מדריך מקיף לטכניקת שינוי דלתא למהנדסים

צורת דלתא (DM) מייצגת את אחת הטכניקות האפקטיביות ביותר והמשאבים עבור המרה אנלוגית-למדתית, במיוחד מוערך במערכות שבהן רוחב פס הוא מוגבל ופשטות חומרה היא רבת ערך.עבור מהנדסים הפועלים בתקשורת, עיבוד אודיו, טלמטארי או שליטה מוטבעת, הבנת קצבי הסימון הייחודיים של ה-DMA-D-המודלים הבסיסיים של שיטות הפעלה, ומסחר מעשי - יש צורך להרחיב את התכונות של שיטות הפעולה של ה-DMA שלך.

מה זה Delta Modulation?

צורת הקידוד של דלתא (DM) היא שיטה דיסלקטיבית שמעבירה רק את השינוי בין דגימות אות רציונאליות ולא את האמפולציה המוחלטת.הרעיון הליבה הוא פשוט אלגנטי: קצת אחד מציין אם אות הקלט גדל או ירד יחסית לאמדן מקומי. המקלט משתמש זרם זעיר זה כדי לצבור או לקלקל קצב מקומי, ומשחזר גרף מדרגות של גלנטציה מקורית, במיוחד כאשר הוא מקודש את קצב התדירות גבוהה יחסית לדגימה אחת, הוא רק עם קצב מקודמת.

הראשון שהוצג בשנות ה-40 והדפס דרך שנות ה-60, DM מצא הצלחה מוקדמת במערכות תקשורת קוליות צבאיות שבו שיעורי ביט נמוכים ועיגולים פשוטים היו קריטיים.היום, דלה מודולציה נותרה רלוונטית במערכות עיבוד אותות דיגיטליות מודרניות (DSP), לעתים קרובות מופיע כבלוק בניין ב-Sigma-delta אנלוגי לדיגיטליים (ADCs) ונמוך דיבור נמוך למהנדסים דיגיטליים, עם מתודולוגיה.

עקרונות היסוד של Delta Modulation

מערכת המודולציה של דלה מורכבת משלושה בלוקים פונקציונליים: קומפוטור, קוונטין, ו a integrator, הכל מונע על ידי שעון דגימה.ההערכה המקומית נוצרת על ידי integrator (לעתים קרובות accumulator פשוט), אשר מקבל את ההבדל הקוונטי.

• (ב) ⁇ :0) ,(ה) ,(ה) ,הסימן הקלט האנלוגי משווה עם ההערכה המקומית.אם הקלט גדול יותר מההערכה, ה-Comparator מפיץ הבדל חיובי; אחרת, הבדל שלילי.
• (FLT:0)Quantizerib: 1FLT:1 The קוונטית הופכת את ההבדל לקצת אחד: "1" הגיוני עבור הבדל חיובי ו"0" עבור הבדל שלילי.
• (ב) [ה]:0 [ה]מטען (Accumulator): ⁇ FLT:1 בכל מחזור שעון, המבואר מוסיף גודל קבוע ( ⁇ ) אם ה bit הוא "1" או subtracts ⁇ אם ה bit הוא "0" עם הזמן, פלט האינטגרטור עוקב אחר האות עם גל מדרגות.

ב המקלט, אינגרה זהה מעבד את זרם bit כדי לשחזר את האות האנלוגי. מסנן נמוך פאס ואז חלק את התוספת מדרגות, לשחזר את גלונולוגי המקורי עם כמה רעש קוונטי.

הפרמטרים של מערכת המפתח כוללים את גודל השלבים ⁇ ואת רעש גדול יותר s.הבחירה של ⁇ משפיע ישירות על שני מנגנוני עיוות טמבלים: מדרונות יתר רעש ורעש גרניט. a ⁇ גדול יותר מאפשר מעקב מהיר של שינויים אות מהיר אבל מגביר רעש גרניט במהלך תקופות שקטות ( ⁇ ) קטן יותר LT מופחת רעש גרניט אבל לא יכול לעקוב אחר מדרונות, המוביל על פני עיוות.

ייצוג מתמטי

אם אנו מציינים את אות הקלט כ- x(t), תקופת הדגימה T= 1/f s, ואת ההערכה המשוחזרת כ- x ⁇ (n), המנטרן דלה פועל כמו:

• שגיאה (n) = x(nT) - x ⁇ (n-1)
• Bit b(n) = Sign[e(n])
• x ⁇ (n) = x ⁇ (n-1) + ⁇ * (2b(n)-1) (כלומר, + ⁇ עבור b=1, ⁇ עבור b=0).

מבנה החיזוי / ה-quantizer הוא הבסיס לכל גרסאות המודולציה של דלה.

