בתחום המתפתח במהירות של ניתוח אותות, הצורך במכשירים ניידים, יעילים, ומשתנים מעולם לא היה גדול יותר. בעוד ציוד מעבדה מסורתי מציע דיוק יוצא דופן, זה לעתים קרובות רב, כוח-הungry, ו-חולה עבור פריסה בסביבה מרוחקת או קשה, מכשיר ה- Portable delta Modulation מטפל פער זה על ידי מתן חלופה קומפקטית, נמוכה כוח שיכול ללכוד ולעבד אנלוגי עם אותות משמעותיים בתחום ה-ידי קביעת משקל עמוק יותר, ולא באמצעות מדדי משקל קריטי של נתונים קריטי יותר.

הבנה של Delta Modulation

צורתו של דלתא (DM) היא טכניקת Modulation דו-קוד שונה שמקודמת אותות אנלוגיים לתוך bitstream דיגיטלית על ידי המייצגת רק את השינוי בין דגימות מוצלחות. במקום לכמת את ה amplitude המוחלט של כל מדגם, מתווך דלה משווה את הדגימה הנוכחית עם ערך מצופה או מעקב אחר תפוקה אחת המציין אם הערך הצפוי צריך להגדיל או להקטין את זרם זה, בדרך כלל יכול להיות מוקרן על ידי פשטות גבוהה יותר, עם גודל זה, במיוחד.

מבצע בסיסי ואופייסטים

מודולר דלתא בסיסי מורכב ממתאם, מעגל שיקום מקומי (integrator), ומדגם שעון.סימן קלט משווה את הפלט של אינגרטור.אם הקלט גדול יותר, המנטר מתאמצת לוגיקה 1, מה שגורם לדלקת אותות קבועה לעלות על ידי כמות קבועה; אם פחות, הוא מפיץ לוגיקה 0, מטה למטה זה הוא צעד אחד מהיר יותר (אך) לאחר מכן, אך גם מעקב אחר צעד קבוע של חומרת משקל קבוע (שלב) באופן קבוע).

השוואה עם טכניקות אחרות

מודולציה הדופק המסורתית (PCM) דורש מספר סיביות לדגימה כדי להשיג טווח דינמי דומה, וכתוצאה מכך שיעורי נתונים גבוהים יותר ומסחרי ADCs מורכבים יותר. Delta Modulation מאפיות מוחלטות עבור עומק קטן יותר ועיגול פשוט יותר.התאמה דיפלוציית DMA (AD) משפרת את גודל DM בזמן אמת על ידי שינוי גודל הצעד מבוסס על תכונות קלט, צמצום עומס יתר על פני ורעש מדויק.

עקבו אחרי Portable Delta Modulation

פיתוח מכשיר שדה נייד הולך מעבר לבחירת תוכנית ⁇ .המערכת כולה חייבת להיות מונדסת לפעול באופן אמין בתנאים סביבתיים לא מבוקרים, תוך כדי למקסם את החיים התפעוליים וצמצום התערבות המשתמש.התתת הבאה מתארת את עמודי התכנון המרכזיים.

ניהול חשמל וכלכלה

צריכת חשמל היא ככל הנראה הפרמטר הקריטי ביותר במכשיר נייד. A דלה מודולציה encoder צורכת פחות כוח מאשר ADC multi-bit כי החזית האנלוגיה ולוגיקה דיגיטלית פשוט יותר.מעצבים צריכים למנף מיקרובקרים בעלי עוצמה נמוכה (MCUs) עם מצבי שינה עמוקים, יעילות גבוהה DC-DC ממירים, וגישורר השעון זהיר.

גודל, משקל, ו Rחוסיזציה

יציבות אמיתית דורשת גורם קומפקטי, קל משקל.זה מניע את הבחירה של מרכיבים על פני השטח, רב-שכבות PCB, ומודולים משולבים המשלבים חישה, עיבוד ויכולות אלחוטיות. Enclosures חייב להיות חזק מספיק כדי לעמוד בפני אבק, רטט, לחות, וטמפרטורות קיצוניות טיפוסיות של סביבות שדה (למשל, חום המדבר, קדחת גלקטית, טרופיה של ציפוי דחוס, ומאפשרים, לחץ, אמצעי בקרה מגנטיים, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה מגנטיים, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה, אמצעי בקרה, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, זעזועים, אמצעי בקרה, ומאפשרים, קומפקטיים, קומפקטיים, קומפקטיים, זעזועים).

