Delta modulation (DM), analog-dijik dönüşüm için en kalıcı ve kaynak verimli tekniklerden biri olarak duruyor, özellikle bant genişliğinin kısıtlandığı sistemlerde değerli ve donanım basitliği yüksek. Haberleşme, ses işleme, telemetri, veya gömülü kontrol, temel işletim ilkeleri, varyasyonlar ve pratik ticaret işlemleri - temel bilgileri - temel kavramlarınızı kullanarak - temel kavramlarınızı kullanarak temel kavramlara sahip olduğunuz tekniklerin temel kavramları, detayı genişletiyor.

Delta Modulation nedir?

Delta modulation (DM) sadece başarısal sinyal örnekleri arasındaki değişimi, orijinal dalgaformunun yaklaşık olarak basit olduğu gibi gösteren bir diferansiyel kodlama yöntemidir: tek bir miktar giriş sinyalinin arttığını veya yerel bir tahmine göre azaltıldığını gösterir. alıcı, yerel bir bütünleme veya aşağılayıcıya bu küçük akışı kullanır, özellikle de orijinal dalgaformun yaklaşık bir örneklemesini yeniden yapılandırır.

İlk olarak 1940'larda tanıtıldı ve 1960'larda, DM, düşük oranlarda ve basit devrelerin kritik olduğu askeri iletişim sistemlerinde erken bir başarı buldu. Bugün, delta modulation, modern dijital sinyal işleme (DSP) sistemleri ile ilgili olarak, genellikle sigma-delta analog-dijital dönüştürücüler (ADCs) ve düşük seviyeli konuşma kodcular için, teknik, en az donanımla dijital analogdan doğrudan bir yol sunuyor.

Delta Modulation Temel İlkeleri

Klasik delta modulation sistemi üç işlevsel bloktan oluşur: bir hesaplamacı, bir ölçümleyici ve bir bütünleme saati tarafından yönlendirilir. Yerel tahmin, bütünleme tarafından oluşturulur (daha basit bir cumulator), bu da niceleştirilmiş fark sinyali alır.

  • [FONT:0]Comparator:[Dönetici:[Dönetici:0)[0] Kompatör:[Dönetici:[Dönetici:0)) Ana Sayfadaki giriş sinyali yerel tahminle kıyaslanır.Eğer giriş tahminden daha büyükse, kompatoryum çıktıları olumlu bir fark eder; aksi takdirde, negatif bir fark.
  • [FONT:0)Quantizer:[Dönetici:[Dönetici] The niceizer, farkı tek bir parçaya dönüştürür: pozitif bir fark için ve negatif bir fark için "0" .Bu biraz dijital çıktı ve aynı zamanda bütünleşmeye geri beslenir.
  • [0]Integrator (Accumulator): [Dönder: 1] Her saat döngüsünde, bütünleme veya sabit bir adım boyutu (345) eğer bit “1” veya {{ eğer bit “0” ise, bütünlemeler bir sabit dalga ile giriş sinyalini takip eder.

Alıcıda, analog sinyali yeniden inşa etmek için aynı bütünleme süreçleri. Düşük frekanslı filtre daha sonra merdivenin yaklaşık olarak düzeltiyor, orijinal analog dalgaformunu bazı ölçüm gürültüsü ile kurtarıyor.

Anahtar sistem parametreleri, hızlı sinyal değişikliklerini takip eder, ancak daha küçük 345 gürültüyü azaltır, yüksek eğimleri doğrudan iki doğal bozulma mekanizması etkiler: eğim aşırı gürültü ve granular gürültüyü daha büyük bir {{, ilişki sırasında granular gürültüyü arttırırlar.

Matematiksel Yeniden temsil

X (t) olarak giriş sinyalini gösterirsek, örnekleme dönemi T = 1/f s ve x ⁇ (n) olarak yeniden yapılandırılır.

  • Hata e(n) = x (nT) - x ⁇ (n-1)
  • Bit b (n) = işareti[ e(n) ] ( Olumlu → 1, negatif → 0)
  • x ⁇ (n) = x ⁇ (n-1) + {{ · (2b(n)-1) (i.e., +345 for b=1, ⁇ for b=0)

Bu basit tahminci/kantizer yapısı tüm delta modulation varyantlarının temelidir.

