Sensör teknolojisi ve dijital iletişim standartları hızlı bir şekilde yüksek hızlı, yüksek sadakatli veri dönüşümü için uygun bir talep yarattı; bunun yerine, büyük sinyalleri aynı anda ele almalı ve sayısal olarak tanımlayabilmeli.Eğer 128-element MIMO anteni dizisi, 64 kanallı ultrason görüntüleme testi, veya 32-speaker immersive ses sistemi, alt sinyal zincirinin ele geçirilmesi ve aynı anda çok sayıda analog girişleri ele almalı.

Multi-channel delta modulation (MCDM) bu kesin gereksinimleri karşılamak için tasarlanmış sağlam bir mimaridir. Tek-bit delta modulation, MCDM, analog ön uçlu hassaslıkta görülen birçok kanalda dönüşüm sürecini ölçeklendirirken, ADCsampling ve gürültü şekillendirmeye yardımcı olmak için tasarlanmıştır.

Bu makale, MCDM'ye teknik derin bir atlayış sağlar, mimarisini, temel bileşenleri, uygulama stratejilerini keşfeder ve birincil kullanım vakalarını uygular. Sinyal işleme, gömülü sistemler ve RF tasarımı, karmaşık sayısallaştırma görevleri için MCDM'yi dağıtmaya pratik öngörüler sağlayacaktır.

Delta Modulation İlkeleri

MCDM'yi anlamak için, ilk önce tek kanallı delta modulation'ın temellerini kavramalıdır. Standart bir DM encoder bir hesaplamadan oluşur ve bir geri bildirim döngüsü içinde 1bit DAC'dir.

Bu yaklaşımın birincil avantajı, basitliği ve doğal direncinin iletime hatalarıdır. Geleneksel bir Pulse Code Modulation (PCM) akışında, yüksek siparişlerde tek bir miktar hata önemli bir amplitüd hatasına neden olabilir.Bir DM akışında, tek bir eğim, sistemin hızlı bir şekilde kurtardığı küçük, yerelleştirilmiş bir hataya neden olur.

Bununla birlikte, standart DM iki farklı tür bozulmadan muzdariptir: eğim aşırı yükleme ve granular gürültü.Slope aşırı yükleme, giriş sinyalinin yüksek çözünürlükte en yüksek takip oranını aşıyorken gerçekleşir.Bu evrim, giriş sinyalinin nispeten düz olduğu zaman gerçekleşir.

Çok-Channel Operasyonları için Mimari Bakışlar

DM'yi birden çok kanala genişletmek, dikkatli bir mimari planlama talep eden kısıtlamalar getiriyor. birincil hedef, prosedürel:0)N) aynı doğruluk ve zaman aralığı ile aynı doğrulukla ve zaman aralığına sahip kanallardır. bağımsız modüller, ancak daha düşük toplam sistem maliyeti ve güç çizimleri ile.

Paralel Modulator Banks

MCDM'nin en doğrudan uygulanması, paralel bir modülasyon bankasıdır. Her analog giriş, kendi modülatörünü, ölçümleyici ve geri bildirim DAC. Tüm kanallara hızlı bir usta saat dağıtma, bu saat boyunca boş zaman dağıtması kritiktir; eşit uzunluklar veya tampon gecikmeler, doğrudan kirişler sistemi performansını tutarlı bir şekilde tanıtılır.

Zaman-Kontrol Mimarileri

Alternatif bir yaklaşım, modülator'un yerleşme zamanı ve bant genişliğine eşit olan tek bir zaman değiştirici kullanır.Bu mimari yüksek çözünürlük uygulamaları kullanarak daha az yaygındır, ancak mutlak fazdaki düşük frekanslı sinyalleri izlemek için uygulanabilir olabilir.

Oversampling'in Rolü

MCDM yüksek çözünürlük elde etmek için aşırı derecede aşırı derecede aşırı derecede aşırı derecede güveniyor. Aşırılık oranı (OSR), örnekleme oranının (Fs) oranının (Fs) Nyquist oranına (2*BW) oranına göre her bir alıcının, OSR'nin sabit olmayan oranını artırdığı, dijital geri dönüş gücü ve daha yüksek sipariş için dijital gücü artırdığı her kanalda veri oranını artırdığı anlamına geliyor.

Bir MCDM Sisteminin Temel Yapı Blokları

Tam bir MCDM sistemi üç temel aşamaya ayrılabilir: analog ön uç, modülel dizi ve dijital post-processor.

Analog Front-Bit (AFE)

AFE koşulları, tüm kanallardaki AFE'lerin yanıtını, kanallar arasındaki en az uyumsuz bir şekilde içeren bir sistemdir.Bazı yüksek uçlu sistemler, AFE yanlış eşleşmeleri ve AFE'lerin yanıtlarını dijital alanda karşılaştırmak, daha az kesin analog bileşenler kullanımı için bir çözüm sağlamalıdır.

