תכנון יחידות שינוי דלתא מודולריות עבור פתרונות עיבוד אותות סקאלה

המונחים: Scalable Signal Processing with Delta Modulation

מערכות עיבוד אותות מודרניות להתמודד עם דרישות תצורה של רוחב פס, דיוק, והתאמה. משככי אנלוגיים-לדיגיטליים מסורתיים (ADCs) לעתים קרובות נאבקים איזון החלטה, צריכת חשמל, ושיעור נתונים על פני יישומים מגוונים.מודולציה מודולריות מודולריות מודולריות מציעה חלופה משכנעת על ידי מינוף של טכניקת עיבוד פשוטה אך עוצמתית - תוך ניתוק רק את ההבדל בין דגימות רצופות ולא הערך המוחלט של כל מדגם זה.

מאמר זה חוקר את עקרונות הליבה של Modulation delta, הפילוסופיה העיצובית מאחורי אדריכלות מודולרית, ואסטרטגיות מעשיות ליישום פתרונות מדרגיים.We נבחן כיצד כל רכיב - אינגרה, קופרטור, קוהלר, ולולאה משוב - ניתן ארוז לתוך מודולים משתנים, וכיצד סינכרונל ופרוטוקולים תקשורת מאפשרים שילוב חלק של יישומים בעולם השמע, וידאו, ולהיפך, רשתות חיישן זה יכול להתאים את זה, תוך כדי שינוי דרישות ייצור, תוך כדי שינוי, תוך כדי שינוי, תוך כדי שינוי, תוך כדי שינוי שיטות הפעלה לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות בטכניקות תכנות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, עיצובים של שיטות הפעלה לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, עיצובים של שיטות הפעלה לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, עיצובים של שיטות הפעלה לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, תוך כדי התבוננות לאחור, עיצובים של שיטות הפעלה לאחור, עיצובים של שיטות הפעלה לאחור, עיצובים

תוצאות חיפוש עבור Delta Modulation

צורתו של דלתא (DM) היא תוכנית דיסלקציה שונה שבה הפלט הדיגיטלי מייצג את הסימן ואת גודל השינוי בין דגימות אנלוגיות מוצלחות.בניגוד למודולציה קוד הדופק (PCM), אשר מקודמת את האמרה המוחלטת של כל דגימה, DM עוקב אחר הנגזרת האות.ההההה-המבנה הליבה מורכבת מקונפורמולטור, מתווך, ובתוך מצורף בנספח (ב) המשווה את ההשוואה לגוון הדומה לתבנית ה-ה (ה) ל-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-השילוב) ל-ה-המקבילה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-הקודמתאמת-ה-הקודמתאמת-ה-ה-ה-ה-ה-הקודמתאמת-ה-ה-ה-ה-ה-הקודמתאמת-ה-ה-הקודמתאמת-ה-ה-ה-ה-ה-הקודמתאמת-הקודמתאמת-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-ה-

שני אתגרים מרכזיים מגדירים את הביצועים של מנטרול דלה: מדרדר יתר רעש גרניט. Slope overload מתרחשת כאשר אות קלט משתנה מהר יותר מהמודולטור יכול לעקוב, מה שגורם גלמו המשוחזר לגלג מאחורי.רעש גרנורי, מצד שני, עולה בגודל קבוע של קומטהמנטל, אשר מייצר שגיאה חד-משמעית קבועה כאשר הקלט הוא כמעט קבוע של כתובות מסחר עם זה לעתים קרובות.

בהשוואה ל- PCM, DM מציע חומרה פשוטה יותר - אין צורך במעגלים מדויקים של דגימות והחזקה או רב-ביט ADCs - ושיעורי נתונים נמוכים מטבעם.עבור אותות עם רוחב פס מוגבל וטווח דינמי צנוע, DM יכול להשיג נאמנות מקובלת עם הרבה פחות רכיבים.פשטות זו היא הבסיס לבניית מערכות מודולריות מדרגיות: כי כל מודול מבצע משימה צרה, מוגדרת היטב, מהנדסים יכולים להתמקד על המעגל האנלוגי ולא אינטגרציה פנימית.

עיצוב מודולרי Paradigm

המודולריות באלקטרוניקה היא אסטרטגיה מבוססת היטב לניהול מורכבות, צמצום זמן הפיתוח ושיפור האמינות של המערכת.כאשר הוא מיושם על יחידות דלה מודולציה, הפרדיגמה נח על שלושה עקרונות ליבה: ממשקים סטנדרטיים, תצורה מחדש, והיקף.