אינטגרליות אות ונאמנות

למרות הפשטות של Modulation delta, שמירה על נאמנות אותות דורשת עיצוב אנלוגי זהיר. אינדוני אותות - כגון מסננים נגד-aliasing, להשיג שלבים עבור אותות קטנים, וcapaciacitors הפיכה לחסום DC offsets - הוא הכרחי.הלילאה של קופרטור יש להגדיר כדי למנוע גירוי כוזב של רעש.

ממשק משתמש ו-Data Handling

אנשי שדה זקוקים לפקדים פשוטים ולפידבקים ברורים.לחצנים מיניים – אולי כוח ובחירת מצב – בשילוב עם נוריות סטטוס או תצוגת OLED קטנה של כוח הרץ יכול להספיק.ד.ס.ד.ס. לכרטיס SD או זיכרון פלאש מאפשר ניתוח לא מקוון, בעוד ש-WiFiretowss מאפשר ניטור חי או העלאת ענן.FT.המכשיר צריך לתמוך בעדכונים אוויריים נוספים לתיקון באגים או מבלי לדרוש גישה פיזית ל-BOFacting אסטרטגיות במהירות גבוהה יותר.

שילובים וטכנולוגיות

מכשירים מודרניים של דלה מודולציה משלבים מספר טכנולוגיות מפתח אשר יחד מאפשרות את המטרות התאום של ביצועים גבוהים וצריכת חשמל נמוכה.

מיקרו-בקרים בעלי כוח נמוך ו-DSPs

MCU עם שילוב אנלוגי משולב ו מאיץ מסנן דיגיטלי הוא אידיאלי.דוגמאות כוללות את Arm Cortex-M0 + או M4 משפחות מיצרנים כמו Microchip, STMielectronics, או NXP, המציעים מצבי שינה מרובים ומגוונים של DPU. עבור עיבוד אותות תובעניים יותר - כגון ניתוח אדפטימיטיבי או בזמן אמת - ניתוח ליבה ייעודי עם יחידת DSPU יכול לעתים קרובות לשמור על יעילות עיבוד קוד פתוח.

ADCs ו- DACs

למרות שמודולציה של PCB משתמשת בנספח, ADC לפעמים הכרחי עבור calibration, מבחן עצמי אבחון או תמיכה רב ערוצים. תמיכה ב- Low-Power Successive-approximation (SAR) ADCs עם החלטות של 12-16 סיביות ו-Sampling Rate עד כמה מאות kSPS הם נפוצים.

החלפת דלתא משתנה Algorithms

אלגוריתמים כגון שינוי קבוע, משתנה-slope, או מדרדרון משתנה מתמיד דלה (CVSD) להתאים את גודל הצעד מבוסס על ההיסטוריה של מעט לאחרונה. CVSD, המשמש במערכות טלפון דיגיטליות מוקדמות (למשל, אודיו Bluetooth), מספק איזון טוב בין איכות ומורכבות. יישום אלגוריתמים אלה על MCU דורש טיפול קבוע-point והימנעות מטבלאות חיפוש יכול להיות מסוגלות מראש ולהפחית את התדירות גבוהה יותר של ממשקי תדרים.

פרוטוקול תקשורת אלחוטי

עבור פעילות שדה לא מעודכנת, קישוריות אלחוטית היא כמעט חובה. Bluetooth 5.x עם BLE היא הבחירה הפופולרית ביותר בשל צריכת האנרגיה הנמוכה שלה, טווח טוב (עד 1 ק"מ עם PHY), ו תאימות סמארטפונים נרחבת. Wi-Fi (802.11b/g/n) מציעה גבוה יותר באמצעות חישובים, אך צורכת יותר כוח, מה שהופך אותו מתאים למעלות תקופתיות או כאשר כוח AC זמין עבור פתרונות אבטחה נמוכים (Ricb-GHz) עם טווח אבטחה נמוך מאוד.

חידושים וטכניקות מתקדמות

מושג המודולציה של הליבה הוא בן עשרות שנים, אך חידושים אחרונים שיפרו באופן משמעותי את הכדאיות שלה למכשירי שדה מודרניים.

שלב הסתגלות - Size Control

מעבר לפשוט קבוע או CVSD, אלגוריתמים מתקדמים משתמשים בניתוח סטטיסטי של אות קלט (למשל, RMS רמה, estimation בקצב מהיר) כדי להגדיר באופן דינמי גודל שלב. חלק מהיישומים משלבים צום שני בהזמנה שנייה כדי להפחית עומס יתר. אלגוריתם ההסתגלות יכול להיות מכוון לסוגים ספציפיים של אותות - לדוגמה, אלקטרוקרדיאוגרם (GEC) יש חיזוי אחר אותות מדידה ודמיית מאשר לחיזוי של תכונות של מנועים מתקדמים יותר.

רעש שפינג ו- Quantization Reduction

noise טכניקות עיצוב, שנלקחו ממודולציה של Sigma-delta, ניתן ליישם במסגרת של Modulation delta באמצעות integrator הזמנה גבוהה יותר או מסנן טרום-מphasis. זה דוחף רעש קוונטי בתדרים גבוהים יותר שבו זה יכול להיות מסונן בקלות רבה יותר בתוך התחום הדיגיטלי.התוצאה היא גבוהה יותר ב-SNR ללא הגדלת גודל או oversamplings, עם זאת, תוספת פעולה זה, הוא מוסיף ליציבות ראשונה.

עיבוד בזמן אמת

יכולות MCUs מודרניות עם DSP מאפשרות למכשיר לבצע מיצוי תכונה על גבי לוח, צמצום כמות הנתונים הגולמיים שיש להעביר או לאחסן.לדוגמה, מכשיר תצורה ניידת של דלה המשמש לתחזוקה חיזוי יכול לחדד את רמת הרטט של RMS, תדרי שיא FFT, או kurtosis בזמן אמת ורק לשלוח תנאים אזעקה.

יישומים מרכזיים של מכשירים ניידים דלתא

השילוב הייחודי של כוח נמוך, גודל קטן, ונאמנות אות נאותה הופך את המכשירים האלה מתאימים למגוון רחב של יישומי שדה.הסעיפים הבאים מדגישים מספר תחומים משפיעים.

פיקוח סביבתי

תחנות מזג אוויר מרוחקות, חיישני גובה הנהר, ומוניטורים איכותיים אוויריים לעתים קרובות מסתמכים על סוללות או כוח סולארי.דלת דלתא יכולה לקודד קריאה אנלוגית מטמפרטורה, לחות, לחץ וחיישנים לתוך bitstream פשוט לשידור ברדיוים ארוכי טווח.הסובלנות להידרדרות קלה היא מקובלת כי אותות סביבתיים משתנים לאט, והסננים להסתגל יכולים לחלק את הבנייה.

אותות צבאיים והגנתיים

מכשירי לירוט אותות וספקטרום המשמשים לרנסאנס או לוחמה אלקטרונית (EW) דורשים גניבה וסיבולה. Delta Modulation מספק שיטה קידוד כוח נמוך עבור אותות RF אנלוגיים לאחר פירוק למטה לפס הבסיס.קצב הנתונים מופחת מאפשר להקליט יותר על כונן פלאש זעיר, ואת הפשטות של קודר הופך אותו עמיד לגילוי או tampering גודל הסתגלות יכול להתמודד עם אלגוריתמים מאובטחים יותר של שידורים מאובטחים מאובטחים.

אבחון רפואי וטלמטארי

צגים בריאים ללבוש - עבור ECG, EEG, או לחץ דם - ליהנות ישירות מהכוח הנמוך של דלה מודולציה וטביעת הרגל קטנה. הגוף האנושי מייצר אותות מיקרו-וולט לטווח עם רוחב פס מתחת כמה מאות מחקרים לזיהוי של הרץ. A delta Modulator פועל גם על יחס oversampling מתון (למשל, 10Hz) יכול להשיג מספיק נאמנות עבור ימים של מעקב חכם.

