הדמיה גבוהה-resolution הפכה חיונית על פני אבחון רפואי, חישה מרחוק, מחקר מדעי, ובדיקה תעשייתית. כדי לעמוד בדרישות התובעניות של פרטים יפים, טווח דינמי גבוה, רעש נמוך, מהנדסים מסתמכים על טכניקות ההמרה האנלוגיות-דיגיטליות יעילות.בין אלה, דלה מודולוציית מידע מספק איזון משכנע של פשטות, רוחב פס נמוך, והתאמה עבור מערכות בזמן אמת.

הבנה של Delta Modulation

צורתו של דלתא (DM) היא תוכנית דיסלקציה שונה שבה זרם 1 סיביות משווה את הקלט האנלוגי הנוכחי עם הפלט של קוד מקומי (בדרך כלל a integrator) הזרם בינארי המתקבל מייצג אם הקלט הוא מעל או מתחת לערך הצפוי.לאות משוב זו מתאמת את ההערכה, מעקב אחר האות לאורך זמן.

אדריכלות בסיסית

מודול קלאסי דלה מורכב ממתאמת אנלוגית, מדגם-and-hold, מתווך 1-bit, ו a integrator במסלול משוב.הסימן קלט מתווסף לפלט המשולב; אם הקלט גדול יותר, הדופק חיובי נוצר; אחרת דופק שלילי.ה integrator מצטבר הדופקים אלה כדי לשחזר appromation מדרגות של הגודל המאוחסן אז.

המונחים: Pulse Code Modulation

PCM מקודמת כל דגימה במילה N-bit, הדורשת שיעורי מעט גבוהים יותר עבור רזולוציה שווה.DM, עם רק 1 סיביות לדגימה, פועל בתדרים גבוהים בהרבה - לעתים קרובות פעמים רבות קצב Nyquist - כדי להשיג אותות מספיקים לגוון (SNR) בעוד PCM פחות רגיש לעומס יתר ורעש גרניט, הוא דורש יותר אנלוגי-דפסיבי (D) גבוה יותר מאשר שינויים מהירים יותר, אך ורקמותרפיים (SR).

המונחים: Delta Modulation

עם הזמן, כמה שיפורים פנו למגבלות של DM:

  • (FLT:0) משתנה באופן עקבי סלופה דלתא משתנה (CVSD) 1FreaLT: התאמת גודל הצעד מבוסס על תבניות קטנות האחרונות - מגביר את גודל הצעד במהלך תקופות של עומס יתר על פני המדרונות, יורד במהלך דפוסים של דדל - אישור טווח דינמי.
  • (FLT:0) שינוי דלתא (ADM)IRLT:1: השתמש בקר כדי להתאים את גודל הצעד בהתבסס על הסטטיסטיקה המקומית של קלט, לעתים קרובות באמצעות אלגוריתמים כמו אלגוריתם סונג או זיכרון חד-ביט אחד ADM.
  • (FLT:0)Sigma-Delta Modulation ( ⁇ )FLT:1: הרחבה שבה האינטגרטור מועבר לפני ה-Viser, המאפשר עיצוב רעש ורזולוציה גבוהה באמצעות oversampling. Sigma-delta ADCs עכשיו האדריכלות הדומיננטית למדידה אודיו, אבל העקרונות נובעים ממודולציה דלה.
  • (FLT:0)Delta-Sigma ModulationFLT:1; לעתים קרובות בשימוש לסירוגין עם sigma-delta, אבל רק את integrator הוא בדרך קדימה.

עבור מערכות הדמיה, sigma-delta Modulation יש בעיקר DM טהור בשל ביצועים גבוהים רעש ורזולוציה. עם זאת, הבנה קלאסית DM מספק בסיס לתכנון ממירים שונים מתקדמים יותר.