טבלאות סטנדרטיות

כל מודול - בין אם אינגרה, קופרטור, קוונטית, או מעגל שחזור שעון - חייב להתאים למפרט חשמלי מכני משותף.זה כולל הגדרות סיכות, רמות מתח, תנופה אות, פורמט נתונים.לדוגמה, את הפלט של מודול SPizer עשוי להיות זרם דיגיטלי 1 סיביות עם משפחה לוגיקה מוגדרת (למשל, LVCS במהירות) ו- 2 מאפשר להשתמש בתצורה רגילה כגון מודולים סטנדרטיים, או IC רגיל, יכול להיות זרם דיגיטלי של תאים שונים, או סטנדרטיים, או I רגיל, או IC רגיל, אם זה יכול להיות זרם אחד- 2.

המונחים: Reurability

יחידות מודולריות דלה מודולציה מאפשרות לשרשרת עיבוד האות להשתנות ללא עקבות או עיצוב מחדש של PCBs. A מערכת המיועד חיישן אודיו פס צר ניתן לשדרג כדי להתמודד וידאו פס רחב פשוט על ידי החלפת מודול integrator (כדי לשנות קבוע זמן) ואת מודול הקוונטי (לתקן גודל או רזולוציה). Reurability גם מרחיבה תוכנה: רבים מודרני משלב מודולים מערך מבוזר (מסנן בגודל של FP) או פילטרים (מתאים) כגון קריטריונים של מזהמים, כגון מזהמים (אפקטים מתקדמים) או מזהמים (אפקטים מתקדמים).

סקלאה

Scalability פירושו הוספת מודולים נוספים מגביר את יכולת העיבוד - או אפילו סופר-לינארית - ללא ריצוף אוטובוסים פנימיים או היכרות של שקיפות בלתי מקובלת. במערכת מודולרית של דלה מודולציה, יכולת דרוג יכול להיות מושג באמצעות מקבילה: ערוצי מודולר מרובים ניתן להשתמש עבור אודיו רב ערוצים, מכ"ם בשלבי בשלבי בשלבי-רי, או תקשורת MIMO.

המונחים: Delta Modulationמודול

כדי לעצב בלוקים בנייה ניתן להחלפה, יש לפרק את מודולר דלה קלאסי לתוך פונקציות דיסקרטיות שניתן לארוז לתוך מודולים נפרדים.מרכיבים הבאים יוצרים ערכת הכלים החיונית.

Integratorמודול

האינטגרטור מצטבר את ההבדלים הקוונטיים כדי לשחזר את האות האנלוגי.ב יישום מחלף בסיסי, מודול integrator מייצר מגבר תפעולי, capacitor, מתגים אנלוגיים.עבור עיצוב מודולרי, הזמן של integrator ± קבוע (מוצר ה-RC) חייב להיות מותאם או נבחר באמצעות קפיצות או מיקרוסקופים מבוקרים דיגיטלית.

מודול השוואתי

הנספח מחליט אם אות הקלט הוא מעל או מתחת לאות המשוחזר.במודולטור דלה 1 סיביות, זה פשוט קופר מהיר עם פלט דיגיטלי. a Modular coparator צריך להציע היסטריה ניתן להתאים ללחימה רעש, טווח קלט חד-פעמי, ופלט מחלחל לשעון חיצוני.

מודול Quantizer

בעוד מודול דלה בסיסי משתמש 1-bit קוונטין (קידוד +1 או -1), עיצובים מודולריים יכולים לתמוך בהגדרה רב-ביט עבור מגוון דינמי משופר. A מודול קוונטי עשוי לכלול פלאש ADC או מהפך של sigma-delta לייצר 2-4 סיביות לדגימה.המודול חייב לחשוף את התפוקה הדיגיטלית שלו כמו אוטובוס מקביל או סדרתי, יחד עם זרם עם גודל אנלוגי (BLS) יכול לרשום משקל (שלב).

משוב ומודולי השעון

נתיב משוב המחבר את הפלט הקוונטי בחזרה קלט אינגרה.מודול משוב ייעודי יכול לכלול ממיר דיגיטלי-ל-נאלוג (DAC) ורשת משקולות.החלטת DAC חייבת להתאים את רוחבו של קוונטין. בדומה, מודול שעון מייצר שעון יציב, נמוך מדגימה שיכול להיות מבוזר לכל המודולים שלב (LL) בתוך המודולים (Prates) או מכפל שעון רב-מתאים (p) יכול להכפיל את התדירות) או לאפשרות).

אפשרויות ל Modular Delta Modulation Units

אימוץ גישה מודולרית מספק הטבות המשתרעות מעבר לפשטות הבסיסית של תצורה של דלה עצמה.

גמישות והתאמה

כאשר פועל חדש עם ביצועים טובים יותר רעש הופך זמין, זה יכול להיות משודר מבלי להחליף את הקונפורטור או קוונטין. בדומה, שדרוג לכמת-ביט רב-ביט כדי להפחית את הרעש הקוונטי הוא עניין של התקעות במודול חדש ואולי לעדכן את הקושחה במודול. גמישות זו מפחיתה סיכון נינוח ומאפשרת מערכות להתאים לתקני פיתוח כגון הגדלת ampling עבור אותות גבוהים יותר.

עלויות-אווירה

מודולים הניתנים להפצת עלויות ההנדסה הלא-החזור (NRE) על פני פרויקטים מרובים.חברה יכולה להשקיע במודול ביצועים גבוהים של Integrator פעם ולפרוס אותו בעשרות גרסאות מוצר.יתר על כן, בדיקות ברמת מודול יכולות להיות יעילות יותר מאשר בדיקה שבב מונוליטי: כל מודול מאומת באופן עצמאי, ו debugging ברמת המערכת מתמקדת בממשקים ולא המעגל האנלוגי הפנימי.

סובלנות ושמירה

מכיוון שכל מודול הוא יחידה המכילה את עצמה עם רגולציה וכוח משלה, כישלון במודול אחד לא בהכרח מביא את המערכת כולה. מודולים רדונדנטים יכולים להיות מכווצים, ואבחון יכול להצביע על בלוק הפגום במהירות. עבור יישומים קריטיים של המשימה כגון avionics או מכשיר רפואי, בידוד זה הוא יתרון משמעותי.

סקלאלה של ביצועים

ככל דרישות עיבוד אותות לגדול, אדריכלות מודולרית ניתן בקנה מידה אופקי על ידי הוספת ערוצים מקבילים או אנכי על ידי שלבים קיסינג. לדוגמה, מערכת לכידת אודיו 4 ערוצים ניתן לבנות מארבע יחידות מודולר זהה דלה בתוספת מודול שעון יחיד המפיץ שעון משותף-מאורגן שלב משותף. כאשר נדרשת גרסה 8 ערוצים, העיצוב פשוט משכפל את התבנית ארבע ערוצים זהה.

שיטות עיצוב ליחידות מודולריות

בניית מערכת מודולרית יעילה של מתודולוגיה מובנית הכוללת גם שיקולי חומרה ותוכנה.

שלב 1: דרישות מערכת

החל על ידי ציון רוחב הפס של אות היעד, טווח דינמי, רזולוציה, תקציב כוח, ועקב מקסימלי.לדוגמה, יישום אודיו עשוי לדרוש 20 kHz רוחב פס, 16 סיביות יעיל החלטה, ופחות מ 1 mW לערוץ. דרישות אלה ישירות לקבוע את שיעור הדגימה (לפחות 2× רוחב פס, לעתים קרובות גבוה יותר כדי להילחם יתר על פני השטח), את הגודל, ואת מעט מאוד הם גם להשפיע על מודול נמוך.

שלב 2: בחר תקנים של Interface

אימוץ תקן מחבר פיזי (למשל, קומפקטי PCI, M.2, או מחבר mezzanine מותאם אישית) ולהגדיר אותות מהירות גבוהה צריך להיות מנוסד כמו זוגות שונים עם אימפולס מבוקר. אוטובוס תצורה (כגון I2C או SPI) צריך להיות שמור עבור הגדרת פרמטרים.

שלב 3: עיצוב מודולים פנימיים

כל מודול צריך להיות נועד לענות על מדדי הביצועים שלו עצמו תוך כדי שהייה בתוך המגבלות של הממשק.עבור מודול integrator, לדוגמה, לבחור דגימה עם מספיק מוצר פסדנט וקצב סלוט כדי למנוע עיוותים המושרה על גודל הצעד המקסימלי. הוסף מעגל איפוס כדי לנקות את integrator על סטארט-אפ.

שלב 4: סינכרוניזציה ועיבוד שעון

כל המודולים חייבים לפעול על בסיס זמן משותף.מודול השעון יוצר שעון מאסטר, אשר מופץ באמצעות buffer מאוורר נמוך-skew. כל מודול משתמש PLL כדי לנקות את השעון וליצור תזמון מקומי.התפוק הנתונים של ה-Ker צריך להיות יישר לאותה קצה השעון כדי להבטיח הצטברות נכונה בדלפק למטה.עבור מערכות מרובות ערוצים, לשקול באמצעות פרוטוקול כפלי כמו JDs כדי להמיר פרוטוקולים מרובים כדי להפוך את היישר ל-B.

שלב 5: בקרת תוכנה והגדרה

יישום מיקרובקר (או FPGA רך-core) שמתקשר עם כל מודול על אוטובוס התצורה. התוכנה הבקרה יכול להגדיר גודל צעד, לאפשר מודולים / בלתי-סבירים, לבחור פילטרים, ומפקח על רישום סטטוס. במערכת הסתגלות, המיקרובקר יכול לנתח את הנתונים הסטטיסטיים של האות ולתאם את גודל הצעד בזמן אמת כדי למזער עומס יתר ורעש גרניט.

אסטרטגיות ואתגרים

גם עם מתודולוגיה עיצובית ברורה, יישום מעשי עומד בפני כמה מכשולים שיש לטפל בהם עבור מערכת הנקראת ייצור.

רעש והתערבות

המודולריות פירושה כי מודולים אנלוגיים ודיגיטליים עשויים להיות מופרדים פיזית, הגדלת רגישות להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) פריסת PCB קפדנית, מגן בין סעיפים אנלוגיים ודיגיטליים, והשימוש בסימן שונה עבור נתיבים אנלוגיים הם חיוניים.כל מודול צריך לכלול קפיפיטורים מקומיים decoupling, ואם יש צורך, טכס קטן נוטה לבודד רעש כוח-יתר.

ניהול חשמל ו-Thermal Management

קומפוטורים מהירים ו- FPGAs יכולים לייצר חום משמעותי.בצר מודולרי מאוכלס בצפיפות, צחצול תרמי יכול להפיג ביצועים אנלוגיים.מודולים עיצוב עם כריות תרמיות, כיור חום, או ערוצי זרימת אוויר.חלוקה כוח חייב להיות מתוכנן עם יכולת מחזור נוכחית ואימפולס נמוך; מודול כוח נפרד המספק מסילות מתח נקיות וריצוף יכול להקל על שילוב.

Latency ו-Time Synchronization

עבור יישומים בזמן אמת (למשל, ביטול רעש פעיל או שליטה קדמית), יש למזער את השקיפות.כל מודול מציג עיכוב כלשהו - עיכוב ההתפשטות של ה-Comparator, זמן ההמרה של קוונטיסט, זמן ההפסקה של DAC. השימוש בלוגיקה מהירה (EC או CML) ועיצוב מודולים עם שלבים מינימליים עם שלבים צינור יכול לשמור על עקביות תחת כמה צינורות קבוע נדרש לעתים קרובות על ידי התאמות.

בדיקות ואימות

מערכות מודולריות ניתן לבדוק ברמת המודול באמצעות ציוד בדיקה אוטומטי (ATE) כל מודול צריך לעבור בדיקות קבלה משלו עבור רווח, התחלה, רעש, לינאריות. בדיקות ברמת המערכת ואז להתמקד על שלמות ממשק - בדיקה עבור שגיאות bit, שעון ג'ייטר ובעיות קרקע. A מובנה-in-in-test עצמי (BIST) יכול בזיהוי עצמי מוזרק אותות אנלוגיים ידוע ולהשוואת הפלט הדיגיטלי נגד ערכים צפויים, מפשט את השדה האבחון.

המונחים: Modern Signal Processing

יחידות מודולריות Modular דלה מופרסות במגוון רחב של תחומים שבהם הגדלות והגמישות הן חשובות.

אודיו ותקשורת קול

צורת דלתא היא משמעותית מבחינה היסטורית בטלופוניה דיגיטלית (למשל, קוד ה- CVSD בשימוש ברדיוים צבאיים) מערכות אודיו מודולריות מודרניות יכולות ליישם קודים נאמנות גבוהה על ידי מדגמים רבים של דלה להרחיב טווח דינמי.לדוגמה, ארקייד של 4 שלבים עם כל שלב פועל בגודל שונה יכול להשיג החלטה יעילה של 16 סיביות תוך שמירה על הפשטות של מודולים 1-bit יכול להוסיף חישובים.

רשתות חיישנים

משטחים של חיישן אלחוטי פועלים לעתים קרובות על כוח סוללה מוגבל וצריכים לשדר רק שינויים בכמות נמדדת (למשל, טמפרטורה, לחץ, רטט). A delta Modulator באופן טבעי מבטא שינויים ומדחסחסם אותות מצב יציב, הפחתת מספר bits המועברים.מודולריות מאפשרות היתוך חיישן על ידי שילוב של ערוצי מודולר מרובים (אחד לחיישנים) על גבי קיבולת משותף.

וידאו ו- Image Processing

מודולציה הסתגלות נעשה שימוש מוקדם של רכיבי וידאו ונשאר רלוונטי לעיבוד קצה נמוך. צינור וידאו מודולרי עשוי לכלול סיכה / מ"ח הפרדה מודול, ממודול דלה לתעל צבע, ומודול הערכה תנועה המזין אלגוריתמים לאחור בגודל של אלגוריתמים.

כיוונים עתידיים: הסתגלות ותבונה

הדור הבא של יחידות מודולריות מודולציה מודולריות ישלב אלגוריתמים מתאימים אשר ילמדו מסטטיסטיקות האותות.על ידי שילוב מאיץ רשת עצבית קטנה לתוך מודול הבקרה, המערכת יכולה לחזות עומס מדרדר מתעתק מראש להגדיל את גודל הצעד. ולהיפך, במהלך תקופות של פעילות נמוכה, את גודל הצעד ניתן להפחית למזער רעש גרניט.

מגמה נוספת היא השימוש של מודולים של זמן-intersided delta מודולים כדי להשיג שיעורי דגימה גבוהה אולטרה גבוהה. על ידי הצבת כמה מודולים מודולים מודולרים במקביל, כל דגימה בשבריר של השיעור הכולל, רוחב הפס האפקטיבי ניתן להכפיל.האתגר של אי התאמה בין ערוצים (gain, offset, תזמון) ניתן לטפל באמצעות caliation מודולריציה מודולרית - כולל מודולים עצמיים מופעלים אוטומטית על ידי הסטארט-אפ.

לבסוף, המעבר להגדרות חומרה קוד פתוח (למשל, קבצי עיצוב קיפאד וקוד FPGA Verilog) יזרז את האימוץ.מודולים סטנדרטיים, כגון "DIMM-M" גורם המוצע על ידי כמה קבוצות תעשייה, יאפשר מפתחי צד שלישי ליצור מודולים מיוחדים (למשל, קרינה שהוטבעה בחדירה ליישומים בחלל) כי תקע גישה משותפת של אודיו ומעבדות דומות יכולות ליצור מודולים מתקדמים.

מסקנה

תכנון יחידות מודולריות סטנדרטיות של פתרונות עיבוד אותות מדרגים אינו רק תרגיל תיאורטי - זוהי אסטרטגיה מעשית, ייצור-קריונית, הנקראת על האתגרים בעולם האמיתי של גמישות, עלות וביצועים. על ידי שוברת מתווך דלה לתוך סטנדרטי, מחדש של פלטפורמות בנייה סטנדרטית, מהנדסי יכול ליצור מערכות צומחות עם דרישה, להתאים אלגוריתמים חדשים, לשחזר מפגמים יסוד של שיטות בקרה סטנדרטיים, כגון תקני בקרה סטנדרטיים, יישום סטנדרטיים של אבטחה, ואפקטיביים שונים, עם אבטחה, עם כל דבר יעיל של אבטחה סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, ואפקטים סטנדרטיים, סטנדרטיים של מערכות ניהול קודים סטנדרטיים, קידוד סטנדרטיים, קידוד סטנדרטיים, קידוד סטנדרטיים, קידוד סטנדרטיים, כדי להתאים את רמות אבטחה, עם דרישות, עם דרישות, עם דרישות, קידוד סטנדרטיים, עם דרישות, קידוד סטנדרטיים, עם דרישות, כדי להתאים את רמות אבטחה סטנדרטיים של אבטחה סטנדרטיים, עם אבטחה סטנדרטיים סטנדרטיים, כדי להתאים את רמות אבטחה סטנדרטיים של אבטחה סטנדרטיים סטנדרטיים, התקנים ניהול קוד פתוח, כדי להתאים את רמות אבטחה סטנדרטיים סטנדרטיים, כדי להתאים את זה, קידוד סטנדרטיים, כדי להתאים את רמות אבטחה סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, כדי

(ב) לקריאה נוספת, נא להתייחס לתולדותיה ולתיאוריה הבסיסית:0.2Wikipedia article on delta ModulationFLT:1 for the history and Basic Theory, aFLT:2EE Paper on Modular Identity processing ArchitectsFLT 3 (placekeeper) ו-Autos Project-devices App NoteFLT:5 המתאר שיטות עיבוד מעשיות כאן ניתן ליישם באופן ישיר ומפורט על ידי קוד פתוח להגדרה.