תחזוקה תעשייתית

ניתוח של מכונות רוטטת (אופנועים, משאבות, טורבינות) הוא אבן הפינה של ניטור מצב. ⁇ חיישנים מוחזקים על ידי ידני או קבוע מותקנים עם דלה מודולציה ללכוד אותות האצה מ meMS accelerometers. זרם 1 סיביות יכול להיות מחובר יותר משבוע ו מעובד כדי לזהות ללבוש, חוסר איזון, או cavitation כי סביבות תעשייתיות רבות יש רעש גבוה, את האופי החזק של דליפות יתר של ציוד ניקוי עם צינורות אלקטרוט - מאפשר פיקוח נוסף - עם קומפקטית נוסף - הדפסה אלחוטית - מאפשר פיקוח נוסף - או חיתוך כבלה - מבלי לשטוף את התקני אבטחה נוסף - מבלי לשטוף את התחזוקה משולבת - מבלי לשטוף את המשקפיים אלחוטית.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

תחום של מכשירים ניידים של דלה משתנה ממשיך להתפתח, מונע על ידי התקדמות בטכנולוגיית Semiconductor, אלגוריתמי עיבוד אותות והחלפת צרכי המשתמש.המגמות הבאות צפויות לעצב את הדור הבא של מכשירים.

מינימום ואינטגרציה

פתרונות מערכת-on-chip (SoC) המשלבים אנקוד של Modulation דלה, מעבד, זיכרון ורדיו לתוך חבילה אחת יכווץ את גודל המכשיר עוד יותר.התקדמות באריזות בקנה מידה השבבים (WLCSP) ו- 3D ערימה מאפשרת מערכות שלמות בחבילות בגודל של גרגר של אורז.

בינה מלאכותית ושילוב Machine Learning

אדג' AI יכול לנתח את bitstream המצופה של דלה-מודוליד ישירות, עקף את הצעד השחזור. Neural רשת מאיץ על MCUs כוח נמוך (למשל, Cortex-M עם וקטורים Helium) יכול לסווג דפוסים בזרם 1 סיביות - כגון זיהוי של מנוע ספציפי או a מסוים ביו-רפואי - עם אנרגיה מינימלית הוא נעשה על ידי שימושים באפקטים של אינטליגנציה מודרנית, אך ורקמותרפיון של שימוש באפקטים של אינטליגנציה מודרנית.

אנרגיה קצירת סוללות וקידום סוללות

מכשירים שיכולים לנקב אנרגיה ממקורות מ-Arcient (solar, תרמי, רטט) להשיג ליד ניתוח קצר-פרטי. A delta Modulation encoder צריכת microamps יכול לרוץ ברציפות מתא סולארי קטן או גנרטור תרמי-אלקטרי.בינתיים, שיפורים בכימיה סוללות (מצב פתור, Lithium-sulfur) להגדיל את צפיפות האנרגיה, מה שהופך אותו אפשרי לפעול במשך חודשים על גבי תא מאובטחים לא צריך מעולם לא תרחישים אלחוטיים חדשים.

אבטחה משופרת והצפנה

ככל שהמכשירים הניידים הופכים מחוברים יותר, הגנה על השלמות והסודיות של אותות שנתפסים היא אלגוריתמים של קל משקל (AES-128/Galois/Counter Mode) ניתן ליישם ללא כוח משמעותי מעל פני השטח.תפקודים לא ניתנים להשגה פיזית (PUFs) הנגזרים מההתנהגות האנלוגית של דלה מודולטור יכולים ליצור מפתחות ייחודיים, למנוע spoofing או ליבוט את העתיד עלולים לשלב מקשים רגישים.

מסקנה

פיתוח מכשירים מודולציה ניידים לניתוח אותות שדה מייצג התכנסות משכנעת של תיאוריה קלאסית ואלקטרוניקה מודרנית כוח נמוכה כוח אלקטרוניקה. על ידי התמקדות בטבע השונה של אותות, מכשירים אלה להשיג יעילות יוצאת דופן כוח, גודל וקצב נתונים, בעוד עדיין לספק את העדויות הדרושות למגוון רחב של יישומים מעשיים, מעצבי אבטחה חייב לאזן בזהירות את פערי המסחר בין ביצועים אנלוגיים, עיבוד דיגיטלי, ניהול, כוח, וסביבתיים, והופכים לאלגוריתמים חזקים יותר, עם אלגוריתמים סביבתיים, גם כן, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים יותר, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים יציבים יותר, אלגוריתמים יציבים יותר, אלגוריתמים, אלגוריתמים יציבים יותר, אלגוריתמים סביבתיים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים יציבים יותר, אלגוריתמים סביבתיים, אלגוריתמים סביבתיים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמי