Delta Modulation'ın Vakıfları

Delta modulation (DM) analog sinyalleri dijital temsillere dönüştürmek için basit bir yöntemdir.Bu, mutlak örnek değerlerin yerine başarı ile örnekleme arasındaki farkı en küçük ve en büyük sinyal amplitüdünü ile ilişkilendirir.Bu yaklaşım karmaşık ve bant genişliği gereksinimlerine göre, sistem iki birincil işlem biçiminden gelen uygulamalar için çekicidir:)

Bu makalede, dinamik dizi delta modulation sistemlerini genişletmek için kanıtlanmış stratejileri araştırıyoruz. Her yaklaşımın teorik altlarını inceleyeceğiz, pratik uygulama uygulamalarını tartışır ve ticaretlerini tartır.Sonunda, okuyucular özel uygulama gereksinimlerine uygun olan teknikleri seçme ve uygulama için net bir yol haritasına sahip olacaklar.

Delta Modulation'da Dinamik Aralığı Anlamak

Herhangi bir modulation sisteminde dinamik aralığı genellikle iki anahtar parametreye bağlı olarak tanımlanır: adım büyüklüğü (Düzücü) ve örnekleme frekansı (f[D)[Uygunlukta)[Dönetici).

Yaygın bir değer figürü, klasik doğrusal delta modulation, SNR örnekleme frekansının küpüne yaklaşık olarak orantılıdır, ancak bu ilişki sadece belirli bir giriş için en uygun şekilde seçilir.Eğer adım büyüklüğü çok küçükse, modülatör hızlı değişiklikler takip edemez, eğimli yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte iki katına çıkar.

Matematiksel olarak, modülatörün en yüksek eğimi takip edebilir:0) · f)[Dörtülmesel giriş için[Dönetici: 4 )

{{ · f)[[Dönem: 1]

Bu eşitsizlik ihlal edilirse, modülatör eğime girer ve yeniden inşa edilen dalgaformu çarpıtılır ve çarpıtılır. Tersine, giriş amplitüdünün çok küçük olduğu zaman, modülatör bir dizi alternatif +345 ve - {{ adımları üretir, boş ton veya granular olarak bilinen bir gürültü modeli üretir. Dinamik aralıkları bu iki uçlu sistem, sistemin kabul edilebilir olduğu yerde bölgeyi temsil eder.

Dinamik aralığı geliştirmek için herhangi bir stratejinin amacı, bu işletim bölgesine ya da girişle eşleştirmek için adım boyutunu adapte etmek ya da modulation öncesi sinyal gerektiren öncesi süreçleri kullanarak.

Dinamik Aralığı geliştirmek için Stratejiler

Mühendisler ve araştırmacılar, yerel sınırlarının ötesindeki dinamik diziyi zorlamak için birkaç etkili yöntem geliştirdiler. Her yöntem eğim izleme kapasitesi ve ölçüm gürültüsü arasındaki temel ticarete hitap eder. Aşağıdaki bölümler en pratik ve yaygın olarak kabul edilen teknikleri tanımlar.

1. Adım Boyutunu Arttırın

Daha basit bir yaklaşım, bir delta modüllatorun amplitüdünün amplitüdünü genişletmek için en basit yaklaşım, sabit adım boyutunu artırmaktır (0.102, bu nedenle, en küçük algılama eğimlerini takip etmek için modüle izin verir ve sistem düşük gecikme ayrıntılarıyla karşı karşıya kalabilir.

Uygulamada, daha büyük bir sabit adım boyutunu kullanarak, giriş sinyalinin yüksek minimum amplitüdün olduğu bilinmektedir.Genel amaçlı uygulamalar için, bu strateji düşük sonunda etkili dinamik aralığı ciddi şekilde sıkıştırır. Sonuç olarak, sabit adım yöntemleri nadiren modern sistemlerde kullanılır.

[FONT=0) Ticaret-offlar:[[Dönetici:[Dönetici:0) Basit Uygulanması Basit, ancak düşük hacimli performans için tavsiye edilmez. Geniş amplifiğe sahip sinyaller için tavsiye edilmez.

2. Adaptif Delta Modulation (ADM)

Adaptif delta modulation, dinamik aralıkları geliştirmek için en belirgin ve etkili yöntemdir. Giriş sinyalinin özelliklerine göre adım boyutunu sürekli olarak ayarlarken, ADM sistemleri daha büyük bir adım için düşük gürültü zeminini koruyabilir; büyük adımlar atmak için gerekli olan büyük adımlar, yüksek bir adımın genellikle ses azaltacağını önerir.

