צורת דלתא נותרה טכניקה בסיסית בהנדסת אודיו מודרנית, המאפשרת המרה יעילה של אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית עם נאמנות גבוהה ונתונים מינימלית מעל פני הראש.בניגוד למודולציה קוד הדופק המקובל (PCM), אשר מקודמת כל אחד מהמהנדסים המוחלטים של הדגימה, בדיקת אותות אופטימציה יעילה רק את ההבדל בין דגימות מוצלחות.

תוצאות חיפוש עבור Delta Modulation

צורת דלתא (DM) מקודמת אות קלט אנלוגי על ידי קביעת ההבדל בין הדגימה הנוכחית לבין הערך הצפוי הנגזר מהפלט הקודם.המערכת כוללת לולאה משוב פשוטה: אחד-bit קוונטי (משותף) משווה את הקלט עם אות משוחזר מקומי, והפלט בינארי המתקבל מציין אם האות גדל או ירד.

(ב) עיין במגבלות אלה, בתגובת התדירות של לולאת ה- Modulation (ה-integrator) כמסנן נמוך-pass עם תפקוד העברה של FLT:0H(z)= 1/ (1 – z-1)FLT 201 בתנאי ה-NIMFDIQ (TERD) LT2F) LT2T2T2TER)

מערכות רפורמות גבוהות

תכנון מערכת מודולציה דלה המספקת איכות אודיו שקוף דורש עיצוב משותף זהיר של כמה בלוקים תלותיים.המרכיבים הבאים הם קריטיים להשגת עיוות נמוך, טווח דינמי רחב, ופעולה חזקה על פני רמות קלט שונות.

משווים ו-Qantizers

ב-DM רגיל, ה- מבדיל הוא פשוט מגבר בעל אופי שונה עם סף אפס.עם זאת, עבור יישומים בעלי ביצועים גבוהים, קוונטין בעל רמה רב יכול להיות מועסק כדי להפחית את הרעש הקוונטי. A 2- או 3bit קוונטי, לדוגמה, מאפשר קריטריונים דקים יותר של הבדלים ביעילות מרחיב את טווח דינמי.זה הבסיס להתאמה (AD) ו- 3 סיביות לאחור (אך ורק ליתר דיוק) של ירידה של משקל 1B-D.

עיצוב פילטר

מסנן הלולאה - לעתים קרובות a First- או השני הזמנה integrator - מעצב את ספקטרום הרעש וייצוב לולאה משוב. במערכת DM מסדר ראשון, ה- integrator מספק רקום אחד ב- DC, מניב פונקציה העברת רעש שעולה עם לולאות סדר גבוה יותר משפרת את עיצוב רעש, דוחף רעש בתדרים גבוהים יותר שבו ניתן להסיר על ידי שיקום נמוך, עם זאת, עם פילטר מהיר יותר, הוא דורש לעתים קרובות.

בקרת גודל והתאמה

גודל קבוע של דלה מודולציה מוגבל מטבעו.צעד גדול מדי גורם רעש מטושטש יתר במעברים שקטים; צעד קטן מדי מוביל להורדת ה-RC על טראנסים. מנגנוני גודל של צעד הסתגלות מתגברים על זה על ידי ניטור דפוס של זרם קטן: אם כמה פיסות קבועות יש את אותו סימן, הקלט משתנה במהירות, כך שהגודל הוא גדל; אם לעתים קרובות משתנה, האות הוא קרוב יותר רצף 1D) הוא נמוך יותר (שלב הראשון הוא במידת האלגוריתם).

Oversampling ו- Sample Rate

Oversampling הוא אבן הפינה של ביצועים גבוהים דלה מודולציה. על ידי דגימה בקצב פעמים רבות תדירות Nyquist (למשל, 128 kHz 1 MHz עבור אודיו), רעש קוונטי מתפשט מעל רוחב פס רחב יותר, צמצום יחסי רעש אלחוטיים יותר, יתר על כן, oversampling מרגיע את דרישות מסנן נגד הפללה לפני המנוסטר וסימולציות מחדש את רמת הפחתת משקל נמוך יותר כמו גם על ידי עיבוד של 8 שלבים.

דרישות עיצוב ומסחר

בניית מערכת המספקת באופן עקבי אודיו נאמנות גבוהה דורש ניווט מספר מדדי ביצועים עצמאיים. מהנדסים חייבים לשקול רוחב פס אות, טווח דינמי, תקציב כוח, ומגבלות חריפות.הסעיפים הבאים מפורטים את החלטות העיצוב הקריטיות ואת ההשלכות שלהם.

