Delta modulation (DM), yüksek hızlı analog-dijital dönüşüm için pragmatik ve güçlü bir teknik olarak duruyor, özellikle aşırı zamansal çözünürlüğü olan bilimsel araçlarda geçici fenomenleri ele alan ve her örnek için mutlak amplitüdikasyonun aksine, bu, gerçek zamanlı olarak o zamanlayıcılar, spektral veriler arasındaki değişimi yalnızca bir miktar azaltıyor.Bu artırılmış yaklaşım, donanım karmaşıklığına sahip olan ve daha fazla bilimsel sinyal işlemeye olanak sağlayan 10 veya yüzlerce örnekle karşılaştırıldığında, gerçek zamanlı olarak kabul edilebilir bir şekilde, gerçek zamanlı olarak, spektroskoplar, spektroskoplar, spektral analizler ve biyomedikal bir yönteme bağlıdır.
Delta Modulation'ın Tarihsel Kökleri
Delta modulation 1940'larda ve 1950'lerde, sinyalin yükseldiği veya düşmesinin önemli olduğunu gösteren bir iletişim tekniği olarak ortaya çıktı.Bu nabız treninin 1960'larda, araştırmacılar, özellikle de gelen analog sinyallerin, sinyalin çok yavaş veya çok fazla güçlendiğini gösteren ikizli darbe treni ile karşılaştırıldığında, veri satın alma potansiyelini tanıdılar.
Core Working Principles
Temel Mimarlık
Klasik bir delta modüllator üç anahtar bileşenden oluşur: bir komplike, 1bit ölçümleyicisi (yalnızca bir saat boyunca bir latch), ve bir önceki ikilinin tüm sürümlerini bir araya getirir.
Adım Boyutu ve Sampling Rate Dynamics
Bir delta modülatörün performansı iki parametre tarafından yönetilir: sabit adım boyutu 345 ve örnekleme (saat) oranı F)[Dönetici: 1 ). Belirli bir giriş eğimi için (eskiden) ve büyük hataları tanıtmak için.Aksi takdirde, bu yüksek çözünürlükteki (parça) ile sabit bir şekilde sabitleme ayarlarını takip etmek için eğimi geçmelidir.
Alıcıya yeniden inşa
Demodulation eşit derecede basittir: ikili çıkış akışı, bir alan tarafından programlanabilir bir kapı dizisi (FPGA) veya dijital sinyal işlemcisi (DSP) tarafından doğrudan işlenmiş bir tek sisteme entegre edilmiştir.
Yüksek Hızlı Veri Edinme Avantajları
Aşırı derecede Yüksek Sampling Oranları
Minimalist mimari nedeniyle - bir latch ve bir bütünleme veya - bir delta modüllator, modern silikon veya galium arsenide süreçleri kullanarak 1 GHz'yi aşırı derecede yakalamak için doğal bir seçim yapar.Bu, lazer puls, nükleer olay imzaları veya yüzlerce komplikeli şarj cihazı gerektiren yüksek frekanslı elektromanyetik geçiciler için doğal bir seçim yapar.
Düşük Güç Tüketimi
Çünkü sadece bir komparator her saat döngüsünde aktif olarak karşılaştırılır, delta modulation, aynı örnekleme oranıyla bir flaş ADC'ye dönüştürmenin bir sırasını tüketiyor.In batarya destekli bilimsel araçlar, alan-deployable sismik düğümler veya uzaktan çevre sensörleri, bu güç verimliliği doğrudan daha uzun operasyonel hayata dönüştürür ve ısı yönetimi azaltır.
Azımsal Kompleksi Azaltımı
Tipik bir delta modülatörü birkaç kareye uygun, minimum routing ve hassas direnç merdivenlere veya birden fazla hesaplamaya ihtiyaç duymaz. Bu basitlik maliyeti azaltır, verim artırır ve tek bir ölüde birden fazla modüle kanallarını entegre etmek mümkün kılar.
Inherent DataComp
Sadece Tür (değişim) iletildiği için, sabit veya yavaş değişen sinyallerin uzun bir şekilde aynı bitleri üretebileceği veya aynı bağlantı hızı için daha yüksek etkili verileri kullanarak sıkıştırılabilir.In telemetri uygulamaları - as the learninging bilimsel data from a deep-space probe or a uzaktan gözlem buoy – bu sıkıştırma aynı bağlantı hızı için daha yüksek etkili verilere izin verir.
Sınırlar ve Çözümleri
Granular Gürültü
Giriş sinyali çok yavaş değiştiğinde, geri bildirim döngüsü, sabit adım büyüklüğü tarafından yükseltilen ve düşük hacimli gürültüyü yaratarak, yüksek frekanslı oscillation around the correct signal.This granular noise appears as a background hiss in hair or as small level changes in voltaj readings.In science measure, granular gürültü zeminine yakın veya hassas spektroskopi ile önyargıyı tanıtabilir.
Slope Overload Distortion
Giriş yükselirse (veya düşer) modülatörden daha hızlı bir şekilde takip edebilir – örneğin, eğim yeniden inşa edilen sinyalde aniden 0.10 × f)[Dönemli bir yakalama ortamında, eğimli darbelerin arkasındaki büyük hataların oluşmasına neden olabilir.
Adaptif Delta Modulation (ADM)
Hem granular gürültü hem de eğim aşırı yüklemesini ele almak için, uyarlanabilir delta modulation dinamik olarak son derece değişken bir sinyale dayanan adım boyutunu arttırır ve yavaş bir bölgeye yol açarken, daha sofistike algoritmaların görünümüne göre daha uygun 10 değişkenlik ayarlandığından daha fazla değişkenlik gösterir.
Sigma-Delta İlgili Bir Yaklaşım Olarak Değiştiriyor
Doğal bir delta modulation sigma-delta ( ⁇ ) modulation, hangi yerlerde bir bütünleme veya eksiltme:0) ⁇ dönüştürücüler yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, orta hız uygulamaları (örneğin, ses, hassas DC ölçümler), ilk sipariş biçimleri hala kalpteki yüksek frekanslara doğrultulmaktadır.
Bilimsel Instruments'ta Gerçek Dünya Uygulamaları
Yüksek Hız Oscilloskops
Elektrik geçicilerini analiz etmek için gerçek zamanlı oscilloskoplar - elektromanyetik pul (EMP) test, güç elektronik geçiş veya yüksek hızlı seri verileri - delta modulation in their front-end-endampiyon to a 1-bit pulbiçi akışı 10 GSa/s, bu oscilloskops can rekonstr dalgaforms with bandajları 10 GHz. delta modulation also reduce.
Spectrometreler
Zaman ışığı kütle spektrometreleri (TOF-MS), alt kanaldaki zamanlara ulaşma süresini ölçmek için ultra hızlı bir algılama gerektirir.Rektörler, DM tabanlı dönüştürücülerden faydalanarak sinyalleri yüzlerce kanaldan alabilir, yüksek bant genişliğine ve düşük jittere ile dijital sayıların arttırılmasını sağlar. Benzer şekilde, Fourier-transform kızılötesi (FTIR) spektroskopi, hızlı-scan interferometreler DM tabanlı dönüştürücülerden faydalanır.
Seismic Data Acquisition
Deprem izleme, petrol araştırmaları ve gezegensel semoloji yüzlerce ila binlerce geophone veya geniş coğrafi alanlarda hızlanan bir dizi.Her düğüm, sistemin hem mikrosemonik gürültü hem de güçlü bir zemin hareketine izin vermek zorundadır.
Biyomedikal İşaret İşleme
Elektroenseptik (EEG) ve elektrokortikografi (ECoG), beyin sinyalleri mikrovolt seviyesindeki yavaş dalgalar milisli aksamı, özellikle ADM, güç ve boyut kısıtlanmış cihazlarda kullanılmaktadır.
Alternatif Mimarlıklarla Karşılaştırmalı Değerlendirme
Flash ADCs
Flash dönüştürücüler 2 )N) Kompatörler aynı anda 10 GSa /s üzerindeki hızlarda bir analog değeri dönüştürerek, büyük bir güç tüketiyorlar - yüksek çözünürlükten daha karmaşık analog eşleştirme gerektirir. Delta modülatörler, hız ve düşük güç için örnek olarak ticaret kararı gerektirir, genellikle dijital deimleme kullanarak, yüksek etkili bir karar elde etmek için takip ederler.
Başarıyla-Approximation Register (SAR) ADCs
SAR dönüştürücüler, orta hızlarda mükemmel bir çözüm sunar (10 MSa /s'a kadar) orta güç kullanımı ile.Ancak, dönüşüm zaman ölçekleri doğrusal olarak çok-GSa/s) için uygun olmayan. Delta modulation, SAR'ın çok yavaş olduğu 100 MSa /s'ın üzerinde niş doldurur ve flaş çok güçlendiricidir.
Sigma-Delta Modulators
⁇ modülcular yüksek çözünürlüklü (16-24 bit), düşük araç genişliği (birkaç milimetreye kadar) uygulamalar, agresif aşırılama (tipik olarak 64× veya daha fazla) ve karmaşık dijital filtreleme gerektirir.Çok yüksek bant sinyalleri için (örneğin, yüksek bant genişliği ve orta çözünürlükte).
Vaka Çalışması: Ultrafast Fluorescence Lifetime Ölçüm
Zaman içinde çözülmemiş floresans spektroskopu, bilim adamları, kısa bir lazer darbesi ile yapılan floresein moleküllerin üst üste çıkarılmasına rağmen, foton-bölgedeki fotoyotların on dört gözlenmesine izin verilen bir transimpedans yöntemiyle, 1bit çıkış cihazı kullanılarak, yüksek çözünürlükte bir optik diskometrik cihazı kullanarak, yüksek çözünürlükte 10 kez görüntülenen bir görüntü oluşturabilir.
Modern Uygulamalar ve Gelişen Trendler
FPGAs ve ASICs ile entegrasyon
Modern bilimsel araçlar giderek daha fazla özel ASIC'ler veya FPGA tabanlı sistemlerde yumuşak IP çekirdeği içinde delta modülators in custom ASICs veya as soft IP çekirdeğine gömülür: filtreleme, kompresyon ve bütünleme ve makine öğrenimi, yüksek hızlı analog kütüphaneleri birkaç saat dağıtım ağlarında kullanarak fark edilebilir, kapalı-picosaniyeli bir jitter kontrole olanak sağlar.
Mekanik Öğrenme ile Dinamik Adım Boyutu Optimizasyonu
Son zamanlarda, araştırmacılar, sabit devlet-enerji-makulasyonel bir modülatörün adım boyutunu dinamik olarak ayarlamayı ve gelecekteki sinyal özelliklerini tahmin ederek, algoritmanın belirli bir olasılıktan en uygun bir adım boyutunu seçebilirler, daha da sabit-devlet-makinist yaklaşımlara daha fazla sinyal-sayısal yaklaşımlara uygulanan bir yaklaşım.
Optik Delta Modulators
Bir sonraki nesil enstrümanlar terahertz rejiminde çalışır, tüm optik deltatörler özgür optik olaylar gibi fenomenlere açık olabilirler.Bu, elektronik kompozatörün bir fotonik eşi cihazı ve optimizasyon ile aynı kalır, bu tür sistemler, konseptin kalıcı bir şekilde örneklenebilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Delta modulation, geleneksel ADC mimarisinin wielmik olmayan gürültü ve eğimli aşırılıkçıklıklı yıllardan beri süren, daha fazla sayıdaki şarj edici bir performans ve verimlilik yöntemi sunuyor.