ADM'nin uygulanması için çeşitli algoritmaları vardır:

  • [FONT:0)Öyleçer adım adaptasyonu[[Dönetici:0)[Dönemli adım adaptasyonu[Dönetici:0))[Dönemli bir adım adaptasyonu[Dönemli adım adaptasyonu[Dönemli bir şekilde değiştirildir).
  • [FONT:0)Linear adım adaptasyonu[[Dön 1: 1] - adım büyüklüğü sabit miktarlar tarafından artılır veya aşağılayıcı geçişler sunar, ancak daha yavaş bir yakınlaşma sağlar.
  • [FONT=0)Bir-bit bellek ile uyumlu bir şekilde ayarlanabilirlik[Dönetici:0)[değiştir | kaynağı değiştir] - Adaptif mantık sadece mevcut ve önceki çıkış noktalarına göre, donanım uygulamaları basitleştirmek için biraz kullanır.

Klasik ADM varyantı, dinamik aralıkları 60 dB'yi, lineer DM'nin çok ötesinde, askeri ve profesyonel ses uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir üstel adaptasyon algoritmasıdır. CVSD, 20-30 dB'nin doğrusal DM'nin çok ötesinde, bu performans için ödenen fiyat artış hızı arttıkça, bu hız değişiklikleri sırasında aşırı karmaşıklık ve potansiyel artışları ortaya çıkarabilir.

Adaptif yöntemler, DM sistemini sabit bir çözünürlükten doğru bir şekilde dönüştürür ve bir yarılogatik ölçümleyiciye dönüştürür, insan kulağının göreceli değişikliklere karşı duyarlılığını eşleştirir ve onlara konuşma ve ses kodlaması için ideal hale getirir.

[FONT=0]Dönderlik bağlantı:[Dönetici:0) ADM algoritmalarının ayrıntılı teknik bir bakış için, [[Wikipedia'nın Adaptasyonel Açıklama Üzerine Giriş[Dönetici: 3 ).

3. Oversampling

Bir orantılı frekanstan çok daha yüksek bir oranda - aşırı gürültü gücü olarak bilinen - ikinci olarak, delta modulation dahil olmak üzere dinamik diziyi geliştirmek için güçlü bir tekniktir.Bampling ile, niceleştirme hatası daha geniş bir bant genişliğine yayılır ve bant genişliği azalır.

Sabit bir adım büyüklüğü için, örnekleme oranını teorik olarak SNR'yi yaklaşık 3 dB (veya 0,5 bit çözünürlükte) yükseltebilirsiniz. ancak aşırılıkçının gerçek yararı, birleşik gürültü ve eğim aşırılık riski ile en belirgindir, böylece her iki uçta da dinamik aralığı genişletilebilir.

Pratik DM sistemleri genellikle 8 ile 64 defa Nyquist oranı arasında örnekleme oranlarında çalışır. Ticaretten çıkış veri oranı ve donanım hız gereksinimleri artırılır.In applications where6.9 is wide but amplitude solution, oversampling is simple and effective solution.

[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0)[Dönetici:0)Dönetici bağlantı:[Dönetici:0)[Dönetici:0))|Dönetici/tr|Dönetici/tr|seçmiş/tr|seçmiş)) [Döneticileri/kürümesel) ile ilgili olarak, [Döneticileri)

4. Teknikleri Anlama

Hesaplama (kompresyon-expanding) klasik bir analog ön işleme tekniğidir, bu da sıkıştırılmış sinyalin daha küçük amplitüd aralığı için uygun olan sabit bir adımla çalışmasına izin verir.Rekonderden önce giriş sinyalinin dinamik yelpazesini bastırmak ve sonra da yüksek çözünürlükteki ilişkileri azaltır.

Standart koherif eğriler, örneğin telgraf ve Telfoni'de kullanılan bir yasa ve düzenleme, tüm gürültüyü düşük oranlarda ve yüksek amplimallere daha az zaman harcıyorlar, çünkü büyümenin daha az olduğu bir bölgede aşırılık daha düşük olur.

Kompatörden önce tam olarak analog alanda uygulanabilir veya dijital olarak giriş zaten dijital bir formatta yapılırsa. ana dezavantaj, yanlış kompresör/expander eğrilerden sistem karmaşıklığı ve potansiyel bozulmaları eklenmiştir. Ancak, ses ve ses uygulamaları için, bu yaklaşım çok sayıda kodda kanıtlandı.

[FONT=0]Dön bağlantı: [Dönetici: [Dönetici:0] [FONT=0] [FONT=I=FONT=0) ⁇ law ve A-lawanding. A concise overview is available on:Q:2.Wikipedia's ⁇ law page).

5. Hybrid Modulation Schemes

Diğer modulation teknikleri ile birlikte, her birinin güçlü güçlerini tek başına daha iyi dinamik bir şekilde elde etmek için kullanabilirsiniz.En belirgin hibrit, UZMAN ( ⁇ -345) modulation) Bu entegrasyon gürültüyü değiştirir (daha yüksek frekanslarla birlikte) ve yüksek frekanslara iten iki katına çıkarır.