המונחים: high-Resolution Imaging

תכנון מערכת דיפלומה דלתא עבור הדמיה ברזולוציה גבוהה דורש ניהול זהיר של כמה פרמטרים תלותיים.המטרה היא למזער רעש קוונטי, למנוע עומס מדרונות, ולשמור על יציבות תוך השגת SNR ומעט עומק הדרוש ליישום הדמיה המטרה.

bit Rate and Oversampling Ratio

ב DM, שיעור ה bit שווה את תדירות הדגימה כי כל מדגם מייצר קצת. כדי להשיג החלטה יעילה גבוהה (למשל, 12-16 ביטים), תדירות הדגימה חייבת להיות הרבה מעל קצב Nyquist. יחס oversampling (OSR= fs/ 2fb, שבו fb הוא רוחב הפס) משפיע ישירות על רעש קוונטי עבור מדפסת ראשונה, אפילו 1.5B אפשרות שיפור של שעון.

גודל וטווח דינמי

גודל הצעד ⁇ קובע את המדרונות המקסימלית המנטר יכול לעקוב ( ⁇ × fs) בחירת ⁇ הוא משחק: קטן מדי גורם מדרונות עומס על מעברים מהירים (הקצעות בתמונה); גדול מדי מוביל לרעש מטושטש יתר באזורים שטוחים (רעש בלתי נראה באזורים אחידים).

עיצוב מסנן עבור Quantization Noise Shaping

משחתת דלתא מעצבת באופן חד-משמעי רעש - סדר ראשון דוחף רעש בתדרים גבוהים.עבור הדמיה, אות הבסיס הוא עניין, כך מסנן שיקום נמוך (בדרך כלל מסנן decimation לאחר sigma-delta ADC) מסיר את הסימון מחוץ לפס-Fon-of-time, יש להתאים את הסדר הפילטר כדי למנוע מכפלה ולהשיג את הפילטרים הפעילים של Scaprevrefre-S.

« קיבולת שלפוחית

(הופנה מהדף דלה מודטורים (סדר 3) חוסר יציבות עקב מחזורי הגבלת מחזורים. ניתוח היציבות באמצעות שימוש בשורש או תיאור שיטות פונקציה הוא חיוני.מעצבים לעתים קרובות לשלב טכניקות כגון FLT:0excess Loop עיכוב פיצויי פיצוי FLT:1, FLT:2gain מדרג FLT 3: או 4LTreset integratrated F:5 כדי להבטיח פערים של חוסר יציבות, על ידי דיפרציה, או ירידה בכל מצב של דיפרנציאלית.

המונחים: Thermal Noise

מלבד רעש קוונטי, רעש תרמי מ קומפוטור ומעגלים integrator מגביל את ה- SNRable בסימולציה ברזולוציה גבוהה, רעש תרמי שולט לעתים קרובות על גבוה מאוד OSRs. Designers חייב גודל capacitors כראוי (רעש kTC), להשתמש במגברי רעש נמוכים, ורווח מחיצה בזהירות בין התחומים האנלוגיים והדיגיטליים.

טכניקות לשיפור ההחלטה

מערכות מודרניות של בדיקת דלקה לדמיית משלבות טכניקות מתקדמות כדי לדחוף מעבר לגבולות של DM בסיסי, שיטות אלה משולבות לעתים קרובות להשגת החלטות יעילות של 16-20 ביטים.

גודל שלב הסתגלות

כאמור, גודל שלב הסתגלות (או התאמת תצורה של דלה, ADM) מתאים ⁇ בהתבסס על פלט ה bit האחרון. אלגוריתם משותף: אם שלושה ביטים רצופים הם אותו הדבר, גודל השלבים כפול; אחרת זה halves (ההסתגלות הנרחבת) מאפשר למודולטור במהירות של נקודות תלולות בתמונה תוך צמצום הרעש באזורים אחידים.

