Delta Modulation ve Signal Dönüşümteki Rolü
Delta modulation (DM), daha önce yapılan bir sesin, daha önce yapılan sesin, dijital ses iletiminin ve kontrol sistemlerinin aksine, yüksek çözünürlükteki elektronik devrelerin doğrusallaşmasına bağlı olarak, küçük boyutlu olmayan denetimlerin yüksek çözünürlükte olduğu gibi, sayısal olmayan denetimlerin yüksek çözünürlükte olduğu gibi, sayısal olmayan denetimlerin değerlendirilmesi için basit bir şekilde etkili bir şekilde etkili hale getirilmesini sağlar.
Bu makale, temel donanım türlerini doğrusal olmayan yönleri inceler, özellikle de delta modulation doğruluğunu nasıl etkiler ve etkilerini azaltmak için mevcut pratik stratejiler.Deta modulation ve nonlinear components fiziği ile, DM tabanlı sistemlerde sinyal bütünlüğünü artırmak için kapsamlı bir kaynak sunuyoruz.
Delta Modulation
Delta modulation, mevcut giriş örneği arasındaki farkın ve önceki tahmin edilen örneğin tek bir miktara doğru ölçüldiğini gösteren bir tür ayırıcı ölçümdür.In modlator, bir bütünleyici (veya cumulator), ve bir 1-bit ölçümleyicisi, ancak çıktının üzerinde veya tahmin edilen değerin altında olup olmadığını gösterir. alıcı sinyalin sinyalini yeniden inşa etmesi için aynı bütünleme yapar.
İdeal delta modüllator, tüm bileşenlerin mükemmel doğrusal davranışını varsayıyor. Uygulamada, yükseltici olmayanlar, komparator, bütünleştirici ve geri bildirim yolu, yeniden inşa edilmiş sinyalin yanlışlığını ortaya koyan hataları ortaya koyuyor.
Anahtar bileşenleri ve onların İdeal Davranışları
- [FONT:0)Comparator:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Comparator:[Dönetici:[Dönetici:0) Geri bildirimle giriş sinyalini karşılaştırır. İdeal olarak, sıfır dengeleme ve sonsuz hız ile çıktı.
- [FONT:0)Integrator:[Dönetici:[Dönetici:0))))))) Adım komutlarını iptal eder. İdeal olarak, sürüklenmeden veya sızıntı olmadan mükemmel bir şekilde sumasyon gerçekleştirir.
- [FONT:0)Quantizer (1-bit): Çıktılar +1 veya -1, kotarator çıkışına dayanarak, histeri veya önyargıya sahip değildir.
- DAC: [Dönetici: [Dönetici: 0,2] Dijitali analog bir adıma geri dönüştürür. İdeal olarak, sıfır yerleşme hatası ile tam sabit bir adım üretir.
Donanım Tanımlamaları
Donanım doğrusal olmayanlıklar yarı iletkenlerde, bileşen toleransları, sıcaklık etkileri ve üretim değişkenliği ile ortaya çıkmaktadır. İdeal lineer modelden sapmak için bir bileşen gerçek transfer fonksiyonuna neden olabilirler.Bu kusurların çok basit, frekans ve hafızaya bağlı olmayan nonlinearities.
Delta modulation sistemleri, doğrusal olmayanlar, adım boyutunun doğruluğunu, karar eşiği ve entegrasyon sürecine yol açabilir. Küçük sapmalar, özellikle de bütünleşik devletin önceki kararlara bağlı olduğu birçok örnek üzerinde önemli toplu hatalarına neden olabilir.
Amplitude Nonlinearities
Amplity nonlinearities, karar eşleme bağlamında sürekli olmayan değişikliklere atıfta bulunur. Örneğin, bir yükseltici, geri bildirim DAC veya bütünleme nedeniyle yüksek amplitüdlerdeki düşüşler veya bir kompatörün ortaya çıkardığı yüksek gecikmeler ile, yeniden inşa edilen sinyal yükleri dengelemek için, dengelemek için dengeleme eğilimine yol açabilir.