Modelator ve Quantizer Dizileri

Modülel filtre ilk, ikinci veya daha yüksek sipariş olabilir. Yüksek siparişler, aşırı yüksek bir OSR grubu olmadan kararlılık ve ölçüm oluşturma konusunda daha iyi gürültü şekillendirme sağlar. Sayılamalar genellikle yüksek hızlı tasarımlar için tek bir kotatördür, ancak çok fazla değişkenli sinyalleştiriciler (küçük flaş ADCs) sayısal sinyalleme akışları, sayısal alanlarla sayısal alan arasındaki analogları en aza indirmek için döngü içinde kullanılabilir.

Digital Post-Processor

Çiğ delta akışları, kullanılabilir bir dijital sinyal üretmek için işlenmelidir. Bu işlem zinciri birkaç anahtar bileşen içerir:

  • [FONT=0)Dörtücü Filtre: [Dönder: [Dönder:0]Düzgürücü Filtre: [Dönderlik Filtresi: [Dönder] Low-passes, sinyalin aşırı derecede sabit olmayan, verimli uygulama nedeniyle ilk aşama için popüler.
  • [FONT=0)Kurumsal Mantık:[Dönetici:[Dönetici: 0) AFE veya modulation yollarında ölçülen herhangi bir yanlış eşleştirme için ayarlamalar yapılır, DC dengelemesi ve kanallar arasındaki hataları kazanır.
  • [FONT:0)Formatter: [DFLT:1] Veriler standart seri protokollerine (JESD204B/C, LVDS) yüksek hızlı bir şekilde aktarılması için, ASIC veya DSPİLFLT:2).

MCDM vs. Geleneksel ADC Mimarlıkları

Çok kanallı bir sistem için bir veri dönüştürücü seçerken, mühendisler genellikle SAR, boru hattını ve sigma-delta (MCDM) mimarlıklarını değerlendirir.Her biri uygulama gereksinimlerine bağlı olarak farklı avantajları vardır.

  • [FONT:0]SAR ADCs:[Dönetici: [Dönetici: 0,0] [Dönetici ve örnek oranları için mükemmel bir güç verimliliği sunmak (birkaç komisere kadar). Sıfır gecikmeli ve kullanımı kolay. Ancak, onları büyük sayıda kanal için ölçeklendirmek, her kanal için ADC'yi çoğaltmak, artan yönetim ve güç tüketimi lineer olarak.
  • [FONT:0)Pipeline ADCs:[Dönetici:[Dönetici:0)Pipeline ADCs:[[Dönetici:0))Pipeline ADCs:[Dönetici:[Dönetici: 0))) Çok yüksek örnek oranlarında yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (yalnızca yüzlerce kompresyonda iyi bir şekilde daha yüksek çözünürlüktedir.
  • [FONT:0)MCDM (Sigma-Delta): [DFLT:1), düşük seviyeli bant sinyalleri için en yüksek çözünürlükte ( birkaç MHz'de sınırlı sayıda faktöre) sahiptir, çünkü dijital filtreleme paylaşılabilir ve analog modülatör nispeten basit ve küçüktir. birincil ticaret-off, bazı kontrol çevrimlerinde sınırlı bir faktör olabilir.

Pratik Uygulama Stratejileri

MCDM sistemi ile çalışmak dijital platformun dikkatli bir şekilde dikkate alınması ve adaptif modulation ve filtreleme için kullanılan algoritmaları gerektirir.

FPGA-Centrik Tasarım

FPGAs, DSP dilimleri kullanarak ve RAM dağıtan PC sistemleri için seçim platformudur. Yüksek hızlı transceivers, LVDS veri akışlarını düzinelerce modülatörden alır.The digital post-processing (CIC filtreler, FIR düzeltme filtreleri) DSP dilimleri kullanarak ve RAM'ı kullanarak, tek bir sistemli sistemli sistemli sistem için IP çekirdekli bir sistem için tek bir sistem sağlar. Örneğin, Xilinx (AMD) CIC Compiler ve FIR Compiler IP çekirdekleri, zaman ayarlı çoklu veri kanallarını kullanarak birçok veri kanalıyla işlemek için yapılandırılabilir.

Adaptif Adım Boyutu Algorithms

Sabit bir adım boyutu, eğimli aşırılık ve granular gürültünün standart DM. MCDM sistemlerindeki birincil nedenidir (ADM) bunu aşmak için uyarlanabilir bir sistemdir. Ortak bir algoritma, Constant Factor Aible Delta Modulation (CFADM). mantık basit bir dijital mantıkta uygulanır ve aynı anda tekrarlayıcı bir sabit bir sesin tekrarlanması için sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenebilir.

