האבולוציה המהירה של טכנולוגיית חיישן ותקני תקשורת דיגיטלית יצרה דרישה בלתי צפויה להמרות נתונים במהירות גבוהה, גבוהה נאמנות גבוהה.מערכות מודרניות כבר לא להסתמך על זרמי נתונים בודדים; במקום זאת, הן מעבדות מגוון רחב של אותות בו זמנית.בין אם זה 128-element אנטנות MIMO, בדיקת הדמיה של 64 ערוצים או מערכת אודיו מקוצרת של 32-רמקולים, שרשרת אודיו מתודולוגיה הבסיסית, חייב ללכוד אותות אנלוגיים וספקטומטיים מרובים.

Multi-channel delta Modulation (MCDM) הוא ארכיטקטורה חזקה שנועדה לענות על דרישות המדייקטיביות הללו.ב. על הפשטות של חד-ביט-ביט-טקציה, MCDM מקנה את תהליך ההמרה על פני ערוצים רבים ללא הגדלה האקספוננציאלית הנראית ברישום האפליקציות המסורתי (SAR) או צינורות ADCs. על ידי מינוף יתר של מעלים ורעש, מערכת MCDM יכולה להשיג דרישות אנלוגיות גבוהות על פני קדמית על פני רזולוציה גבוהה בעת קבלת דרישות קדמית.

מאמר זה מספק צלילה טכנית עמוק לתוך MCDM, לחקור את הארכיטקטורה שלה, רכיבי הליבה, אסטרטגיות יישום, ומקרים שימוש ראשוניים. מהנדסים המעורבים עיבוד אותות, מערכות משובצות, ועיצוב RF ימצאו תובנות מעשיות לפרוס MCDM עבור משימות דיגיטציה מורכבות.

עקרונות של Delta Modulation

כדי להבין את MCDM, יש קודם כל לתפוס את היסודות של חד-ערוצית דלה מודולציה. A סטנדרטי DM קודר מורכב ממתאם ו 1-bit DAC בתוך לולאה משוב.המשותף קובע את הסימן של ההבדל בין אות קלט ואת האות המשוחזר מן לולאת משוב.הפלט הוא קצת זרם סדרתי שבו "1" מציין את האות העולה ו"0" הוא סימן הגיוני.

היתרון העיקרי של גישה זו הוא הפשטות שלה והתנגדות הטבועה לשגיאות שידור.בזרם מסורתי של Code Modulation (PCM), טעות קטנה אחת בסכום גבוה יכולה לגרום לשגיאה משמעותית של אמפורה.בזרם DM, טעות קטנה ומעט גורמת רק שגיאה מדרדרונית קטנה, מקומית שממנו המערכת מתאוששת במהירות.

עם זאת, DM סטנדרטי סובל משני סוגים שונים של עיוות: המרפק המדרונות ורעש גרניט. Slope overload מתרחשת כאשר הקידוד של האות עולה על שיעור המעקב המקסימלי של המנטרולטור.רעש גרנורי מתרחש כאשר אות קלט הוא שטוח יחסית, מה שגורם למודולטור כדי לבודד סביב הערך האמיתי של דלתא (AD) על ידי רמות גבוהות יותר של DDVD.

שיקולים אדריכליים למבצע רב-צינל

(הופנה מהדף DM לערוצים מרובים מציג מגבלות הדורשות תכנון אדריכלי זהיר.ההמטרה העיקרית היא לעבד את ה-FLT:0)NNNFLT:1 ערוצים עם אותו דיוק והיערכות זמנית כמו FLT:2NFOVA 3LT 3 מודולטורים עצמאיים, אך עם עלות כוללת נמוכה יותר ועלויות כוח.

קונסולת השתלות הבנקים

היישום הישיר ביותר של MCDM הוא בנק מקביל של מודטורים.כל קלט אנלוגי מוקצה מודולטור משלה, קוונטית, משוב DAC. שעון מאסטר משותף, במהירות גבוהה מחלק את התזמון לכל הערוצים.הההה של השעון הזה הוא קריטי; מסלולים לא שוויוניים או חיפר מציגים עיכובים להציג עיכובים, אשר ישירות degrads ביצועים ביישומים קוהרנטיים כמו שימוש בשעון סטנדרטי.