Yaygın kaynaklar, rekondasyon sinyalinin bozulması ve hesaplamaların geri çekilmesini içerir.Bu etkiler genellikle polinom olmayan doğrusal olmayanlar (örneğin, üçüncü sipariş bozulması) olarak modellenir.
Frekans doğrusal olmayanlık
Frekans doğrusal olmayanlıkları, bileşende ve #8217'de varyasyonları içerir; frekans yanıtları. İdeal bir delta modüllatorda, bütünleme frekansına mükemmel bir şekilde düzelir. Real bütünleştiriciler, yüksek frekanslı giriş noktalarına dayanan, faz geçişleri daha yüksek frekanslarda gecikmelere neden olabilir, bu sonuçları adım komutlarına daha yavaş cevap vermek için daha yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yardımcı olur.
Parasitik kapasitanslar ve indüktörler, son derece belirsiz amorf genişliği ile birlikte, ses veya videoda kullanılan yüksek hızlı delta modulation için, frekans nonlinearities baskın bir sınırlama haline gelir.
Hysteresis ve Memory Effects
Hysteresis, girdi sinyalinin tarihinde bir bağımlılık sunuyor.Bir komplikelide, önceki çıktı durumuna göre geçiş eşik değişiklikler. Bu, küçük sinyal değişikliklerinin kodlanmış olmadığı bir ölü bölge yaratır, boş kanal gürültü (granular gürültü) ve daha düşük çözünürlükte kullanılan seslerden veya manyetik bileşenlerden oluşur.
Bellek etkileri ayrıca ısı ve dielektrik absorpsiyonunu, bileşeni ve #8220;remembers ” geçmiş gerilimler ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Delta Modulation
Donanım doğrusal olmayanlıkları birkaç ölçülebilir şekilde ısıtılan gürültünün performansını azaltır.En acil etki teorik minimumun ötesinde bir ölçüm gürültüsüdür. İdeal 1-bit ölçümleyicisinde, ölçüm gürültüsü düzgün bir şekilde dağıtılır. doğrusal olmayanlar, spesifik frekanslarda konsantre olan gürültüyü ortaya koyar, etkili dinamik aralığı azaltır. Ek olarak, eğim aşırı bozulması, farklı yükselişe neden olur ve distort dalgalar ve düşme zamanlarına neden olur.
Lineer olmayanlar kompatörü eşini etkilerken, modülatör, 1 ve 0'ları bir dizi değişiklik yapabilir ve giriş sabit olduğunda bile (idle model). Bu idle ton, ses ve video uygulamaları ile anlaşılabilir veya görünür eserler içeren bir limit değiştirici şeklidir.
Azaltılmış Signal-to-Noise Oran (SNR)
SNR, RMS sinyal gücünün RMS gürültü gücüne olan oranıdır. Teorik olmayanlar gürültü zeminini yükselten ek gürültü bileşenleri sunar. Örneğin, harmonik bozulmalar, ayırt edici sinyallerden enerji ekler ve bir delta modulation sisteminde, teorik SNR, aşırılık ve gürültü şekillendirme ile birlikte geliştirir.
Araştırmalar, bütünleşmede %1'lik bir artışın SNR'yi 5-10 dB'ye göre azaltabileceğini göstermiştir. Dikkatli bileşen seçimi ve geri bildirimler kısmen telafi edilebilir, ancak temel sınır kalır.
Artan Distortion (THD+N)
Total harmonic deme artı gürültü (THD +N) müzik veya radar geri dönüşleri gibi tüm şaşırtıcı ⁇ bileşenlerinin miktarını ölçtü. Donanım doğrusal olmayan olmayanlar yeniden inşa edilmiş sinyal şekline karşı harmonikler üretirler.For delta modulation, the deme özellikle yüksek dinamik aralığı ile ilgili sinyalleri problemli, bu tür bir şekilde, farklı frekans bileşenleri ile, 4th) genellikle asimetrik bir adımdan kaynaklanan bir şekilde harmonikler (3rd, 5th) kompresyon veya doğramısabilir.
THD+N'nin delta modulation sistemlerindeki ölçümü, genellikle birkaç kHz'de saf bir dalga gerektirir. Çıktı bir spektrum analizörü ile analiz edilir ve çarpım bileşenleri entegre edilir. Kompatördeki doğrusal olmayanlar yüksek sipariş harmoniklerinin birincil kaynağıdır; düşük THD ile ön bir dalga kullanarak bunu azaltabilir.
Yüksek hacimli ve geniş bant uygulamaları
Giriş sinyali frekansı arttıkça, sinyalin eğimi büyür, eğim aşırıdan kaçınmak için daha büyük bir adım boyutları gerektirecektir. Donanımlar daha düşük kazanç nedeniyle yüksek frekanslarda daha belirgin hale gelir, artış ve parasitik etkiler. Örneğin, son derece bant genişliği bir ürün ile birlikte, yüksek frekanslarda daha düşük etkili bir entegrasyon sağlayacaktır, adım boyutunu etkili bir şekilde azaltır.Bu güçler modülelatör daha erken aşırı yüklemeye neden olur.
Yazılım tanımlı radyo (SDR) ve yüksek hızlı veri alımı, basitliği için delta modulation'a güveniyor, ancak doğrusal olmayan olmayan kanallar (örneğin, doğrusallaştırma tekniklerindeki ilerleme bu sınırları genişletiyor.
Gerçek Dünya Vaka Çalışmaları ve Örnekler
Donanım doğrusal olmayanların etkisini göstermek için, dijital ses iletişim sisteminde kullanılan bir delta modülatörü düşünün (örneğin, askeri taktik radyolar). Erken uygulamalar, hassas entegre devreler ile birlikte ve dijital kalibrasyon kullanarak, sistemdeki hız değişikliklerinin sürüklenme boyutunun dramatik bir şekilde artmasını sağladı.
Başka bir örnek, delta-sigma modüllators (örneğin, yüksek çözünürlüklü ses ADCs için) için yüksek çözünürlükte olan ses ADCs. ilk sipariş delta-sigma döngüsü, düşük seviyeli bir miktar olarak, bu bileşenleri doğrulayan ve dinamik bir öğe ile birlikte geliştirilmiş tekniklere sahiptir.
Mitigation Strategies: Bitirme Seçme ve Kalibrasyon
Donanım doğrusal olmayanlıkları bölmek, bileşen seviyesinde başlar. Yüksek hacimlilık artırılmış havaleleri kullanarak, minimum histeriler ve iç olumlu geri bildirim iptalleri ile daha basit bir bütünleme ve CMOS'ta uygulanan yüksek çözünürlükte, düşük ısıtıcılar frekans ve eğimli dirençler için en aza indirirler.For comparators, using ones with minimal histeriler ve iç olumlu geri bildirim iptal edilebilir. ek olarak, bir geçişli bütünleme kullanarak, CMOS'da uygulanan bir sabit entegrasyon sağlayabilir. Low-operatif direnç sağlar çünkü şarj transfer, şarj oranı mutlak değerlere bağlıdır.
Düzenli kalibrasyon üretim sistemlerinde gereklidir. For delta modlators, calibration, bilinen bir referans sinyali veya DC gerilimi enjekte eder ve adım boyutunu veya hesaplamayı ayarlar ve dijital olarak birçok modern delta-sigma ADCs, bir otomatik-zero döngüsü kullanılarak yapılır.
Signal Durumlama ve Preprocessing
Sinyal, delta modülatörüne girmeden önce, preişleme doğrusal olmayanların etkisini azaltabilir. Ön-emphasis filtre, yüksek frekanslı eğimin riskini azaltır. Conversely, düşük frekanslı bir filtre limitleri modülel ve #8217; örneğin, ses deltaulation, 50 mikrosaniyeli zaman sabit yüksek frekanslı yüksek frekanslı bir takip eder.
SignalRY ayrıca bir dither sinyali ekliyor. Dither, yüksek sadakatli dijital sesdeki ortak bir tekniktir.
Geri bildirim Kontrolü ve Active Linearization
Kapalı-loop geri bildirimler, son derece tasarlanmış bazı doğrusal olmayanlıklar için doğrulanabilir (örneğin, giriş ile çıkış ve adım boyutunun veya karar eşiğinin ayarlanması için ayarlamalar.In adaptive delta modulation (ADM), adım büyüklüğü, son derece tasarlanmışsa çeşitlidir.If multiple reset 1s are detected (inify overload), adım büyüklüğü arttı.Bu dinamik ayarlamalar.
Bir başka teknik, geri bildirim döngüsü içinde çok fazla sayısal ölçümleme kullanımıdır, çünkü multi-bit delta-sigma modülcular tarafından kullanılmaktadır.2 veya 3bit ölçümleyicisi kullanarak, etkili bir adım boyutu daha doğru kontrol edilir ve aşağıdaki DAC'nin doğrusal olmayanlıkları dinamik bir şekilde şekillendirilebilir (DEM).
Dijital Post-Processing aracılığıyla Gelişmiş Cümle
Örneğin, tümleşik transfer fonksiyonunun sayısal bir filtre kullanılarak modellenmesi ve devre dışı bırakılmasını öngörebilir ve iptal edilebilir. Örneğin, modülatörün bilinen bir test tonları ile karakterize edilebilir.Gerçek zamanlı adaptasyon, düzeltme katsayılarını güncelleyebilir. Dijital lineerleştirme özellikle frekansları için etkili olabilir.Bu teknik, frekans domaini ile uygulanabilir.
Bir pratik yöntem, THD+N'yi en aza indirmek için optimize edilmiş katlarla son derece sonlu bir dürtü cevabı (FIR) filtresi ile SNR'yi ticari ses ürünlerinde 10-20 dB ile geliştirebilmek için bir Volterra serisi modeli kullanmak.
Future rotası ve Gelişen Teknikler
Yarı iletken süreçler daraltılır ve frekanslar artarken, donanım doğrusal olmayanlıkları yüksek frekanslarda daha iyi bir meydan okumadır. Yeni malzemeler ve devre topolojiler araştırılır. Örneğin, silikon-germanium (SiGe) veya galium nitride (GaN) transistörler yüksek frekanslarda daha iyi lineerlik sağlayabilir. Derin öğrenme algoritmaları ile basitleştirme, temel olarak doğrusal olmayan davranışları adapte edebilir ve modülel parametrelerini gerçek zamanlı olarak ayarlar.
Araştırma, yüksek çözünürlükte sabitlenme gürültüyü yüksek frekanslara doğru şekillendiriyor, ancak stabilite endişeleri dikkatli tasarım gerektirir. sonuçta, gelişmiş bileşen lineerliğinin birleşimi, uyarlanabilir geri bildirim ve dijital tazminat daha yüksek oranda yüksek orandaki uygulamalara devam edecektir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Donanım doğrusal olmayanlıkları, SNR'yi azaltmak için temel kısıtlamalar sunar. Amplity, frekans ve hafızaya bağlı olmayan nonlinearities, hesaplama ve dijital tazminat teknikleri ile ilgili hataları sunar.Demokülasyon, düşük maliyetli uygulamalarla, donanıma dayalı olmayanlıkları anlamak için gerekli olan bilgileri ve özellikleriyle, güvenilir olmayan bileşenlere ulaşmak için gerekli olan baskı ve sinyallendirme ve sinyallendirme ve uyarıları ve dijital tazminat tekniklerini entegre edebilir.
Daha fazla okuma için, kaynakları inceler:0)delta modulation temelleri Analog cihazlardan ), [[Dönerge:2)TI’ ADC nonlinearities) üzerinde uygulama notu ve [[Dönergeselleştirme teknikleri[FLT: 5)