

עיבוד אותות ביו-רפואי

באלקטרונספילוגרפיה (EEG) ואלקטרוקוגניוגרפיה (ECoG), אותות המוח נעים בין גלים איטיים ברמה מיקרו-וולט לספיקופסים ברמת מילימטר (G) דלתא, במיוחד ADM, משמש למכשירים מותאמים לשתלים שבהם כוח וגודל הם מוגבלים.הלחישות הנמוכה של הטכניקה היא קריטית עבור ממשקי מוח סגורים (BCIs) כי יש גירוי בתוך מילימטר מהיר לזיהוי של חיישנים אופטיים אופטיים.

הערכה השוואתית עם אדריכלות חלופית

פלאש ADCs

המרת פלאש משתמשים בנק של 2sFLT:0 â € ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

נספח-Approximation Register (SAR) ADCs

SAR ממיררים מציעים החלטה מצוינת (12-18 ביטים) במהירויות בינוניות (עד 10 MSa /s) עם צריכת חשמל מתונה.הם הם עבודת הכפלת של הרבה גלי נתונים מדעיים.עם זאת, זמן ההמרה שלהם בקנה מידה ליניארי עם החלטה, מה שהופך אותם ללא מתאימים עבור יישומים רב-GSa / דלתא מודולציה ממלא את הנישה מעל 100 מעלות / SAR שבו הוא איטי מדי ועוצמת הוא מדי.

Sigma-Delta Modulators

בעוד ⁇ מודולטורים שולטים ברזולוציה גבוהה (16-24 bit), רוחב פס נמוך לבינוני (עד כמה MHz) יישומים, הם דורשים oversampling אגרסיבי (בדרך כלל 64× או יותר) ופילטר דיגיטלי מורכב.עבור אותות רוחב פס גבוה מאוד (למשל, <100 MHz), יחס oversampling הופך לא מעשי, טהור או צלול או נטה מתאמת יותר לשימוש רוחב פס דיגיטלי.

מחקר: Ultrafast Fluorescence Lifetime Measurement

ברזולוציה של זמן-resolved fluorescence spectroscopy, מדענים מודדים את דעיכה האקספוננציאלית של מולקולות פלואורסנט לאחר ציטוט על ידי דופק לייזר קצר.הזמן הדעיכה יכול להיות קצר כמו עשרות של picothers. מערכת רכישת נתונים מותאם אישית באמצעות 1.5 Gספקטרום DS /s מתאם פיזיקלטה תוכנן על ידי לוח זמנים קטן של מחזור הדם שלו היה לפתח באוניברסיטה מחקר גדול כדי ללכוד את ה-DValform ישירות המערכת.

הטמעת טרנדים מודרניים ומגמות מתפתחות

שילוב עם FPGAs ו ASICs

מכשירים מדעיים מודרניים יותר ויותר להטביע את מודטורים דלה בתוך ASICs מותאם אישית או כמו ליבות IP רכות בתוך מערכות מבוססות FPGA.המקבילה ו integrator ניתן לממש באמצעות ספריות אנלוגיות מהירות עם רשתות הפצה שעון שמש המשמרות את מחזורי sub-picoII.הפלט הדיגיטלי הוא ניזון ישירות FPGA לעיבוד בזמן אמת: סינון, אירוע, זיהוי, ומכונה אפילו גישה ייצוב של לייזר.

אופטימיזציה של גודל דינמי באמצעות Machine Learning

לאחרונה, החוקרים הגישו אלגוריתמים של למידה חיזוק כדי להתאים באופן דינמי את גודל הצעד של מודולר אדפטטיבית.על ידי ניטור דפוס bit האחרון וחיזוי תכונות אות עתידיות, האלגוריתם יכול לבחור גודל שלב אופטימלי ממערך של אפשרויות, שיפור נוסף יחס האות-ל-לא-אין מעבר לגישות קבועות-מדינה-מכונה.

שינוי דלתא אופטי

עבור מכשירים הדור הבא הפועלים במשטר terahertz, כל מודולים אופטיים דלה נחקרים.אלה מחליפים את קומפוטור האלקטרוני עם מכשיר סף פוטוני ואת integrator עם לולאה מעכב אופטית.מערכות כאלה יכולות להיות דוגמיות באופן תיאורטי על פני 100 GSa/s, פתח חלונות לתופעות כמו מבני הדופק האלקטרוניים או אירועים אופטיים ללא מרשם, למרות עדיין בשלב ה-תרגול, כדי להוכיח את הרלוונטיות האלקטרונית של ה-ה.

מסקנה

צורת דלתא נותרה טכניקה חיונית בערכת הכלים של מעצבי כלי מדעי.פשטות, מהירות וכוח נמוך להפוך אותה לדרך של בחירה ללכידת אותות גבוהים של אנטוליה שבו ארכיטקטורות ADC קונבנציונליות הופכות ללא מחוסיינות.מ-oscilloscopes כי עמית לתוך ארועי nanoII-scale לבניית רשתות קוסמיות לרוץ במשך שנים על סוללות, דלה מציעה איזון משכנע של ביצועים וטכנולוגיות הסתגלות מתקדמות יותר, אך לא ניתן להתגבר על טמפרטורות מתקדמות יותר.