אדריכלות: Time-Interleaved Architectures

גישה חלופית משתמשת במודולטור יחיד, מהיר מאוד כי הוא זמן משותף על פני קלטות מרובות באמצעות מספר רב של אנלוגיה מרובותxer. בעוד גישה זו חוסכת שטח סיליקון וכוח, היא מציבה דרישות קיצוניות על זמן היישב של המנטרול ורוחב הפס.זה גם מציג תזמון בין ערוצים שווים לתקופת מרובותx.

התפקיד של Oversampling

MCDM מסתמך במידה רבה על oversampling כדי להשיג את הרזולוציה גבוהה.יחס oversampling (OSR) מוגדר כיחס של שיעור הדגימה (Fs) לשיעור Nyquist (2*BW) כל הכפלה של OSR מגבירה את המגבלות של Signal-to-Quantization Ratio (SQNR) על ידי בערך 3B עבור תקן ראשון, כלומר, לחץ גבוה יותר על פני מערכת ההפעלה.

בניית אתרים של מערכת MCDM

מערכת MCDM מלאה יכולה להישבר לשלושה שלבים יסודיים: ה- אנלוגי חזיתית, מערך המודולטור, והפוסט-מעבד הדיגיטלי.

אנליזה Front-End (AFE)

תנאי AFE את האות האנלוגי לפני המודולציה.זה בדרך כלל כולל מגבר נמוך (LNA) ופילטר נגד-aliasing (AAF) עבור מערכות מרובות ערוצים, התאמה לשלב ולקבל תגובה של AFEs בכל הערוצים הוא משימה לא-טריוויאלית פריסה חייב להיות סימטרי למזער ניגודים בין ערוצים.

The Modulator ו- Quantizer Array

מסנן לולאת Modulator יכול להיות הראשון, השני, או גבוה יותר סדר.מודולטורים מסדר גבוה יותר לספק עיצוב רעש טוב יותר, לדחוף יותר רעש קוונטי מתוך הלהקה של עניין.הכייזר הוא בדרך כלל קומפוטור אחד עבור עיצובים מהירים, אבל מולטי-ביט קוונטיים (הבזק קטן ADCs) ניתן להשתמש בתוך הלולאה כדי לשפר את היציבות ולהגדיל את ההחלטה מבלי צורך בעקבות גבוהה מאוד של מערכת ההפעלה הקוונטית בין מספר לנפחים שונים (LVtol) בדרך כלל לליטר אלקטרונים (LVtualples) למזעריים שונים).

פוסט-פרסיו

יש לעבד את זרמי דלה הגולמיים כדי לייצר אות דיגיטלית שניתן להעלות על הדעת.שרשרת עיבוד זו כוללת כמה מרכיבים מרכזיים:

  • (FLT:0) Decimation filter:FLT:1Lo-passes את האות להסיר רעש קוונטי של פס ולהפחית את שיעור הנתונים לשיעור Nyquist. Cascaded Integrator-Comb (CIC) הם פופולריים עבור השלב הראשון בשל ההכפלה שלהם, יישום יעיל.
  • (ב) לוגיקה נכונה:0) תיקון: 1 (תיקון: 0) מתאים לכל תקלות נמדדות במסלולי AFE או Modulation, כגון DC offset ולהשיג שגיאות בין ערוצים.
  • (FLT:0)Formatter:FLT:1 מארז את הנתונים לפרוטוקולים סידוריים סטנדרטיים (JESD204B/C, LVDS) לשידור מהיר ל-FPGA, ASIC, או DSP.

MCDM לעומת אדריכלות ADC המסורתית

בעת בחירת ממיר נתונים עבור מערכת רב ערוצים, מהנדסים בדרך כלל להעריך SAR, צינורות, ואדריכלות של sigma-delta (MCDM). לכל אחד יש יתרונות שונים בהתאם לדרישות היישום.

  • (FLT:0 SAR ADCsib: FLT:1 להציע יעילות חשמל מעולה עבור החלטות בינוניות ושיעורי הדגימה (עד כמה MHz) הם מספקים אפס עצלות וקלים לשימוש.עם זאת, דרוג אותם למספר גדול של ערוצים דורש העתקת כל ADC עבור כל ערוץ, הגדלת שטח לוח וצריכת חשמל ליניארית.
  • (FLT:0)Pipeline ADCs:FLT:1 לספק רזולוציה גבוהה בשיעורי מדגם גבוה מאוד (מעל למאות MHz) הם מתאימים היטב עבור מערכות בודדות או כפולות.עם זאת, יש להם נטייה גבוהה יותר מאשר SARs וצריכת החשמל שלהם אינה בקנה מידה החסד עם ספירת ערוצים.
  • (FLT:0)MCDM (Sigma-Deltamia): FLT ( 1:1 מספק את ההחלטה הגבוהה ביותר עבור אותות רוחב פס בינוני (DC למספר MHz) הם מצטיינים ביישומים רב ערוצים כי סינון דיגיטלי ניתן לשתף, ואת המודול האנלוגי הוא פשוט יחסית קטן.

אסטרטגיות יעילות

פיזור מערכת MCDM דורש שיקול זהיר של הפלטפורמה הדיגיטלית והאלגוריתמים המשמשים למודולציה הסתגלות וסינון.

FPGA-Centric Design

FPGAs הם הפלטפורמה של בחירה עבור prototyping ופריסת מערכות MCDM. שלהם במהירות גבוהה transceivers ללכוד את זרימת הנתונים LVDS מעשרות של מודולטורים.השימוש הדיגיטלי לאחר עיבוד (CIC filters, FIR תיקונים מסננים) הוא מיושם באמצעות DSP Compvisions ו- RAM. FPGA ספקים מספקים ליבות IP עבור ריבוי פילטרים, לדוגמה, CDD) כדי להפחית את מערכת ניהול מספר ערוצים יחיד של C.

גודל שלב הסתגלות Algorithms

גודל קבוע של צעד הוא הגורם העיקרי של עומס יתר ורעש גרניט בתקני DM. MCDM מערכות כמעט אוניברסלית ליישם את המודולציה אדפטטיבי (ADM) כדי להתגבר על זה. אלגוריתם משותף הוא קבוע הסתגלות משתנה דלתא (CFADM) ההיגיון הוא פשוט: גודל הצעד הוא מוכפל על ידי גורם (למשל 1.5) עבור הפעלת אחד של אותו אפקט הסתגלות קבוע אותות דיגיטליים, אפילו יותר מתוחכם יותר, תוך כדי שינוי אלגוריתם קל יותר.

המונחים: file

תכנון מסנן decimation הוא משימה קריטית המשפיעה ישירות על איכות האות הסופי. a multi-שלב decimator כמעט תמיד בשימוש.השלב הראשון הוא בדרך כלל מסנן CIC מסדר גבוה אשר מבצע גורם גדול decimation (למשל, 8 עד 32) עם חומרה מינימלית.סינן CIC יש פס עובר עובר עובר, כך השלבים הבאים הם תוצאה סבירים כי יש להפסיק את שיעור סינון נתונים חד, כדי לעצור את שיעור הסינון הני של הניאופס.

ניווט טכני משותף

יישום מערכת MCDM ביצועים גבוהה כרוך להתגבר על מספר אתגרים הנדסיים הקשורים לאמינות האות ותזמון.

שעון Jitter and Phase Noise

השעון המהיר גבוה מדגימה הוא פעימות הלב של מערכת MCDM. שעון ג'ייטר למעשה מוסיף רעש לרגע המפיץ. עבור אותות קלט גבוה, ג'ייטר יכול לשלוט לחלוטין רצפת הרעש, מתן היתרונות של ה- OSR גבוה מעצבי חייב להשתמש מקורות שעון ג'י נמוך, כגון oscillators או שעון ייעודי IC עם מתחים מבוקרים (מפרקים) כדי למזער את השעון המופץ (מתאים).

