שינוי דלתא לעומת מחיקת קוד הדופק: מה עדיף על הפרויקט שלך?

הבנה של ה-Ag-to-Digital Conversion

כל מערכת אלקטרונית שמעבדת סאונד, תקשורת או נתוני חיישן חייבים בסופו של דבר לגשר על הפער בין העולם האנלוגי המתמשך לבין התחום הדיגיטלי דיסקרטי.השיטה שתבחר להמרות זו משפיעה ישירות על מורכבות המערכת, צריכת רוחב פס, עלות כוח ועל איכות האות הסופית.שני מהטכניקות הבסיסיות ביותר הן FLT:0Pulse Code Modulation (PCM) LT:1LT:1 ו-LTF:2Dulation (מהפכה) ו-DIRD) כצורה שונה באופן דרסטיתאמת של קוד משתנה באופן דרסטי (שלב) כהגדרתומטרהקוד ייחודי (שלבים) כהגדרתו של קוד משתנה באופן דרסטי (PCMDLT) כקוד משתנה באופן דרסטי - 3:1LT) כקוד ייחודי (PCM) כהגדרתו כמשמעותאם הוא אחד) כקוד משתנה באופן דרסטי (PCMDLT:1LT) כקוד משתנה באופן דרסטי (PCM) - 3.

מאמר זה מספק השוואה מלאה, מבוססת מבחינה טכנית של PCM לעומת DM. אנו נבחן את העבודה הפנימית של כל טכניקה, לכמת את הביצועים שלהם, סקר שימוש בעולם האמיתי, ולתת לך מסגרת החלטה לבחור את הגישה הנכונה עבור הפרויקט הבא שלך.אם אתה מעצב ממשק אודיו מקצועי, חיישן תוכן נמוך, או קשר דיגיטלי, הבנת שתי שיטות אלה היא תוכנית חיוני.

דופק Code Modulation (PCM): תקן התעשייה עבור פידלון

תהליך PCM: Sampling, Quantization, ו- Encoding

PCM הופך אות אנלוגי לייצוג דיגיטלי על ידי ביצוע שלושה פעולות מקבילות. ראשית, האות הוא מסומן במרווחים קבועים - שיעור הדגימה חייב להיות לפחות פעמיים את התדירות הגבוהה ביותר הנוכחי בסימן כדי להימנע ממזיקה (משפט Nyquist) הבא, כל אחד מדגימות של דגימה מעוגל לשווי הקרוב ביותר ממערך סופי של רמות; זה הוא 2400, כלומר, מדרגה ראשונה, 8 סיביות, או 1-Fbit).

(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0sampling RateFLT:1) מגדיר את התדירות המקסימלית שניתן לתפוס בנאמנות. תקליטורים קומפקטיים משתמשים 44.1 kHz (אפשר תדרים עד 22 kHz), בעוד אודיו מקצועי עשוי להשתמש 48 kHz, 96 kHz, או 192 k. למערכות טלפוניות פועלות לעתים קרובות ב 8 kHz (בקיצור 300-3400 ), עם דגימות 8 סיביות או ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הפלט של מחשבי PCM הוא רכבת הדופק אשר אמפליטודה היא (FLT:0modulatedFLT:1 על ידי ערך הדגימה - אבל שימו לב כי "קוד כפול" מתייחס למילה המקודדת, לא לגוון וריאציות בתוך הדופק עצמו.

PCM Applications: Where High Fidelity is non-Negotiable

(ה- PCM הוא אבן הפינה של אודיו דיגיטלי: TheFLT:0compactlusion DisFLT 1 סטנדרטי (Red Book) משתמש 16-bit PCM ב 44.1 kHz. Digital Telephony (PSTN) משתמש 8 סיביות companded PCM ב 8 kLT, למרות שממשקי אודיו מודרניים להקלטות מסתמכים על 24 סיביות בשיעורי מדגם עד 192K) משמש גם כן, כלומר, כלומר, כלומר, אובדן מחשבי PC-MLTless, הוא כמו CM.

