Giriş Giriş Giriş

Delta modulation, analog sinyalleri dijital bir temsile en az donanımla dönüştürmek için kullanılan sinyal işlemede temel bir tekniktir.In the context of FPGA (Fieldprogramlanabilir kapı dizileri) ve ASIC (Uygulama-Specific Integrated Circuits) tasarımı, delta modulation, gömülü sistemlerde farklı avantajları daha karmaşık analog-enerjik dönüşüm (ADC) yöntemlerine dönüştürmek için kullanılır.In the context of FPGA (Fieldprogramlanabilir kapı dizileri) ve sensör arabirimleri genellikle basit, düşük güç ve yüksek hızlı dönüşüm yoluna ihtiyaç duyduklarında delta modulation.

Geleneksel ADCs başarıcı yaklaşım veya boru dönüştürücüler yüksek çözünürlükte bulunurken, dijital tasarımcıların birden fazla kanala anlık olarak uydurduğu ve doğrulayıcı karmaşıklığı azaltabileceği basit bir geri bildirim döngüsünden yararlanarak, bu özellik, geniş bir uygulama yelpazesine kadar ölçeklenen basit bir analog bütünleme ile tam olarak uygulanabilir.

Delta Modulation nedir?

Delta modulation, önceki girdinin yeniden yapılandırılması ile ilgili ana fikir, ya yukarı veya aşağı yukarı doğru bir şekilde daha yüksek veya daha düşük olduğunu gösteren bir ayırıcı hata kodu modulation (DPCMCM) programıdır.

Süreç üç aşamada tanımlanabilir:

  • [FONT:0]Sampling:[Dönetici:[Dönetici:0) Ana Sayfaya giriş, Nyquist oranından çok daha yüksek bir oranda (oversampling) doğrudan sinyal-to-noise oranını etkiler ve hızlı değişiklikleri takip etme yeteneğidir.
  • [FONT=0)Comparison:[Dönetici:[Dönetici:0)[0)[0] Bir hesap, bir hesaptan elde edilen güncel girişleri geri alır.
  • [FONT:0)Integration:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0))[[Dönetici:[Dönemli)) Bu yeniden inşa edilen değer yerel bir analog tahmin olarak yapılır.

Çıktı biraz uç 1'in bir dizisidir ve 0'lar, aynı adım büyüklüğü ile entegre edildiğinde, orijinal dalgaformunun yaklaşık olarak yeniden inşa edilir. Çünkü sadece hızlı değişikliklerle yollanabilir, kanal başına gelen veriler düşük (Dönder) yüksek oranda yüksek çözünürlüktedir.Eğer bu efekt otomatik olarak yüksek çözünürlükte bulunur.If the step büyüklüğü çok küçükse, modülelatör hızlı değişikliklerle yol açabilir.

Matematiksel olarak, giriş sinyalinin [[Dönetici:0) 0 (t)[x(t) ve yeniden inşa edilen sinyal [FONTD:2)[Dönetici:2|x ⁇ (t)[Dönetici = · d)[x|x|x|t)[x|x|x|t)[x|x|t)[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir]

Delta Modulation in FPGA and ASIC Implementations

Delta modulation'ın doğal basitliği, FPGA veya ASIC platformlarında uygulanan birkaç somut faydaya dönüşür. Bu avantajlar doğrudan bölge, güç, hız ve entegrasyon karmaşıklığı gibi ortak tasarım kısıtlamalarına hitap eder.

Kompleksiyet ve Alan Verimliliği

Delta modulation, tek bir hesaplamak için ihtiyaç ortadan kaldırır, bir bütünleme (örneğin dijital bir ataptör artı dış analog bileşenler ile fark edilir), ve birkaç kayıt için gerekli olan bu, 100 $ değerinden daha az sayıda görüntü oluşturabilir.In an FPGA, tüm modülatör, tipik bir FPGA tasarımı için kanalda inşa edilebilir.For ASICs için, alan tasarrufun daha basit bir şekilde değiştirilmesine izin verir.