Basit delta modulation aksine, bir sigma-delta dönüştürücü doğrudan eğimi kodlayamaz; bunun yerine, sinyalin kendisini kodlayın ve desimasyon filtrelerini amplitüdülsüzlüğün bir biçimi kullanır.

Diğer hibrit yaklaşımlar şunlardır:0)delta-sigma modulation[[Dönetici 1) ve [[Dönetici yerleştirme) ve [[Dönetici ölçümleme:2)[Döneticisel pullama (DPCM)[DDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)[DÜye Olmayanlar için yüksek çözünürlükte sabit olmayan bir miktarlar için genişletilebilir.

Nihai dinamik aralığı arayan mühendisler için, hibrit şemalar en iyi performans sunar, ancak dikkatli sistem tasarımı ve daha büyük hesaplama kaynakları gerektirir. Bununla birlikte, birçok yüksek sadakat sinyal işleme zincirinde sanatın durumunu temsil ederler.

[FONT=0]Dönderlik bağlantı:[Dönetici:0) [Dönetici:0)Dönderlik linki:[Döneticileri ile ilgili mükemmel bir öğretici bulunabilir.[Dönetici:0)

Teknikler ve Ticaret-Offs

Yukarıda açıklanan stratejilerin her biri farklı avantajları sunar ve belirli ticaret-offları yükler. Aşağıdaki tablo, bir yaklaşımı seçerken dikkate almak için önemli faktörleri özetlemektedir:

Technique Dynamic Range Improvement Complexity Data Rate Impact Best Application
Larger fixed step size Moderate (high end only) Low None Signals with known high minimum amplitude
Adaptive delta modulation High (both ends) Moderate None (1-bit output) Speech, audio, general-purpose
Oversampling Moderate (both ends) Low (analog) / Moderate (digital) Increases linearly with OSR Bandwidth-rich environments
Companding High (both ends) Moderate (analog/digital preprocessing) None Telephony, voice compression
Hybrid (e.g., Σ-Δ) Very high (both ends) High Higher (multi-bit output) High-resolution ADCs, audio

Uygulamada, birçok sistem bu tekniklerin iki veya daha fazlasını birleştirir. Örneğin, bir sigma-delta modüllator doğal olarak aşırı akış ve gürültü şekillendirme (bir çeşit karma) ve ayrıca bazı uygulamalarda bir adaptif element içerebilir.

Pratikler ve Uygulamalar

Dinamik bir dizi delta modulation sadece teorik bir egzersiz değil; örneğin, dijital ses iletimi için NATO standardının bir parçası (STANAG 41).

Sesde, basit DM'den geçiş, 24bit/192 kHz gibi yüksek çözünürlüklü formatlara kadar talep edilen geçiş, sismik algılar ve DAC'ler her iki küçük titreşimi ve büyük şokları ele alan hassas ölçüm uygulamaları için de uyarıldı.

Bu stratejileri uygulamada, tasarımcılar ayrıca modülelatöre daha önce uygun olan örnekleme saat jitteriterlerini de dikkate almalıdırlar, özellikle aşırı sistemlerde. Ek olarak, analog devreler, modülator'u daha önce sınırlı tutabilir ve devreleri sınırlandırmak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.

Başka bir pratik yönü, döngü filtre düzeni arasındaki ticarettir (başlangıçta modülatörler) ve stabilite. Yüksek siparişli gürültü şekillendirme, gruptan daha fazla gürültüyü itebilir, ancak aynı zamanda dengesizliğe de sahiptir. Adaptif teknikler, adım boyutunun çok fazla ani değiştirirse bu riski azaltır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Dinamik dizi delta modulation sistemleri, en pratik tek tekniğin bir kombinasyonu ile önemli ölçüde genişletilebilir, aşırı donanımla sabitlenir ve hibrit mimariler için her yöntem karmaşık, maliyet ve performans arasında eşsiz bir denge sunar. Düşük-komplexlik uygulamaları için, adaptive delta modulation en pratik tek tekniği kalır, en az donanımla 60 dB'ye kadar.En yüksek talepler için, hibrit sigma-delta dönüştürücüler altın standarttır, çok-bitki modülasyon sistemlerini aşıyor.

Geniş bir sinyal alanındaki temel nedenleri anlamak için, düşük bant genişliği için ses ve eğim aşırılığı teşvik etmek veya mikrosemonik olayları uygulamakla, dijital temsilin güvenilir bir şekilde birincil olarak birincil olarak veritabanını korumak için mühendislerden oluşan teknikleri tasarlayabilirler.