אות בנדווידנדנד ו-Slipope Overload Margin

הריצוף העיצוב הבסיסי ביותר הוא המדרקון המקסימלי של אות הקלט.עבור גודל שלב נתון ⁇ ו-Sampling period TFLT:0sFLT:1, המדרקון המרבי הוא ⁇ / TFua:2sphsFLT 3: לא יכול להבטיח כי המרקם אינו מתרחש אפילו עבור הגדלים הגבוהים ביותר וגבוהים ביותר, בדרך כלל מהנדסים בדרך כלל כדי לספק שולי נמוך יותר, אם כי הוא יכול להיות גבוה יותר מגובה זה, אם כי הוא גבוה יותר מגובה זמן קצר יותר, אך ורק לאחר מכן.

המונחים: Dynamic Range

[ב] מערכת של DM], כוח הרעש של ה-B-band הוא בערך (FLT:0PilloFLT:1qcioFLT:2=( ⁇ 2/12) (החליפה של DLT 3BIRFLT:4/ fir) מספקת את רמת הדיוק של RLT:5s) LT 7, שבו fLTF:8Breas) מכילות מידה של אודיו דינמית של דינמיקה (FIRDIRDIRDIRDIRDI)

שעון Jitter and Timing Errors

הביצועים של כל מערכת מודולציה דיגיטלית מתפוגג עם שעון ג'ייטר. בדלה מודולציה, Jitter על השעון דגימה מתגלה כשגיאות תזמון בתהליך האינטגרציה, ביעילות הוספת שיעור רעש לגזרת אות קלט. עבור מערכות ביצועים גבוהים, RMS Jitter יש לשמור מתחת 1% של תקופת הדגימה; עבור שעון MHz אחד, זה אומר על גבי פרק זמן של מחזור מחזור גבוה של מחזור, אבל אפקט של תפקוד גבוה של תפקודים של תפקודים.

מורכבות קשיחה וצריכת חשמל

אחד המניעים המקוריים של דלה מודציה היה הפשטות שלה; מערכות בסיסיות של 1-bit DM Codec ניתן לבנות עם דגימת איכות, קומפוטור, וכמה רכיבים פסיביים. עם זאת, מערכות ביצועים גבוהים דורשות לוגיקה דיגיטלית עבור אלגוריתמים, מסננים, ו- multibit קוונטית מערכת מחשוב פחות אלגוריתמים של אלגוריתמים דיגיטליים אלה עם תדירות ומורכבות של סוללות.

אדריכלות מתקדמת וטכניקות

מעבר לתכנית המודולציה הבסיסית של דלה, פותחו מספר גרסאות מתקדמות כדי לדחוף את גבולות הביצועים.הבנת האדריכלות האלה מסייעת למהנדסים לבחור את הגישה הנכונה לדרישות הספציפיות שלהם.

החלפת דלתא (ADM)

כפי שתואר קודם לכן, ADM מתאמת את גודל הצעד המבוסס על תבנית ה bit האחרונה.האלגוריתם הנפוץ ביותר הוא האלגוריתם ג'נט, המשתמש בהכפלת גודל שלב:0migFLT:1 אשר תלוי ב-3 ה bits הקודמים. לדוגמה, אם שלושת הפיסות האחרונות הן 1-1 או 0-0, הגודל מוכפל על ידי גורם גדול יותר מ 1 (למשל, אם זה אורך של זיכרון איטי יותר, אם הוא 1.5.

פתחה סלופה משתנה (CVSD) Modulation

CVSD הוא גרסה של ADM המשתמשת אנלוגיה אינגרהטור עם זמן משתנה קבוע כדי להתאים את המדרדרון ברציפות.זה בשימוש נרחב בתקשורת הקולית הצבאית והמקצועית (למשל, תקן STANAG 4198) קוקוד CVSD משווה את הקלט עם הפלט המשולב; השגיאה משמשת באופן נרחב הן בכיוון והן את הצעד באמצעות רשת RC.

Sigma-Delta Modulation (SDM) השוואה

Stema-delta Modulation (SDM) הוא לעתים קרובות מבולבל עם דלה מודולציה, אבל זה מציב את integrator בדרך קדימה (לפני ה-Viser) ולא בלולאה משוב.שינוי זה מייצר באופן משמעותי רעש טוב יותר בעיצוב, מה שהופך SDMAD את הטכנולוגיה הדומיננטית עבור קישורים אודיו ברזולוציה גבוהה יותר DDCs ו DACs. עם זאת, SDM דורש יחס גבוה בהרבה (בדרך כלל) נמוך יותר של D.

אתגרים אמיתיים

גם עם אדריכלות של טוב-צ'נסן, יישום בעולם האמיתי מציג מכשולים שיכולים לדרג את איכות השמע.מהנדסים חייבים להתמודד עם האתגרים הללו באמצעות עיצוב מעגלים זהירים, זיכוך אלגוריתמים ובדיקות יסודיות.