Düşük Güç Tüketimi

Çünkü delta modulation, 1bit ölçüm cihazı kullanır ve saat dağıtım ve I/Offering olmadan çalışır; delta modülel mantık kendisi küçük bir miktarla entegre edilir.In ASIC uygulamalarında, tasarımcılar, dijital diskotutlama işlemleri için daha düşük bir tedarik geriliminden daha fazla tasarruf sağlarlar;

Yüksek Hızlı Operasyon

Bir delta modülatöründeki geri bildirimler doğal olarak hızlı çünkü sadece birkaç kapı gecikmesini içerir.Bir FPGA'da kritik yol, birkaç megahertz'a kadar sinyallerin faturasını ve gerçek zamanlı kontrol döngülerine geri yüklemesini sağlar.Bu döngü, yüksek frekanslı vibrasyon izleme ve yazılım tanımlı radyo önbelleği ile birkaç yüz uçlu süre boyunca gecikme oranına izin verir.

Bütünleşme ve Scalability

Çünkü delta modulation minimum analog desteğe ihtiyaç duyar, özellikle de dijital FPGA'lar ve ASIC'ler için sorunsuz bir şekilde entegre edilir. Birçok FPGA ailesi, standart HDL kodu kullanarak analog kotatörler ve diferansiyel girişler sunar.Bu entegrasyon, PCB düzeni (bir ADC çipli bir ADC diskotur) ve daha düşük tedarik maliyetleri ortadan kaldırır.

Delta Modulation of Delta Modulation

Delta modulation, karar ile basitlik arasındaki ticaretin düşük çözünürlükte bir çözüm gerektirdiği birçok alanda kullanım bulur. Aşağıdaki alt bölümler anahtar uygulama domainlerini vurgulamaktadır.

Telekomünikasyon

Erken dijital telephony, delta modulation 32 kbps ve 64 kbps aralığında ses kodları için kullanıldı, basit encoder/decoder donanım ile kabul edilebilir konuşma kalitesi sunmak.The Modern Renes like adaptive delta modulation (ADM) and sürekli değişken Stud delta modulation (CVSD) performans için performans geliştirmek ve Bluetooth ses bağlantıları. FPGA-based uygulamaları yazılım tanımlı radyolar (SDRs) ve yürüyüşler gibi.

Ses İşleme

Düşük sadakatli ses uygulamaları için, e-postalar, bebek monitörleri ve ses memo cihazları, delta modulation, çok düşük dijital mikroplektromechanical sistemler (MEMS) ile, 1bit akış, yüksek çözünürlükte bir modülasyon oluşturabilir. FPGA uygulamaları, yüksek çözünürlükte veya gürültü azaltma için dijital sinyal işleme izin verir.

Sensör Data Acquisition

Endüstriyel IoT, çevresel izleme ve otomotiv sistemlerindeki düşük maliyetli sensör arayüzleri, delta modulation'ın basitliği ile fayda sağlar. Sıcaklık sensörleri, nem sensörleri ve hızlayıcıları genellikle dijital filtreleme ve SPI veya I2C aracılığıyla iletişim kurma sinyalleri üretir - örneğin, bir deltaulation ADC'ye entegre ederek, çok sayıda sensör akışını kullanarak, dijital filtrelemeyi uygularlar.

Gerçek Zamanlı Kontrol Sistemleri

Motor kontrol döngüleri, güç tedarik düzenlemeleri ve eylemci geri bildirimleri minimum geç kalmışlık ile hızlı dönüşüm gerektirir. Delta modulation'ın tek saatli geç saatli gecikme süresi (kompatörden sonra) ve dijital hata sinyali doğrudan bir PID kontrol cihazı ile zorlaşacaktır.InGA tabanlı motor kontrol kontrolörleri, analog yol yolu değiştirmeden kontrol algoritmalarının basitleştirilmesi ve ayarlanması da mümkündür.

FPGA vs. ASIC

Bir delta modulation sistemi için FPGA ve ASIC arasındaki seçim, üretim hacmine, esneklik ihtiyaçlarına ve tasarım kısıtlamalarına bağlıdır. FPGAs her platformda şarj edilebilirlik sunabilmeleri için ideal hale getirir, düşük hacimli ürünler veya sistemler, veya daha düşük performans sağlar, daha düşük güç ve daha düşük birim maliyeti sağlar.