תחומים אחרים: הדמיה רפואית (ECG, EEG דיגיטיזציה), רכישת נתונים של חיישן גבוה, וoscilloscopes דיגיטליות כל רזה על PCM כי זה משמר את הצורה הגלומה המדויקת.

עקבו אחרי PCM

הפחתת העיקרית היא רוחב פס של יעילות. Transmitting a 16-bit, 44.1 kHz stereo PCM אות דורש שיעור נתונים גולמי של FLT:01.411 MbpsigFLT:1 . עבור קישורים אלחוטיים או נמוכים כוח, אשר יכול להיות ללא הגבלת התייחסות מדויקת (בנוסף, קוונטית מציגה רעש קוונטי שאינו קשור סטטיסטית עם האותות; ברמות נמוכות זה יכול להיות מדויק יותר (Dicer) עם דיוק נמוך יותר, כלומר, כלומר, בסופו של דיכאון (כלומר, בסופו של דבר, בסופו של דבר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, באופן מדויק יותר) עם דיוק נמוך יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, כלומר, הוא מסכים באופן מדויק יותר).

דלתא משתנה (DM): אלטרנטיבה פשוטה אחת-Bit

כיצד פועל דלתא

במקום לנסח את האמפליטול המוחלט של כל דגימה, דלתא משנה מקודמת את ה-FLT:0differenceFLT:1 בין המדגם הנוכחי לבין הדגימה הקודמת.ה-המתכ"ל הוא קומפוטור יחיד: הוא מפלט של כל אות:2 אם הדגימה הנוכחית גבוהה יותר מהערך הצפוי (על בסיס הדגימה הקודמת), או LT3: אם הוא משתמש בדרגה נמוכה יותר.

התוצאה היא זרם נתונים של 1 סיביות בקצב הדגימה. כי רק קצת אחד לדגימה מועבר, DM משיג קצב נמוך מאוד - בדרך כלל זהה לתדירות דגימת הדגימה.לדוגמה, 64 kbps DM דוגמיות מערכת ב 64 k, באמצעות קצת אחת לדגימה.

מגבלות קריטיות: Slope Overload ו- Granular Noise

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מגבלות אלה הופכות לד"ר בסיסי ללא התאמה עבור אודיו נאמנות גבוהה.המסחר הוא כי המקודש והקודד הם פשוטים מאוד - קופרטור, ממריץ (עיגול הRC או מצורף דיגיטלי), ואפלופ הם לעתים קרובות כל מה שנדרש.

שינוי דלתא (ADM): שיפור ביצועים

כדי להפחית את המרפק המדרונות ואת רעש גרניט, כאשר ביטים רצופים הם אותו (ציון האות משתנה במהירות), גודל הצעד עולה; כאשר ביטים חלופיים (ציון אות קבוע), גודל הצעד יורד.

ADM משמש במערכות תקשורת קוליות כגון רדיו צבאי (למשל, CVSD - קבוע משתנה סלופה דלתא מודולציה) וקישורים לווייניים נמוכים פסוויים. CVSD מועסק בפרופילי הקול של Bluetooth וכמה טלפונים ללא חתמי DECT.

שם: Delta Modulation Excels

(ובמיוחד ADM) מאיר כאשר הוא מפיץ:0) , כוח נמוך, ורוחב הפסים מינימלי של רוחב פס 1 הם ראשי תיבות של יישום:

(FLT:0Military and Secure Voice CommunicationsFLT:1) - שיעורי ביט נמוכים (16–32 kbps) הופכים הצפנה ומשלוח על פני ערוצים צרים.
(FLT:0) רשתות חיישן ללא סייג 1 - העברת זרם 1 סיביות צורכת הרבה פחות אנרגיה מאשר העברת מחשבי מרובביט.
(ב) ,0) למערכות אודיו פשוטות (FLT:1) - בין-קומברס, צג תינוקות, ורשומות קוליות צעצוע שבו נאמנות היא משנית עלות.
(FLT:0)Remote TelemetryFLT:1, נתוני חיישן איטי (זמן, לחץ) ניתן לקודד עם DM כדי לחסוך כוח ורוחב.