עיצוב Front-End Design

אות קלט חייב להיות מוגבל לפני הכניסה למודולטור כדי למנוע אסיים. מסנן נגד-aliasing עם חתך בתדירות Nyquist של שיעור המגובה הוא הכרחי, אבל ההזמנה שלה חייב להיות נבחר למזער את עיוות בשלב רמות אודיו. Bessels הם לעתים קרובות מועדים עבור התגובה ליניארית שלהם, אבל צ'בישאר או pticals עשוי לשמש פחות פילטרים, כמו גם למטה.

עיבוד בזמן אמת

אם אלגוריתם ההסתגלות ייושם דיגיטלית, הלולאה חייבת להיסגר בתוך פרק זמן קצר אחד. עבור שיעורי הדגימה גבוהה (למשל, 2.048 MHz עבור רוחב פס אודיו 64× מגובה 32 kHz), השלב מעכב דרך ההיגיון הדיגיטלי (כולל ADC / DAC המרה אם ה-Vismeizer הוא אנלוגי) חייב להיות מצמצם כדי למנוע אי יציבות.

כוח אספקה וקרקע רעש

מעגלים של דלתא הם רגישים לאספקת חשמל קרוע וקרקע קפיצה, במיוחד בגלל אינגרה ושותף לפעול עם מתחים שונים קטנים. פריסה זהיר עם כוכבים מעומקים, אנלוגיים נפרדים ודיגיטליים, ו המקומי decoupling capacitors חיוני.עבור אלחוטי או סוללות מופעל, מעברים חייב להיות ממוקם מן הקטע האנלוגי, LDO עם גבוה.

יישומים ב Modern Audio Engineering

ביצועים גבוהים דלה מודולציה ממשיכה למצוא את הנישה שלה במספר תחומים אודיו שבו שיעור נמוך, כוח נמוך, או חומרה פשוטה הם גורמי נהיגה.הבנת נקודות החוזק והמגבלות של DM עוזר למהנדסים לקבל החלטות מושכלות.

Wireless Audio and Intercom Systems

מערכות מיקרופון אלחוטיות מקצועיות רבות ומוניטורים פנימיים משתמשים ב- ADM או CVSD בשיעורים קטנים בין 32 ל-64 kbps.זה מאפשר שידור חזק על ערוצי רדיו פס צר תוך שמירה על דיבור ב- HIV. לדוגמה, סדרת Sennheiser Evolution משתמשת התאמה קניינית של דלה הסתגלות כדי להשיג בהירות גבוהה בסביבות RF מחוספסות.

מכשירי שמיעה וסיוע

יעילות כוח היא חובה ב מכשירי שמיעה, אשר חייב לפעול במשך ימים על סוללה קטנה.דב דלתא מודולויים מבוססי קודים לצרוך כ 200-500 מיקרו-W, מה שהופך אותם אידיאליים עבור יישומים כאלה. מכשירי שמיעה מודרניים לעתים קרובות משלבים מודולציה הסתגלות עם אלגוריתמים של דחיסה לטווח דינמי ופחתת רעש.הקצב הדגימה גבוה ב DM גם מאפשר ביטול משוב דיגיטלי, אשר קריטי למניעת לנטרל כיצד.

תקשורת קולית ב-IoT ו- Embedded Systems

עבור זולת עלויות, מכשירים IoT כוח נמוך אשר משדרים פקודות קוליות או קטעי אודיו קצרים, דלה מודולו מציעה מסחר משכנע. a פשוט אחד-bit DM קוד ניתן ליישם על מיקרובקר באמצעות פלט PWM ו a חיצוני אינגרה, המאפשר שידור קול על קישורים אולטרה-הרץ כגון LoRa או BLE ב 16 kbps בעוד האיכות היא רק קואורד (400-) מספיק עבור תקשורת בסיסית.

מסקנה

תכנון מערכות קידוד ביצועים גבוהים עבור הנדסת אודיו דורש הבנה מעמיקה של המשחק בין גודל שלב, יחסי oversampling, לולאה מסנן סדר, ואלגוריתם הסתגלות. על ידי בחירה בקפידה פרמטרים אלה והתמודדות עם אתגרים מעשיים כגון שעון Jitter, כוח אספקת רעש, ומגבלות אנלוגיות הקדמיות עיצוב, מהנדסים יכולים לבנות קודקודים יעילים וקודים המספקים איכות אודיו שקוף בקצב נמוך להפליא בעוד שעדיין שולטים על ידי התקנים של אודיו סטנדרטיים, בעודם של ציוד תאורה גבוהה.

לקריאה נוספת, להתייעץ עם המאמר המקורי על מודולציה אדפטיבית על ידי ג'ייאנטר (FLT:0IEEE עסקאות על תקשורת, 197403FLT:1), הספר הסופי על ממירי דלה-סיגמה על ידי Schreier ו Temes (FLT:2Wiley, 2017FLT 3:3), ויישומים של יצרנים למחצה כגון: PowerFAN5: Reducation: Advanced Designs: