Yüksek çözünürlüklü görüntüleme, tıbbi tanılar, uzaktan algılama, bilimsel araştırma ve endüstriyel denetimler için gerekli şartları yerine getirmek için gereklidir.İyi ayrıntılı, yüksek dinamik aralık ve düşük gürültü, mühendisler mutlak örnek değerleri yerine verimli analog örneklere güveniyorlar, önemli donanım tasarrufları ve azaltım oranlarına olanak sağlar.Bu makale, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte kullanım için uygun bir şekilde tasarlanmıştır.
Delta Modulation
Delta modulation (DM), 1bit ölçümleyicinin yerel bir decoderin (tipik olarak bir bütünleme) çıkışın yukarıda veya altında olup olmadığını temsil eden bir kodlama programıdır.Bu geri bildirim döngüsü sürekli olarak zaman içinde girdi sinyalini karşılaştırır.
Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Temel Mimari Temel Temel Mimari Temel Mimari Temel Temel Mimari Temel Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari Temel Mimari
Klasik bir delta modülatörü, bir analog kompatöründen oluşur, örnek bir-ve-hold, bir 1-bit ölçümleyici ve geri bildirim yolunda bir bütünleme. girdi sinyali bütünleşik çıktı ile karşılaştırılır; eğer giriş daha büyükse, olumlu bir pul gönderilir; aksi takdirde bu pulsiyonlar girdinin bir merdivenini yeniden inşa etmek için toplanır.
Pulse Code Modulation ile Karşılaştırma
PCM her örnek bir N-bit kelimeye kodlanır, eşdeğer bir çözüm için daha yüksek miktarlar gerektirir. DM, sadece 1 bit örnekle, çok daha yüksek örnekleme frekanslarında çalışır - Nyquist oranı - yeterli sinyal-to-noise oranı (SNR) ve daha hızlı bir şekilde genişleme ve granular gürültüyü takip ettiğinden daha hızlı bir şekilde zorlayın.
Delta Modulation
Zamanla, birkaç gelişme DM'nin sınırlamalarını ele aldı:
- [FONT:0) Sürekli Değişken Slope Delta Modulation (CVSD))[Son bazı desenlere dayanan adım büyüklüğüne uyanın – eğimli modellerin süreleri boyunca adım büyüklüğüne sahip olun – dinamik aralığın iyileştirilmesi.
- [FOM)[FONT=0) Adaptif Delta Modulation (ADM))[değiştir | kaynağı değiştir], girişin yerel istatistiklerine göre adım boyutunu ayarlamayı kontrol edin, genellikle Song algoritması veya bir-bit bellek ADM gibi algoritmaları kullanın.
- [FONT:0]Sigma-Delta Modulation ( ⁇ )[Delta Modulation ( ⁇ )[Delta Modulation)[Delta Modulation ( ⁇ )[D)[Dönetici: Engreor'un nicelleştiriciden önce taşındığı bir uzatma, gürültüyü şekillendirmesine ve aşırı çözünürlük üzerinden yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlük sağlar. Sigma-delta ADCs şimdi hassas ölçüm ve ses için baskın mimaridir, ancak ilkeler delta modulation’dan elde edilir.
- [FONT:0]Delta-Sigma Modulation): Genellikle sigma-delta ile birlikte değiştirilebilir, ancak kesin olarak tümleştirici bir şekilde ileri giden yolda kullanılır.
Görüntüleme sistemleri için, sigma-delta modulation büyük ölçüde yüksek gürültü performansı ve karar nedeniyle saf DM'yi dikmiştir. Ancak klasik DM, daha gelişmiş diferansiyel dönüştürücüler tasarlamak için bir temel sağlar.
Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleme için Tasarım
Yüksek çözünürlüklü görüntüleme için bir delta modulation sistemi tasarlamak, birkaç bağımsız parametrenin dikkatli bir şekilde yönetilmesini gerektirir. Hedef, eğimin azaltılmasını önlemek ve SNR'ye ulaşmada ve hedef görüntüleme uygulaması için gerekli olan biraz derinlik tutmaktır.
Bit Rate ve Oversampling Oran
DM'de, biraz oranı örnekleme frekansına eşit, çünkü her örnek bir miktar üretir. Yüksek etkili bir karar elde etmek için (örneğin, 12-16 bit), örnekleme frekansı, 9 dB tarafından SNR'yi yükseltmelidir.In oversampling oranı (OSR = fs / 2fb, fb'in sinyal bant genişliğini doğrudan etkileyen) doğrudan ölçümleyicisi için, OKT'nin ekran görüntülerine göre hızlanması gerekir.
Adım Boyutu ve Dinamik Aralığı
Adım büyüklüğü 345, modülatörün en yüksek eğimi belirler (345 × fs). 345'i seçmek, hızlı geçişlere aşırı yüklemeye yol açar (bir görüntüdeki kenarlar için aşırı uçabilir); çok büyük ölçüde eğimli bölgelerde aşırı gürültüyü ele almak için ayarlanmalıdır (tekdüzeltme bölgelerindeki gürültüyü izlemek için kullanılabilir).
Quantizasyon Gürültü için Filtre Tasarımı
Delta modülatörler doğal olarak ölçüm gürültüyü - ilk sipariş DM yüksek frekanslara gürültüyü itiyor.For display, the baseband sinyali ilgidir, bu yüzden düşük geçit rez filtre (tipik olarak bir decimasyon filtresi yaygın; sürekli zamanlı ADC) tükeniyor. Filtre siparişi doğrudan görüntüyü etkilemez.
Feedback Loop Stability
Yüksek siparişler, ≥ 3) limit döngüleri nedeniyle risk istikrarsızlık. Stability analizi kök locus veya tarif fonksiyonu yöntemleri kullanılarak analiz edilmesi önemlidir. Tasarımcılar genellikle proses varyasyonları üzerinde sağlam bir işlem sağlar.(D)) görüntülemede, herhangi bir açık dengesizliğe sahip olur.[Dörtücük gürültü veya rastgele siyonlar[Döneticileri yok eden sabit tutarlar).
Sayım Gürültü ve Termal Gürültü
Gürültünün yanı sıra, hesaplamak ve bütünleme devrelerinin sayısal gürültünün yanı sıra, yüksek çözünürlüklü görüntülemede, termal gürültü genellikle çok yüksek OSR'lerde hakim olmalıdır. Tasarımcılar boyut kapasitörleri uygun şekilde (kTC gürültü), düşük çözünürlük yükselteçleri ve dijital domainler arasında dikkatlice giriş kazanır. Oversamplings termal gürültüyü daha geniş bir bant genişliğine doğru yayılır, ancak decimasyon filtresini azaltır.
Çözümü geliştirmek için teknikler
Modern delta modulation sistemleri temel DM sınırlarını zorlamak için gelişmiş teknikler içerir. Bu yöntemler genellikle 16-20 bitlerinin etkili kararlarını elde etmek için birleştirilir.
Adaptif Adım Boyutu
Not: Adaptif bir adım büyüklüğü (veya uyarlanabilir delta modulation, ADM) son derece açık bir şekilde seslendirmeye dayalı olarak 345 ayarlı.Ortak bir algoritma: eğer üç ardışık bit aynıysa, SNR'yi doğal görüntüler gibi önemli ölçüde artırabilir; aksi takdirde modülel ADC'ler, boş noktaları üniformalı alanlardan uzaklaştırma işlemini hızla takip etmelerine olanak sağlar.
Yüksek-Order Gürültü Shaping
Modül siparişi (2., 3. veya daha yüksek) gürültüyü gürültü aktarımının eğimini artırarak geliştirir (NTF) İkinci sipariş DM, OSR'nin ilk siparişi için 15 dB SNR'yi iyileştirmektedir (ilk sipariş için 9 dB'ye kadar) ancak, yüksek çözünürlükte sensörlerden daha yüksek çözünürlükte kullanılır.
Multi-Bit Quantization
Bir çok-bit ölçümleyici (örneğin, 3-5 bit) yerine tek bir hesaplama cihazı, ekstra olarak 6 dB ile ölçüm gürültüyü azaltır ve stabilite kısıtlamaları azaltır.The trade-off is improve complex in the feedback DAC, which must be line. Techniques likeFLT:0)dynamic element eşleştirme (DEM)|s-sepsiyonel-girişli avering (DWA)[DWA)[DAC)[DAC)[DWonder-the-bit-bit parçaklım parçaklışağırlıklı-parçaklış-parçalışağırlıklışlışlışlışlışlışlışlışlışlışlışlı)
Oversampling and Decimation
Gürültünün şekillendirilmesi ile tek başına çözüm geliştirmek, gürültünün şekillendirilmesi ile birlikte, sigma-delta dönüşümün temelidir.Recimasyon filtresi (scade of allor-comb filtreleri) yüksek frekanslı gürültüyü ortadan kaldırmak ve örnek oranını Nyquist oranına azaltır.For display, the decimation filter filter filtresinin görüntüyü önlemek için lineer bir aşamaya sahip olması gerekir.
Sürekli Zaman vs. Discrete-Time Uygulama
Discrete-time (switched-kapor) delta modülcular, döngü filtre (genellikle saat jitter kullanarak) ve sürekli olarak daha düşük enerji tüketerek, yüksek çözünürlükte onları çekici hale getirmek için daha hassastır. Sürekli zamanlı modülatörler döngü filtre (genellikle etkin-RC veya Gm-C tekniklerini kullanarak) ve aşırı hızlarda gecikme ve bileşen varyasyonları daha hassastır.
Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleme Uygulamaları
Delta modulation – özellikle sigma-delta varyantları – yüksek dinamik aralığın ve düşük gürültünün bulunduğu görüntüleme sistemlerinde pervask oluyor.
Tıbbi Görüntüleme
[FONT:0) <24|DÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ
Uzaktan Sensing ve Uydu Görüntüleme
Uydu multi-spectral ve hiperspectral görüntüleri, Dünya'nın yüzey özelliklerini farklı aydınlatma altında yakalaması için geniş dinamik aralığı (12-16 bitleri) gerektirir. Radyasyonunlanmış sigma-delta ADCs basitliği ve gürültü performansı için kullanılır.
Bilimsel ve Endüstri Muayenesi
Mikroscopy için bilimsel kameralar, astronomi ve spektroskop genellikle sigma-delta ADCs'leri, örneğin, [[0|electron-multiplying CCD (EMCCD) ve ) ile kontrol altına almak için kullanılır.
Yüksek Savunma Video ve Yayınlama
Profesyonel video kameraları (örneğin, sinema için) genellikle sigma-delta modulation in the Analog front-end to catch high-frame-rate, yüksek-bit-derinlemesine görüntülenmelerine yardımcı oluyor. Dijital sinema standardı DCI, gelişmiş ADCs tarafından etkinleştirilen 12bit renk çözünürlüğünü kullanır.In yayın kameralarında, gürültü şeklinde delta modulation, gerekli düşük ışık performansı elde etmenize yardımcı olur.
Meydanlar ve Gelecek Yollar
delta modulation sistemleri önemli ölçüde gelişmiş olsa da, birkaç zorluk sonraki nesil yüksek çözünürlüklü görüntüleme için kalır.
Yüksek Hızlarda Güç Verimliliği
Pixel sayıları ve çerçeve oranları arttıkça (örneğin, 4K/8K video, gigacrypt sensörleri), ADC gücü bir şişenck. Sürekli zamanlı sigma-delta modülatörleri yüksek OSR ile birlikte (Dördüşükücüler ve yükselteçler, kanal başına miliwattlar satın almak için araştırılır.)
Gürültü ve Low Light Levels'ta Başarısızlık
Düşük ışık görüntülemesinde, termal gürültü ve koarator metastability hakimdir. Araştırmacılar 444D:0) Alert- level delta modulation) her bir pikselin kendi modüle sahip olduğu, daha iyi gürültü performansı ve yüksek dinamik aralığına uyarlanabilir bir entegrasyon yoluyla sahip olduğu varsayılır.
Dijital Kalibrasyon ve Açıklama
Süreç varyasyonları, doğrusal olmayanlıklara neden olur, özellikle de çok fazla DACs. Digital calibration foreground/ ⁇ teknikleri (e.g., en azından kareler adaptasyonu) gerçek zamanlı olarak adım boyutunu ve filtre katlarını optimize etmek için ortaya çıkabilir.
Nöromorphic Sensörlerle entegrasyon
Event tabanlı kameralar (örneğin, DVS) hem dünyaların en iyi şekilde okunan bir dizinli ve etkinlik bazlı okumalar kullanır.Bu etkinlik odaklı delta modulation düşük güç için yol alıyor, yüksek hızlı görüntüleme. Future hibrit sistemler her iki dünyanın en iyi için geleneksel çerçeve tabanlı ve etkinlik tabanlı bir şekilde okunabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Delta modulation yüksek çözünürlüklü görüntüleme için temel bir teknik olarak kalır, düşük güç, yüksek hızlı ve yüksek seviyeli dönüşümleri sunar. Klasik DM döngüden modern sigma-delta ADCs ile gelişmiş gürültü şekillendirme ve adaptasyon, tasarım ilkeleri burada belirtilen -bit hız, adım büyüklüğü, filtre tasarımı ve stabilite - tıbbi, uzaktan algılama, endüstriyel ve bilimsel görüntüleme.
Daha fazla okuma için, görüntüleme için sigma-delta ADC tasarımı, [[Üyetim:0)Analog Cihazlarının sigma-delta dönüştürücüleri üzerinde ).Bir ultrason sistemleri için ADCs üzerinde ayrıntılı bir görünüm için, kılavuzluk teknikleri, danışmanlık|Dönetici:2).Bu IEEE kağıtları uyarlanabilir bir şekilde sınıflandırma sistemleri).