Delta Modulation Teknikleri

Standart Delta Modulation (Linear DM)

Yukarıda açıklanan temel form sabit bir adım boyutunu kullanır {{. onun basitliği düşük maliyetli, düşük güç uygulamaları için cazip hale getirir, ancak performans sınırlıdır. İki tür gürültü hakimdir: 0,0) Giriş neredeyse sabit olduğunda, giriş sinyalinin doğru seviyedeki sabit hale gelmesine neden olur.

Adaptif Delta Modulation (ADM)

Adaptif delta modulation, son derece ayrıntılı bir şekilde kullanılan bir algoritma ile sabit bir adım sınırlamasını aşmaktadır.Eğer tekrarlananlar aynı (giriş veya hızla yükselmeyi), adım büyüklüğü eğimi önlemek için arttırılır.Eğer biraz alternatifse, adım büyüklüğü 1'den daha az bir sinyal değişikliği ile azalır. ADMT:0Song algoritması veya Jayant algoritmasında kullanılan bir miktar daha genişleyen bir algoritma ile azalır.

Sürekli olarak Değişken Slope Delta Modulation (CVSD)

CVSD, Bluetooth ses iletimi (Pekiz için CVSD kodu) ve bazı askeri radyolarda kullanım için belirli bir ayardır.Seks, gürültülü ortamlarda sağlam performansla bir zarf dedektörü kullanır. CVSD için resmi standart, Bluetooth sesli iletim (ITU-T G.711 Appendix I[FLT) ile çok iyi ses kalitesi sağlar.

Delta-Sigma Modulation (DSM)

Delta-sigma modulation, büyük bir evrim temsil eder, oversampling ve gürültü şekillendirmeyi yüksek çözünürlüklü dönüşüm elde etmek için şekillendirir.Yapıcı (inansı dışında), “sigma” (integration) oluşturmak ve sonra bir decimasyon uygulamak için kullanılır (difference).

Avantajları ve Sınırlamaları

AdvantagesLimitations
Simple hardware – only a comparator, integrator, and clock needed Slope overload distortion at high input signal slopes
Low bit rate – 1 bit per sample, ideal for bandwidth-constrained links Granular noise (idle channel noise) when signal is near constant
No need for word synchronization or frame alignment Fixed small step limits dynamic range in standard DM
Inherent monotonicity – ideal for servo control loops Requires oversampling to achieve resolution comparable to PCM

Diğer ADC Teknikleri ile Karşılaştırma

Mühendisler genellikle küçük kodlama (PCM) ve diferansiyel PCM (DPCM) PCM'nin birden fazla örnek kullanarak her örnek için mutlak amplitüdünü karşılaştırır (örneğin 8-16 bit), mükemmel SNR'yi daha karmaşık ölçüm ve daha fazla kodlama gerektirir. DPCM, PCM'den daha az kullanarak başarı ile elde eder (tipik olarak 4–8 bitleri kullanarak) ancak DM'yi azaltır. DPCM kırmızı kodlamayı azaltır.

Delta modulation, sabit bir ölçümleme ile 1-bit DPCM olarak düşünülebilir. PCM'nin ana avantajı düşük frekanslı sinyallerin karşılaştırılabilir ses kalitesi için çok daha düşük orantılı, özellikle de konuşma.Ancak, PCM, çok fazla sayıda ölçümleme oranına sahip daha iyi bir sadakat elde eder.

Bu seçenekler arasında seçim yapan mühendisler için, karar, düşük seviyeli karmaşıklıklarla ticarete bağlı; yüksek çözünürlükte yüksek dönüşüm için PCM. DM ve ADM basit, düşük seviyeli bağlantılar için en uygun; PCM basit dijital iletim için orta çözünürlükte; ve delta-sigma ile yüksek dönüşüm için aşırı dönüşüm için.

Delta Modulation of Applied Applications of Delta Modulation

Konuşma Coding ve Dijital Ses İletişim

Delta modulation'ın askeri ve ticari ses sistemlerinde uzun bir geçmişi vardır. ABD askerinin CVSD kodu (örneğin, 64 kbps'de ses iletmeleri için CVSD bağlantılarını kullanın.

Ses İşleme ve Tüketici Elektronik

Yüksek sadakatli ses sistemleri şimdi delta-sigma dönüştürücüleri kullanıyor olsa da, daha basit delta modulation, iki yönlü radyolar için niş uygulamaları bulur ve maliyet ve güç önemli olan bebek monitörleri de bazı erken dijital işitme yardımcıları ve ses kayıtlarında kullanılır.

Uzaktan Sensing ve Telemetri

Uydu telemetri ve uzaktan çevre izlemesinde, sensörler yavaş yavaş farklı sinyalleri (kıtıl, baskı, batarya gerilimi) Delta modulation, bu sinyalleri çok düşük oranları kullanarak etkin bir şekilde kodlar, değerli RF bant genişliği ve gücü korur. Zaman tahminleri ile tek bir DM encoder çoklu analog kanalları üretebilir ve biraz akış minimum karmaşıklık ile optik veya radyo bağlantıların üzerinden aktarılabilir.

Kontrol Sistemleri ve Simülasyonları

Delta modulation (malzemeli çıkış her zaman doğru yönde hareket eder) dijital kontrol döngüleri için cazip hale getirir. Motor hız kontrolü veya pozisyon servolar, bir delta modülatörü doğrudan bir adım motor veya PWM yükselticisi üretir. DM'nin geri bildirim yapısı, herhangi bir takip hatasının hızla doğru bir şekilde doğrulanmasını sağlar.

Delta-Sigma ADCs in Modern Instrumentation

Bugün delta modulation konseptlerinin en yaygın dağılımı, sinyal bandından ölçüm yapmak için kullanılan ölçümler ile .Bu dönüştürücüler, yüksek hızlarda çalışan bir 1-bit modülatörü kullanır (overling) ve kalibreler, sinyal bandından ölçümler yapmak için sabit ölçekler, termo çiftleştirmeler.The digital çıktısı, daha sonra Nyquist oranına çok sayıda çözünürlükte (bit) için mükemmel bir şekilde entegre edilir.

Mühendisler için Uygulamayı Değerlendirme

Adım Boyutlarını ve Sampling Rate'i seçin

Standart DM için, adım büyüklüğü 345 eğimi karşılamalıdır: {{ · f s ≥ max sinyal kesintisi. sinyalin büyüklüğü en yüksek amplitüd ve frekansı (bir sinüssel A ve frekansı f max için, max slew oranı = 2}}f max A). Örnek frekansı, Nyquist oranını birkaç kez (tipik olarak 4× 10 ×) azaltır. Adaptif bir DM için, adım büyüklüğüne göre, adım büyüklüğüne göre, sabit bir şekilde sabitlenir.

Donanım vs. Software Implementation

Delta modülatörler bir avuç analog bileşenle inşa edilebilir (komparator, op-amp bütünor, analog geçiş) bir dijital sinyal ile saatlenebilir. Ancak, modern uygulamalar genellikle mikro kontroller veya FPGAS'lar için bir yazılım DM encoder, analog bir ADC ile girişini okur, dijital olarak filtreliyor ve bir GPIO sinyali olarak biraz akıştan daha azını yapabiliyor.

Filtreleme ve Yeniden Yapın

Kombinasyon genişliğine (örneğin, 3,4 kHz) ek filtreleme gerektiren düşük frekanslı gürültü bileşenleri ile yeniden yapılandırılır. Filtreleme süresine bağlı olarak, özellikle de örnekleme saatinin çok yakınında. ADM/CVSD sistemlerinde, sinyal aralığına (örneğin, 3,4 kHz.

Test ve Değerlendirme

Bir delta modulation sistemini değerlendirdiğinde, mühendisler SNR'yi giriş amplity ve frekansın bir işlevi olarak ölçmeli. Aşırı yükleme noktası (SNR'nin keskin bir şekilde düşmesi) ve boş gürültü seviyesi için simülasyon için, dinamik aralığı standart DM üzerinden 10-20 dB tarafından geliştirilmelidir. Yeniden inşa edilen sinyalin spektral analizi harmonik bozulma ve gürültü şekillendirme etkilerini ortaya çıkarır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Delta modulation, bir mühendisin alet kutusu için temel ve çok yönlü bir teknik olarak kalır. Onun doğal basitliği, düşük miktar oranı ve kolay senkronizasyon, ses iletişim için güçlü bir aday yapar, telemetri ve kontrol uygulamaları için güç ve bant genişliğinin düşük olduğu kontrol uygulamaları. Standart sabit adım DM'nin adaptif sistemlere veya yüksek çözünürlükte (ADM, CVSD) ve aşırı doldurmalı gürültüyü yerine getirme, pratik bir adıma uygun olarak, pratik bir şekilde uygulamanızı sağlar.