המונחים: noise Shaping

(הרחבת צו המנוי (II, 3rd, או גבוה יותר) משפר את רעש בעיצוב על ידי הגדלת מדרונות של הפונקציה העברת רעש (NTF) A Second-order DM משיגה שיפור של 15DB SNR להכפלת OSR (לעומת 9 dB עבור סדר ראשון) עם זאת, סדר גבוה יותר להשתמש ביציבות של מעצבי:0cas (Mcade) ארכיטקטורת) (FASH) מאפשר חיישנים קוונטיים מרובים, אשר משלבים דיגיטליים, אשר משלבים, אשר משלבים, אך הם משלבים באופן נרחב, ועלולים לייעלים, אך ורקמותיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, יותר, יותר, כלומר, כלומר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, כלומר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר סיבוכים גבוהים יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ברזולוציה גבוהה יותר, שימוש ברזולוציה גבוהה יותר, שימוש ברזולוציה גבוהה יותר, ברזולוציה גבוהה יותר, שימוש ברזולוציה גבוהה יותר, ברזולוציה גבוהה יותר, ברזולוציה גבוהה יותר, שימוש ב-pLTpLTpLTpLTpLT0.

Multi-Bit Quantization

(ב) שימוש ב- Multi-bit קוונטי (למשל, 3-5 ביטים) במקום קופרטור אחד מקטין רעש קוונטי על ידי 6 dAC לקצת נוסף, ומרגיע את מגבלות היציבות.המסחר הוא גדל המורכבות במשוב DAC, אשר חייב להיות ליניארי.טכניות כמו FLT:0דינמית רכיב תואם (DEM)LTF:1 או Fdata:2D) שימוש בדימויים (DVal-D)

oversampling and Decimation

Oversampling לבד משפר את ההחלטה על ידי הפצת רעש קוונטי בשילוב עם עיצוב רעש, זה הבסיס של המרה של sigma-delta. The decimation מסנן (Ssinc-filter או cascade של מסננים integrator-comb) מסיר רעש גבוה ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ מקטין את שיעור הדגימה לקצב ההדמיה, הדהמה חייב להיות פילטר בשלב ליניארי כדי למנוע תגובה (Fimite לעתים קרובות) עם עיוותים).

זמן מתמשך לעומת דיסקטר-Time Implementation

זמן דיסקטר (switched-capacitor) דלה מודטורים פופולריים בשל פונקציות העברה מוגדר היטב וחוסר רגישות לשעון Jitter.עם זאת, עיצובים במשרה רציפה לצרוך פחות כוח ויכולים לפעול במהירויות גבוהות יותר, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור הדמיה בתדר גבוה.ממודולטורים במשרה רציפה דורשים עיצוב זהה של מסנן (לעתים קרובות באמצעות פעילRC או GmC) וטכניקות רגישות יותר לעיכובים עודף.

יישומים ב- High-Resolution Imaging

דלתא מודולציה - במיוחד גרסאות של igma-delta - הפכה להתפשט במערכות הדמיה שבו טווח דינמי גבוה רעש נמוך הם רב ערך.

טיפול רפואי

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

מינוף מרחוק ומערכת לווין

(הדמיונים הרב-ספקטרוםיים והיפר-ספקטרום דורשים טווח דינמי רחב (12-16 ביטים) כדי ללכוד את תכונות פני האדמה תחת תאורה משתנה.קרינת sigma-delta ADCs מועסקים עבור הפשטות שלהם וביצוע הרעש.The FLT:0MODISFLT:1 וחדש יותר FLT2LandsatsFLT 3:3 משתמשים גם להורדת רוחב הפס הדרוש כדי להפחית את יעילותם של DMODISFDISFLT.

הערכה מדעית ותעשייתית

מצלמות מדעיות למיקרוסקופיות, אסטרונומיה ו-spectroscopy לעתים קרובות להשתמש ב-Sigma-delta ADCs כדי להשיג רמות של רגישות פוטון-ספירה.לדוגמה, FLT:0electron-multiplying CCD (EMCCD)FLT:1 ו-FLT:2sCMOSF3LT 3, השתמש ב-A Speeds המבוסס על פרוטוקולים של בדיקה תעשייתית (D) ו-CSD-D) עם , כולל רזולוציה גבוהה.

וידאו עתיר ורדיו

מצלמות וידאו מקצועיות (למשל, עבור קולנוע) לעתים קרובות להשתמש sigma-delta Modulation ב- אנלוגי חזית קדמית כדי ללכוד את תדמית גבוהה, גבוהה-bit-מעמיקה.תקן הקולנוע הדיגיטלי DCI משתמש ברזולוציה צבע 12 סיביות, אשר מופעל על ידי ADCs מתקדם. במצלמות שידור, תצורה בצורת רעש עוזר להשיג את הביצועים הקלים הנדרשים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

בעוד מערכות של דלה מודולציה התקדמו באופן משמעותי, כמה אתגרים נשארים עבור הדמיה של הדור הבא של פתרונות.

יעילות כוח במהירויות גבוהות

(כדוגמת פיקסל וקצבי המסגרת עולה (למשל, 4K/8K וידאו, חיישנים ג'יגהפל), כוח ADC הופך לצוואר בקבוק.מ.מ.ד.ד.ד.הדלוטורים עם High OSR דורשים ממתאם מהיר ומגברים, צריכת מילימטרים לתבניות כמו FLT:0time-interleavingFalavingalratedF או 1F) LT2G.

רעש ומשמעת ברמות אור נמוכות

בדמיית תאורה נמוכה, רעש תרמי ופרדטור שולטים.חוקרים חוקרים חוקרים את FLT:0 פיקסלים ברמה דלה מודולulationFLT:1 שבו לכל פיקסל יש את המנטרול שלו, המאפשר ביצועים טובים יותר רעש בטווח דינמי גבוה באמצעות שילוב הסתגלות.

דיגיטציה ופיצול

וריאציות תהליכים לגרום לאי התאמה כי הפחתת ליניאריות, במיוחד ב- Multi-bit DACs. ⁇ דיגיטלית calibration באמצעות טכניקות עבורהground / ⁇ (למשל, לפחות הכוונה ריבועים הסתגלות) יכול לתקן עבור לא לינאריות, המאפשר עיצובים אנלוגיים פשוטים יותר. גישות למידת מכונה גם מתעוררות כדי להתאים את גודל הצעד ואת מסנן coefficients בזמן אמת.

שילוב עם חיישן נוירומורפי

מצלמות מבוססות אירועים (למשל, DVS) משתמשות במושג מתודולוגיה synchronous delta Modulation – הן רק משדרות שינויים בעוצמת פיקסל.תבנית דלתא מבוססת אירועים זו צוברת מתח עבור כוח נמוך, הדמיה מהירה במהירות גבוהה.

מסקנה

צורת דלתא נותרה טכניקה בסיסית עבור הדמיה ברזולוציה גבוהה, המציעה נתיב לכוח נמוך, מהירות גבוהה, ההמרה לטווח דינמי גבוה.מהלולאה DM קלאסית ועד sigma-delta ADCs מודרני עם רעש מתקדם עיצוב והסתגלות, עקרונות העיצוב המתואר כאן - קצב, שלב, סינון, תכנון ויציבות - מהנדסים בפגישה של מפרטים רפואיים, מרחוק, שיטות הדמיה, להמשיך את איכות חדשה, כמו גם שיטות הדמיה, כמו גם שיטות הדמיה.

לקריאה נוספת על עיצוב ה-Sigma-delta ADC עבור הדמיה, מתייחס למדריך התקנים של מכשירי sigma-delta להמיר את ה- 1 למבט מעמיק על טכניקות הסתגלות דלה מודולציה, ייעוץ FLT:2 זה IEEE על מערכות מודולציה אדפטימיות (FLT 3: for applied for a הדמיה רפואית,FLT זה מספק סקירה מקיפה על אולטרסאונד:2 זה על מערכות הסתגלות אולטרסאונד.