ניהול Inter-Channel Crosstalk

קרוסטור הוא ההפיכה הלא רצויה של אות מערוץ אחד לערוץ סמוך.זה יכול להתרחש באמצעות הפיכה קיבולית על ה- PCB, מסילות אספקה משותפת, או קרינה אלקטרומגנטית. אסטרטגיות מייגציה הן חיוניות.אלה כוללים פריסה זהירה עם עקבות שמירה על עקבות בין נתיבי קלט אנלוגיים, ניתוק אגרסיבי של אספקת חשמל בכל ערוץ, שימוש בסימן שונה עבור שעונים וקווי נתונים, והגנתיים פיזית על פני השטח האנלוגי מעמוד הקדמי האחורי של השבר.

High-Speed Data Interface

מערכת MCDM של 32 ערוצים הפועלת ב-OSR של 64 וקצב Nyquist של 2 MHz מייצרת שיעור נתונים גולמי של 4.096 Gbps. מקבל נתונים אלה מן השבב המריא למעבד הוא אתגר משמעותי. JESD204B / C קישורים סדרתיים פותחו כדי לפתור בעיה זו.הם מסמנים את הנתונים מערוצים מרובים לתוך כמה מסלולים גבוהים (למשל, 8b) עבור דרישות מערכת ההפעלה ה-Gtixtable עבור ממשק (GPS) הוא 10.

דרישות נהיגה MCDM אימוץ

היכולות הייחודיות של MCDM הופכות אותו לבחירה אידיאלית עבור מגוון רחב של יישומי עיבוד אותות מתקדמים.

רדיו מבוסס תוכנה ומיסה MIMO

במערכת MIMO Massive, מעבד הבסיס חייב לקבל אותות מכל האנאנטות בו זמנית. MCDM מאפשר את ספקטרום RF כולו להיות דיגיטלי על אלמנט האנטנה, העברת הגבול האנלוגי / דיגיטלי קרוב לממשק האוויר.זה מאפשר גמישות מוגדרת תוכנה אמיתית ואלגוריתמים מתקדמים כמו אלגוריתמים מתקדמים לפני דיסטורציה דיגיטלית (DP) ומדורגת דיגיטלית מדויקת.

אודיו מקצועי וספאטי

פורמט Direct Stream Digital (DSD) המשמש תקליטורי Super Audio, הוא יישום מסחרי של דלה מודולציה. עבור הקלטת מקצועית, אודיו immersive, ו- Immersive beamforming, multi-channels DSD משתמשים MCDM כדי ללכוד 8, 16, או אפילו 32 ערוצים של אודיו ברזולוציה גבוהה.הפשטות של המנול מאפשרת שקיפות נמוכה מאוד, אשר חיוני עבור ניטור יישומים חי ו-Fulation כיצד עקרונות DirectFulation אלה.

ראשי > TERD-Array Radar and Sonar

מכ"מים שלביים משתמשים במאות או אלפי אלמנטים של טרנסצ'ר בודדים לסרוק את הסביבה באופן אלקטרוני. mCDM מאפשר את הדיגיטציה של אות החזרה בכל רכיב.זה מאפשר beamforming, ללא steering, והמטרה היא לזהות את כל זה בתחום הדיגיטלי.השלב המסופק על ידי ארכיטקטורת השעון המשותפת של MCD הוא חיוני ליצירת ההתערבות קונסטרוקטיבית וגילוי של תבניות שלב כדי לזהות את המטרות ישירות של המערכת.

עתיד MCDM

ככל שהמערכות ממשיכות לדרוש יותר ערוצים ורוחב פס גבוה יותר, היעילות וההיקף של ריבוי ערוצים דליקו מודולציה יהפכו אותה לאופציה אטרקטיבית יותר.התקדמות בייצור Semiconductor מצמצם את העלות והצריכת החשמל של ההיגיון הדיגיטלי המורכב הנדרש לפירוק ותיקון שגיאות.We Can Expect לראות MCDM משולב לתוך מערכת-onchips (SoC) ליישומים החל ממכשירים מתקדמים ל-Ricing Networking Networking Networking Network-Ricial-R.