שיטות של Delta Modulation

תקן דלתא משתנה (Linear DM)

(הצורה הבסיסית שתוארה לעיל משתמשת בגודל קבוע של שלב ⁇ .הפשטות שלה הופכת אותו אטרקטיבי עבור יישומים בעלות נמוכה, כוח נמוך, אבל הביצועים שלה מוגבלים. 2 סוגים של רעש לשלוט: FLT:0slope overloadFLT:1 (כאשר האות קלט משתנה מהר יותר מאשר המנוקל יכול לעקוב אחר קצב t s) ו-FLT2granalralralral lantrated: 3D) lantial רעש (מדרדרדרציה הוא כמעט משתנה עם רמות דינמית של חומר דינמית).

החלפת דלתא (ADM)

(המודולציה של דלה מתגברת על המגבלה הקבועה בגודל של שלב משתנה על ידי דפוס ה bit האחרון.If ביטים רצופים הם אותו (למציין את הקלט עולה או ליפול במהירות), גודל הצעד גדל כדי למנוע עומס יתר של מדרונות.אם bits חלופי, גודל הצעד ירד כדי להפחית את הרעש הטרונראלי.

החלפת סלופה דלתא משתנה (CVSD)

CVSD היא תוכנית הסתגלות ספציפית שבה גודל הצעד אינו רק משתנה אלא גם רציף (analog) הבקר בגודל שלב משתמש גלאי מעטפה על זרם הקטן כדי להתאים ⁇ חלקה. CVSD ידוע נרחב לשימושו בהעברת קול Bluetooth (קוד ה-SD עבור קישורים SCO) ובכמה רדיו צבאיים.הוא מספק איכות קול טובה בשיעור נמוך כמו 16-32bps עם ביצועים חזקים ב- GSD1 הוא CSD-IFact.

דלתא-סגמה משתנה (DSM)

(ד) צורתו של דלתא מייצגת אבולוציה גדולה, המשלבת oversampling ורעש עיצוב כדי להשיג המרה ברזולוציה גבוהה.המבנה מציב אינטגרטור לפני הקומות (בתוך הלולאה), ויצרה "Sigma" (integration) לאחר "דלטה" (Difference) קוונטין יחיד משמש, ואת הכוחות הממוצעים של מעקב אחר ®Dipcing) עם ® נמוך יותר מ-ixtextexttttt (R) לאחר מכן) עם ® 16xtecting) ® bitcintextextine-Ric).

יתרונות ומגבלות

Advantages	Limitations
Simple hardware – only a comparator, integrator, and clock needed	Slope overload distortion at high input signal slopes
Low bit rate – 1 bit per sample, ideal for bandwidth-constrained links	Granular noise (idle channel noise) when signal is near constant
No need for word synchronization or frame alignment	Fixed small step limits dynamic range in standard DM
Inherent monotonicity – ideal for servo control loops	Requires oversampling to achieve resolution comparable to PCM

השוואה עם טכניקות ADC אחרות

מהנדסים לעתים קרובות להשוות את המודולציה של הדופק-קוד (PCM) ו PCM שונה (DPCM) PCM מקודמת את האמפליטציה המוחלטת של כל דגימה באמצעות מספר סיביות (למשל, 8-16 סיביות לדגימה), מתן SNR מעולה בעלות של קצב bitDP גבוה יותר. CM שולח את ההבדל בין דגימות מוצלחות, באמצעות פחות מאשר PC (בדרך כלל 4 CM) אבל דורש פחות מנפח DCM.

ניתן לשקול את Modulation דלתא 1-bit DPCM עם קוונטין קבוע. היתרון העיקרי שלו על PCM הוא שיעור ה bit נמוך הרבה יותר עבור איכות אודיו דומה אותות קידוד נמוך, במיוחד דיבור. עם זאת, PCM משיג נאמנות טובה יותר בקצב מדגימה נתון בשל ריבוי סיביות בשל ריבוי של אודיו נאמנות גבוהה, דיוק-גל (a של פילטר דיגיטלי) הפך עם דיוק גבוה של דיוק גבוה.

עבור מהנדסים בוחרים בין האפשרויות הללו, ההחלטה תלויה במסחר בין שיעור קטן, מורכבות חומרה, ויחס אותות-ל-אין נדרש. DM ו ADM הם אופטימליים עבור קישורים פשוטים, נמוכים-bit; PCM עבור שידור דיגיטלי פשוט עם מורכבות מתונה; ו דלטה-סגמה עבור המרה ברזולוציה גבוהה עם oversampling.

יישום מעשי של Delta Modulation

דיבור קול קידוד ודיגיטל

למודולציה דלתא יש היסטוריה ארוכה במערכות קול צבאיות ומסחריות.קוד ה- CVSD של צבא ארה"ב (למשל, ב-FLT:0STANAG 4198 סטנדרטיFLT:1) פועל ב-12-16 kbps, מתן דיבור בלתי-סביר בערוצי רדיו רועשים.