Decimation Filter Design

Decimasyon filtresini tasarlayın, son sinyal kalitesini doğrudan etkiler. Çok aşamalı bir decimator neredeyse her zaman kullanılır. İlk aşama, genellikle büyük bir decimasyon faktörü (örneğin, 8 ila 32) en az donanıma sahip olan yüksek sipariş CIC filtredir. CIC filtresi neredeyse her zaman kullanılır.

Yaygın Teknik Hurdles'i geri getirmek

Yüksek performanslı bir MCDM sistemi, sinyal bütünlüğü ve zamanlama ile ilgili birkaç mühendislik zorlukunu aşmayı içerir.

Saat Jitter ve Faz Gürültü

Yüksek hızlı aşırı hız saati, MCDM sisteminin kalbidir. Saat jitter, anlık örneklemelere gürültü ekler. yüksek frekanslı giriş sinyalleri için, aperture jitter tamamen gürültü zeminine hakim olabilir, yüksek OSR Tasarımcıların faydalarını azaltmalıdır.

Inter-Channel Crosstalk

Crosstalk, bir kanaldan bir bitişik kanala bir sinyalin istenmeyen darbesidir. PCB'de kapasitif darbe ile meydana gelebilir, paylaşılan güç tedarik rayları veya elektromanyetik radyasyon. Mitigation stratejileri önemlidir. Bu, analog yollar arasındaki bekçi izlerini içeren dikkatli PCB düzeni içerir, agresif bir şekilde her kanalda güç malzemelerinin toplanması, saat ve veri hatları için diferansiyel sinyallendirilmesi ve analog ön uç bölümden fiziksel olarak kalkan.

Yüksek Hız Data Interface

64'ün bir OSR'sinde çalışan 32 kanal MCDM sistemi ve bir Nyquist oranı 2 MHz'in bir ham veri oranı 4.096 Gbps'nin bu verileri işlemciye almak, büyük bir zorluktır. JESD204B/C serisi bağlantıları bu sorunu çözmek için geliştirildi. Birden fazla kanaldan birkaç hızlı bir şekilde serileştiriliyor (örneğin, 10 Gbps'de 8 şerit).

Uygulamaların Araba MCDM Kabulion

MCDM'nin eşsiz yetenekleri, geniş bir dizi gelişmiş sinyal işleme uygulamaları için ideal bir seçim yapar.

Yazılım-Defined Radio and Massive MIMO

Bir Massive MIMO sisteminde, temel bant işlemcisi, tüm antenlerden aynı anda sinyalleri almalıdır. MCDM, anten elementinde sayısallaştırılmış, analog / sayısal sınırla hava arayüzüne yakın hareket etmek için gerekli olan tüm antenlerden elde edilebilir.Bu, gerçek yazılım tanımlı esneklik ve gelişmiş algoritmaların dijital ön-distorasyon (DPD) ve kesin dijital kirişlerin doğrulanmasına olanak sağlar. MCDM tarafından sağlanan senkronizasyonun, çoklu kirişler oluşturmak için gerekli olan tutarlı sinyal işlemesi gereklidir.

Profesyonel ve Spatial

Super Audio CD'lerde kullanılan Doğrudan Akış Dijital (DSD) formatı, yüksek çözünürlükte bir ticari uygulamadır. Profesyonel kayıt için, immersive ses ve akustik kirişler için, çok kanallı DSD kayıtlarının MCDM'yi 8, 16 veya hatta 32 kanalını elde etmesi gerekir.[D)

Fazd-Array Radar ve Sonar

Fazlı-array radarları, dijital alanda gerçekleştirilecek yüzlerce veya binlerce bireysel transceiver elementi kullanır. MCDM, her elementteki geri dönüş sinyalinin sayısallaştırılmasına olanak sağlar. Bu, kirişli aşamalarda doğrudan uyum sağlar ve sistemin tamamen dijital alanda gerçekleştirilmesini sağlar.

MCDM'nin Geleceği

Sistem daha fazla kanal ve daha yüksek bant genişliği talep etmeye devam ettikçe, çoklu kanal delta modulation'ın verimliliği ve ölçeklenebilirliği, otonom sürüş sensörü füzyondan sonraki nesil kablosuz ağ altyapısına kadar uzanan uygulamalar için sistemli sinyal işleme tekniğine entegre edilmesi bekleyebilir.Daha karmaşık dijital algoritmaların geliştirilmesi, bu yönlü sinyal işleme tekniğinin performans sınırlarını daha da zorlayacaktır.