FPGA Uygulama

Bir FPGA'da, delta modülator, analog kompatörü ve bütünlemeleri dışında tamamen dijital mantıkta uygulanabilir.Birçok FPGA'lar I/O bankaları, 1bit kompatörü olarak işlev görebilirler.Introor, bir dış operasyonel yükselteç için tipik olarak kullanılabilir, ancak bazı FPGA'lar analog blokları içerir (örneğin, Xilinx AMS, Intel MAX 10 ADCs)

ASIC Uygulama

ASIC tasarımları, olası performans ve güç verimliliği ile delta modulation için elde eder. analog koarator ve bütünlemeler, işlem bazlı transistörler kullanarak özel olarak tasarlanabilir ve dijital decimasyon filtreleri ve arayüzlerin entegrasyonuna izin verir ve FPGA inter-camlıklarının yüksek çözünürlükte yerleştirilmiştir.

Meydanlar ve Mitigation Teknikleri

delta modulation basittir, sınırlama olmadan değildir. İki temel sorun - aşırı yükleme ve granular gürültü - bu sorunları azaltmak için birkaç teknik kullanır.

Slope Overload

Slope aşırı yükleme, giriş sinyalinin modülelden daha hızlı değiştiğinde gerçekleşir.Dönemli bir adım büyüklüğüne göre, Döküzücükler, sabit bir şekilde sabitlenebilirlik sağlar.Dörtücükler, yüksek çözünürlükte bir şekilde hızlanırlar.

Granular Gürültü

Granular gürültü, bir adımın düşük seviyeli, sürekli gürültüyü azalttığında, girişin neredeyse sabit olduğu zaman yeniden yapılandırılır.Rekonstrüksiyonel ve daha düşük geçiş filtrelerini kullanarak tekrar yapılandırılır.Bir adıma kadar, Nyquist oranını azaltır ve bir decimasyonu azaltır ve bir hız azalırken, ortalama veya CIC tekniğini azaltır.

Adaptif ve Sigma-Delta Variants

Temel delta modulation'ın sınırlamalarını aşmak için, iki popüler varyant var:

  • [FOM: [Dönetici:0) Adaptif Delta Modulation (ADM):[Dönetici:0) Bu yaklaşım, yavaş sinyaller üzerinde daha düşük gürültüyü korumak için bir mantık kapısı kullanır. ADM, askeri ve havacılık iletişiminde yaygın olarak kullanılır (veya bir faktör tarafından artırılır).
  • [FONT:0]Sigma-Delta Modulation ( ⁇ ):[Delta Modulation ( ⁇ ):[D) Kompatörden önce geri bildirim döngüsündeki tümlemeler yerleştirerek, sigma-delta modulation, düşük frekanslarda ve daha yüksek frekanslarda gürültüyü bastırır.Bu, çok yüksek SNR (100+ dB) çok yüksek çözünürlükte bir iç ölçüm için (örneğin, ADCs (e.g., ses kodlar, endüstriyel ölçüm) kullanımı sigma-deltalatorsiyonları kullanır.

Hem ADM hem de sigma-delta modüllators FPGA'larda makul mantık kaynakları ile uygulanabilir. Örneğin, ikinci sipariş sigma-delta modüllator sadece üç eklenti gerektirir, üç gecikme elementi ve bir komperatörü - bir Xilinx 7 serisi FPGA'da yaklaşık 400 LUTs. Bu, temel delta modulation'ın gürültü performansı yetersiz olduğunda onları çekici alternatifler yapar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Delta modulation, FPGA ve ASIC sinyal dönüşümünde hayati bir teknik olarak, basitlik, düşük güç, yüksek hız ve entegrasyon kolaylığı sağlar. 1-bit ölçümleme ve minimum analog devreler, standart çözünürlükte (30-50 dB SNR) uygun bir şekilde karşılamak için mükemmel bir seçim yapabilir ve yönetim alanı veya güç bütçeleri sıkı bir şekilde genişletilebilir.Samping konsepti ile dijital dönüşüm, yüksek çözünürlükte kullanım koşulları ile ilgili olarak.

FPGA'lar daha analog yetenekleri ve ASIC süreçleri küçülmeye devam ettikçe, delta modulation, hızlı prototipleme ve yüksek hacimli dağıtım için pratik bir araç olarak kalacaktır.The natural scalability to multiple fields and its uyumluluğu with digital signal processing make it a valuable add to any hardware designer's toolkit.For more detailed information on delta modulation Theory and application, refer to quick prototyping and high-volume deployment.B][B][B][B][B][B][B][FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FO