עיבוד אודיו ואלקטרוניקה צרכנית

בעוד מערכות אודיו נאמנות גבוהה משתמשות כיום ב- delta-sigma ממירים, פשוט יותר דלה מודולו מגלה יישומים נישה אודיו צעצועי, אינטרקום, ומוניטורים לתינוקות שבהם העלות והעוצמה הם רב-חשיבות.DM משמש גם בכמה מכשירי שמיעה דיגיטליים מוקדמים ורשומות קוליות. תחליפי DM גרסאות מופיעים ב-Synsis שבבי דיבור וקונפליקטים פשוטים עבור שני רדיו-מעבדים תעשייתיים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

בטלמטורי לוויין וניטור סביבתי מרוחק, חיישנים מייצרים לאט אותות משתנים (טמפרטורה, לחץ, מתח סוללה) דלתא מודולציה ביעילות מקודמת אותות אלה באמצעות שיעורי מעט נמוך מאוד, שמירה על רוחב פס RF יקר וכוח. a יחיד DM encoder יכול מספר ערוצים אנלוגיים עם הזמן-division sampling, ואת זרם קטן יכול להיות מועבר מעל קישורים אופטיים או רדיו עם מורכבות מינימלית.

מערכות בקרה וסרבו לופס

האופי המונוטוני של דלה מודולציה (הפלט הקוונטי תמיד נע בכיוון הנכון) הופך אותו אטרקטיבי עבור לולאות בקרה דיגיטלית.בבקרת מהירות המנוע או סרבוס מיקום, ממודולטור דלתא מייצר רכבת הדופק שמניעה ישירות מנוע צעד או מגבר PWM. מבנה משוב של DM מבטיח כי כל מעקב אחר שגיאות מתקן במהירות את הפלט.

דלתא-סיגמה ADCs במודרניזציה

הפריסה הנרחבת ביותר של מושגי ה- delta Modulation כיום היא בתוך FLT:0 (Delta-sigma ADCsigma ADCsFLT:1 ; ממירים אלה משתמשים במודולטור 1 סיביות פועל במהירות גבוהה (מעלים) ו- cascaded inteigd integrators כדי לדחוף רעש קוונטי מחוץ ל-Aducationala.

שיקולים למהנדסים

בחירת גודל הצעד וקצב הנפיחות

עבור תקן DM, גודל הצעד ⁇ חייב לספק את מצב מעקב המדרדר: ⁇ s ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ p max A אלגוריתם הדגלינג צריך להיות כמה פעמים ניאקשן של ×T (ב) כדי להפחית את קצב קבוע × 10 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חומרה מול יישום תוכנה

מודטורים דלתא יכולים להיות בנויים עם קומץ של רכיבים אנלוגיים (משותף, דגימה אינגרה, מתג אנלוגי) שצופים על ידי אות דיגיטלי.עם זאת, יישומים מודרניים משתמשים לעתים קרובות מיקרובקרים או FPGAs. A Software DM encoder קורא את הקלט האנלוגי באמצעות ADC מהיר, מסנן אותו דיגיטלית, ופלט את bit ישירות כמו אות GPIO.

פילטר ושיקום

גלפורת גרם המשוחזרת מהמאגר מכילה רעש קוונטי גבוה, במיוחד ליד מספרים של השעון המאגד. מסנן נמוך עם חיתוך רוחב הפס האות (למשל, 3.4 kHz לקול) מסיר את רעש מחוץ לפס.המסנן ועיצוב תלוי על קצה ומנעול בתדירות גבוהה.

בדיקות והערכה

כאשר בוחנים מערכת של Modulation delta, מהנדסים צריכים למדוד את SNR כתפקוד של mplitude ותדירות. Plot נקודת עומס (שם SNR טיפות בחדות) ואת רמת הרעש המזויף. עבור תוכניות הסתגלות, טווח דינמי יכול להיות משופר על ידי 10-20 dB על תקן DM. ניתוח ספקטרלי של האות המשוחזר מגלה עיוות הרמוני ועיצוב אפקטים.

מסקנה

צורת דלתא נותרה טכניקה יסודית ורבת תכליתית בתיבת הכלים של מהנדס.הפשטות הטמונות, קצב bit bit-קצב נמוך, וסנכרון קל להפוך אותו למועמד חזק לתקשורת קול, טלמטארי, ולשלוט ביישומים שבהם כוח ורוחב הפס הם בקושי.האבולוציה מממשק סטנדרטי-DM כדי להתאים תוכניות אקדמיות (AD, CVSD) ו-Oversampled noise-Designs del-maigit מדגימה טכנולוגיות לא פשוטות של חומרים מודרניים.