השוואות בין ראש ל-Head: PCM vs. DM

בואו נאחד את ההבדלים באופן מובנה.

המונחים: efficiency

(ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

איכות אותות

(FLT:0)PCMoriFLT:1; גבוה SNR (98 dB עבור 16 סיביות), עיוות נמוך, תגובה בתדר שטוחה על Nyquist. Aliasing ניתן לשלוט עם מסננים חדים נגד הפליה.

מורכבות & עלויות

(FLT:0)PCMoriFLT:1; נדרש דיוק ADC, אנטי-aliasing מסנן, ולעתים קרובות מעבד אותות דיגיטלי עבור ⁇ . high-speed PCM (למשל, 192 אודיו kHz) דורש רכיבים יקרים.FLT:2DMLT 3:3FLT: ניתן לבנות עם מתווך, integrator, and-flop-up-up-up-up- 1 נשאר פחות מ-p {3.

כוח

(ב) ⁇ :0.PCMigFLT:1; ADCs ו- DSP ההיגיון לצרוך זרם משמעותי; 16 סיביות, 44.1 kHz ADC עשוי לצייר 10-30 mW.FLT:2DMIR 3LT:: The comparator ולוגיקה דיגיטלית פשוטה יכול לרוץ מתחת 1 מ"ו, מה שהופך את DM אידיאלי עבור סוללות או אנרגיה.

חסינות לשגיאות טרנסיפטר

(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]], [ה], [ה], [המילה] מ'''']'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'ה']']''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

מתי לבחור PCM לפרויקט שלך

עליך לבחור PCM אם כל אחד מהתנאים הבאים חל:

אתה צריך לשחזר את הגלום המקורי עם נאמנות גבוהה ( אודיו מקצועי, EEG רפואי, רכישת נתונים במהירות גבוהה).
יש לך רוחב פס או יכולת אחסון בשפע (למשל, קבצי WAV במחשב, PCM מעל USB, HDMI אודיו).
אתה דורש תגובה בתדר שטוח עד כמה עשרות קילווהרץ.
המערכת שלך כבר כוללת מעבד אותות דיגיטליים או מיקרובקר עם ADC שיכול להתמודד עם המרה מעל הראש.
אתה צריך לתמוך ערוצים מרובים עם היערכות בשלב מדויק (stereo, מקיפים קול, חיישנים מערכים בשלב זה).

מתי לבחור את דלתא משתנה עבור הפרויקט שלך

דלתא משתנה (או ADM) הוא מתאים יותר כאשר:

תקציב הכוח חזק מאוד - אתה מפעיל תא מטבע או קציר אנרגיה.
בנדווידט מוגבל ל- 100 kbps (למשל, 433Hz M ISM רדיו, LoRa, צר פס UHF).
אתה הוא אות שמשנה לאט יחסית (קולנוע, טמפרטורה, לחץ, רטט מתחת כמה kHz).
פשטות מעגלית היא עדיפות - אתה רוצה ליישם את הממיר עם מינימום BOM (בטבע של חומרים) וללא דיוק ADC.
ערוץ Transmission הוא רועש - חוסן שגיאות חד-ביט של DM מקטין את הצורך בתיקון שגיאות כבד.

מסגרת החלטה: שלב-בי-צעד

(FLT:0) לקבוע את רוחב הפס של אות שלך 1FLT: מהו רכיב התדר הגבוה ביותר שאתה צריך ללכוד? אם זה עולה על 20 kHz, PCM הוא כמעט חובה (אלא אם אתה מקבל עומס יתר חמור עם DM).
(FLT:0)Define Your Need SNR/דינמית RangeveFLT:1: אם אתה צריך יותר מ 60 dB SNR, PCM הוא הבחירה המציאותית היחידה.
(FLT:0) הערכת תקציב הנתונים שלך: אם הקישור או האחסון שלך יכול רק להתמודד עם עשרות kbps, DM הוא משכנע. מעל 100 kbps, PCM הופך מעשי.
(ב) ,0) מגבלות כוח כפליים: עבור הפעלה רציפה על סוללה במשך חודשים, צריכת החשמל הנמוכה של DM היא יתרון גדול.
(FLT:0) אינטגרציה מורכבות FLT:1: מיקרובקרים מודרניים רבים בנו-ב- ADCs שיכולים לעשות PCM עם כמה מרכיבים חיצוניים.

גישות היברידיות וריאציות מודרניות

מהנדסים משלבים לעיתים אלמנטים של שתי הטכניקות.FLT:0 (DM) Modulation קוד דופק שונה (ADPCM) FLT:1, לדוגמה, מקודמים את ההבדל בין דגימות (כמו DM) אבל משתמשים ב ביטים מרובים לדגימה (כמו PCM) עם קוונטית הסתגלות. ADP משמש תקני טלקום (G.26) ואיכות טובה בהסתברות נמוכה בין מילימטרים ל- mAPS נמוך ו- 32.

היברידית נוספת היא (FLT:0)Sigma-Delta ModulationFLT) 1:1 ( ⁇ ), אשר מעלים זרם חד-ביט ומשתמש משוב בעיצוב רעש.זה הבסיס של אודיו מודרני ברזולוציה גבוהה ADCs ו DACs (למשל, 24-bit, 192 kHz ממירים A igma-Modeltaulator הוא למעשה à mp-Migma , אבל הוא למעשה mp-Migma .

משאבים חיצוניים למחקר נוסף

כדי להעמיק את ההבנה של תוכניות מודולציה אלה, להתייעץ עם ההפניות הסמכותיות הבאות:

(FLT:0)Wikipedia: Pulse-code ModulationphFLT:1) - סקירה מקיפה עם פרטים מתמטיים על דגימה, קוונטיזציה, דחיסה ודחיסה.
(ב) [15] ויקיפדיה: דלתא משנהולת 1 (Auto ModulationFIRLT:1) - מסבירה עומס יתר על המידה, רעש גרניט וגרסאות הסתגלות.
(FLT:0) מכשירים אנלוגים: ADC טכניקותsveFLT:1) - מדריך מעשי השווה PCM, DM, sigma-delta, ואדריכלות אחרות.

מסקנה: אין שום דבר טוב יותר / Only the Right Fit

Delta Modulation ו- Pulse Code Modulation כל נישות נפרדות בשרשרת האותות הדיגיטלית. PCM נשאר תקן הזהב עבור יישומים הדורשים את נאמנות גבוהה, טווח דינמי רחב, ותגובה בתדר שטוח - על חשבון רוחב פס, כוח ומורכבות המעגל. Delta Modulation, במיוחד בצורתו ההסתגלות, מספק מורכבות נמוכה, כוח נמוך, פתרון נמוך, נמוך-פס נמוך כי הוא בבירור נגד שגיאות שידור.

הבחירה שלך צריך להיות מונע על ידי מגבלות ספציפיות של הפרויקט שלך: תכונות אות, תקציב כוח מערכת, רוחב פס זמין, מטרות עלות. על ידי הבנת ה-Fronal-offs בין שתי טכניקות מודולציה קלאסיות אלה, אתה יכול לעצב מערכת שאינה מופעלת יתר על המידה ולא מופרכת.

בפרקטיקה המודרנית, תוכלו למצוא גם היברידיות כמו ADPCM ו-Sigma-delta אשר ללוות נקודות כוח משניים - אבל לדעת את השורשים של PCM ו- DM נותן לכם בסיס מוצק להערכת כל תוכנית דיגיטציה.