Delta Modulation

Delta modulation (DM) her örnek noktada bir sinyalin basitliğini gösteren bir analog dönüşüm (ADC) oluşturur ve yüksek hızlı otomotiv sensörü sistemlerinde yenilenen bir ilgi gördü.Bu, tek bir işaretten farklı olarak: "1" sinyalinin her bir tahmine göre arttığını gösterir, delta modulation en basitleme oranı ve düşük çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek oranda iyi olduğunu gösterir.

Temel delta modülatörü bir hesaplamadan oluşur, o zaman bir yerel bütünleme ve bir saat. Kompatör, giriş sinyalinden gelen girdileri çıkarır; eğer farkın pozitif olduğu gibi, çıktının “1’dir, ki bu da daha sonra bütünleşmek için geri beslenir; negatif, bir “0' decrements it.

Otomotiv Radarı Uygulama

Otomotiv radar sistemleri, genellikle 24  'de çalışır; sürekli dalga (FMCW) radarı dijital sinyal işlemeden önce sayısallaştırılmış olmalıdır (DSP) hafif ADC yöntemi ve ışıklandırma sağlar.

Radar Signal Processing ilkeleri

Tipik bir FMCW radarında, bu sinyal doğru bir şekilde sabitlenir. Hedeften gelen sinyal, maksimum beklenen vuruş frekansının (toplamdaki on megahertz) aralığına ulaşmak için yeterli oranda karıştırılır.Bu dövme sinyali, hedef ve göreceli hız ile frekans değişiklikleri olan bir analog sinusoiddir.To digitize this beat sinyali doğru bir şekilde, ADC maksimum hız oranını yakalamak için yeterli düzeyde örnek olmalıdır.

Avantajları ve Trade-offs

  • [[Dönetici:0)Redüklenmiş veri karmaşıklığı[[Dönetici: Tek sayı, gerekli dijital otobüs genişliği ve hafıza genişliğini büyük ölçüde azaltır, elektromanyetik müdahaleyi basitleştirir ve azaltır.
  • [FONT=0) Düşük güç tüketimi[[Dönetici: Çünkü delta modulation sadece bir komplike ve bütünleştirici gerektirir, analog güç tüketimi genellikle yüksek çözünürlüklü Nyquist ADCs'den daha düşük. Dijital taraf, sinyali yeniden inşa etmek veya biraz daha fazla küçülmek için basit bir mantık kullanır.
  • [FONT:0) Yüksek hızlı veri alımı[[Dönetici: 1  ötesindeki ölçekler, geniş bant genişliği radar sinyallerinin ele geçirilmesine olanak sağlar.Bu, hızlanan hedeflerin tespitini sağlar.
  • [[Paragraf:0) Ticaret: gürültü şekillendirme[[Dönetici: Standart delta modulation, frekansla (eski sigma-delta modulation) artış gösteren bir ölçüm gürültüsüne sahiptir. sinyal bantlarından gelen radar uygulamaları için, sinyal bant genişliğinin sınırlı olduğu durumlarda, filtreli delta modulation yeterli sinyal-to-noise oranına sahip olabilir (SNR) tam bir sigma-delta dönüştürücüsi olmadan.

Otomotiv radarı lider tedarikçilerden gelen çipleri zaten ADC bloklarında 5  elde etmek için deneyler yapıyor; 4D görüntüleme radarı için gerekli olan anlık bant genişliği. Örneğin, bir delta-modated ADC doğrudan dijital bir kirişi besleyebilir, gerçek zamanlı açı tahminlerini en az geçkiyle besleyebilir.

Otomotiv Lidar'da Uygulama

Otomotiv kapakları lazer pul pul pulsları (tipik olarak 905 nm veya 1550 nm) yüksek çözünürlüklü 3D noktası çevre bulutları oluşturmak için.

Lidar Signal Özellikleri

ToF valfar'da, sensör kısa bir lazer pulu yayıyor ve puls'ın geri dönüşünü tespit ederek yuvarlak saatini ölçer. Analog ön uç, basit bir koğuşucu fotoyot gibi (örneğin, transimpedans yükselticisi olarak), amplifikasyonun tam varış saatini belirlemek için doğrulanmış olması gerekir.ADC'de herhangi bir gecikme doğrudan doğruya doğru bir şekilde ayarlandığında, Delta modda bir hıza doğru değişir. Delta modlama.

FMCW kapakarında, prensip FMCW radarına benzer, ancak frekans-swept lazer kullanarak. fazlı-array algılama, alınan lazer ışığı yerel osilatör ile karıştırır, RF aralığında bir dövme sinyali üretir. Bu dövme sinyali ADC kullanarak sayısallaştırılır - yine, delta modulation bir panar alıcı serisi için güç bütçesini azaltır, özellikle de birden fazla piksel paralel olarak okunurken.

Lidar Signal Processing için Faydaları

  • [FONT=0)Enhanced space çözünürlüğü[[Dönetici: Yüksek örnekleme oranlarına izin vererek, delta modulation, kapak alıcının iyi zaman ayırmalarını çözmesini sağlar, doğrudan daha iyi derinlik çözünürlüğüne (örneğin, alt-centimeter doğruluk) çeviriyi çevirir.
  • [FONT:0)Faster data iletimi[[[Dönetici: 1 ): Her bir pikselden tek bir sayı serileştirilebilir ve çoklu-gigabit oranlarında kapalı-çiçekletilebilir.In flash coverar (bir zamanlar tüm sahne ışıkta ışıklanır), bu büyük ölçüde pin sayı ve güç paralel yüksek çözünürlüklü ADCs ile karşılaştırılır.
  • [FONT:0]Gelişmiş gürültü bağışıklığı [Dönetici: 2))[Dönetici: 2)))))Endüsyon, ortak mod gürültüsü ve tedarik dalgalanmaları için doğal olarak sağlamdır. Bu, otomotiv elektrik ortamlarında iç yanma motorlarından yüksek müdahale ile çalışan alıcılar için çok önemlidir, motorlar ve diğer ECU’lar.

Araştırma grupları, doğrudan fotodetektör çiplerine uydurulmuş olan panar alıcılarını gösterdiler, piksel seviyesinde sayısallaştırmaya izin veriyor. Bu tür “dijital silikon fotomultipliers” (dSiPMs), yüksek zaman çizelgesine sahip tek foton olayları saymak için delta modulation kullanıyor, kapak performansı geleneksel analog yaklaşımlar ötesinde.

Diğer Modulation Teknikleri ile Karşılaştırma

delta modulation zorlayıcı avantajlar sunarken, sensör ön uçlarında kullanılan tek kodlama programı değildir.En yaygın alternatifler nab-code modulation (PCM), sigma-delta modulation (SDM) ve )

  • [FONT=0)Pulse-code modulation (PCM)[Dönetici: PCM her örneki çok kanallık bir kelime olarak kodlayın (örneğin, 8 ila 14 bit) mükemmel bir lineerlik ve SNR sağlar, ancak yüksek çözünürlükte ADC gerektirir.
  • [FONT:0]Sigma-delta modulation (SDM)[Dönetici: Sigma-delta, sinyal bandından uzaktaki dengeyi şekillendirmek için ilgili bir tekniktir.Dörtgen-delta çok yüksek çözünürlükte (16-24 bit) ancak dijital decimasyon filtreleri nedeniyle daha yüksek karmaşıklık maliyetine ulaşabilir.For coverar zamanı-stamping, gecikmeli performansa kadar gecikmeli olabilir.
  • [FONT:0)Pulse-density modulation (PDM)[DÜT:1)[PDM aslında bir sigma-delta bitstream olmadan seslenir, ancak radar için araştırılır.

Delta modulation tatlı bir noktada oturuyor: düşük latency ve 1bit dönüştürücünin basitliği sağlar, ancak dikkatli adaptasyon (ADM) birçok otomotiv sensörü sinyalleri için yeterli dinamik aralığı elde edebilir. sinyal bant genişliğinin dar ve dinamik aralığı yüksek olduğu senaryolar için, sigma-delta kazanabilir; ancak geniş bant, yüksek hızlı kanallar için, delta modulation genellikle güç ve alanda yeterli dinamik bir şekilde ortaya çıkabilir.

Uygulama Challenges and Solutions

Üretim otomotiv donanımında işleyicisi, mühendislerin devre tasarımı ve algoritma teknikleri aracılığıyla ele aldığı bilinen zorluklarla ilgilidir.

Slope Overload ve Idle Gürültü

Bahsettiği gibi, eğim aşırılık sinyalleri hızlı değişikliklerle azaltılır. Adaptif delta modulation bunu tekrarlama kalıpları için biraz daha fazla azaltabilir (örneğin, üç ardılı “1’in sinyali sabit bir adımdan daha hızlı olduğunu gösteriyor) ve sonra adım boyutunu azaltır. Ticari ADM devreleri bunu 80 dB, çoğu radar geri dönüş sinyalleri için uygun.

Saat Jitter Hassasiyet

Delta modulation, jitter'e karşı hassastır çünkü geri bildirimde herhangi bir zamanlama hatası yeniden yapılandırılır sinyal. Otomotiv ortamları, yüksek çözünürlükte hızlanabilir titreşim ve elektrik gürültüyü tanıtabilir. Solutions, düşük çözünürlükte (PLLs) düşük seviyeli titreşimler (VCO) ile kontrol edilir ve jitter-tolerant saat kurtarmasını sağlar.

Gürültü Shaping ve Filtreleme

Standart delta modulation, dijital alanda düz bir ölçüm gürültüsüne sahiptir, bu da sinyale eklenecektir. Forpressar Pulse detect, this noise can invisiblelator with a matched filter (e.g., a nab-shape korrelator) , baskılı gürültünün kullanımı takip ederek, etkili SNR doğal olarak gürültüyü bastırabilir.

Multichannel Synchronization

Bir fazlı-array radarı veya çok-pikli bir kapaklı kapaklı, her kanal ayrı bir delta modüllator kullanır. Modüller arasındaki uyumlar (önemli işlem katları için) aynı zamanda kanal düzeltme katları ve açı tahminleri dengelemek için hataları telafi eder. Kalibrasyon teknikleri, bilinen bir test ton enjekte etmek ve bütünleme boyutunu ayarlamak gibi, kanalları eşitleştirebilir.

Future Yol Tarifi

Otomotiv endüstrisi daha yüksek sensör füzyona doğru ilerliyor, radar, kapaklı ve kameralar tek bir algı yığınına entegre ediliyor. Delta modulation'ın düşük gücü ve düşük alanı, bunu [[0)in-pirik sayısallaştırma için etkileyici hale getiriyor.

  • [FONT=0]Hybrid delta-sigma modülcular[Döneticileri 1 ): Segma-delta'nın gürültüyü azaltmak için delta modulation'ın yapısal basitliğini birleştirmek. Araştırmacılar, koarseizasyon için küçük modülasyonu kullanan mimarileri geliştiriyorlar.
  • [FONT:0]Makine öğrenme tabanlı yeniden inşa[[[Dönetici: 1): Geleneksel dijital filtreler yerine, sinir ağları doğrudan analog sinyali yeniden yapılandırabilir, bu yaklaşım farklı sinyal istatistiklerine adapte edilebilir ve hatta modülel olmayanlar için telafi edilebilir.
  • [FONT:0) Dijital kirişle ilgili bilgiler[[DD Görüntüleme radarında, her alıcı kanalı, doğrudan ikili akışlarda çalışan bir delta-modated bitstream. Dijital kirişler (XOR- bazlı korelasyon) kanal başına ADC'nin güç maliyetinden kaçınmak için geliştirilmektedir.
  • [Üyetim:0) Otomobil veri otobüsleri için standartlaştırma[Dönetici: Otomotiv SerDes Alliance (ASA), koak veya bota-modere edilmiş sensör verilerini yürütebilecek modülasyonel veri bağlantılarını araştırıyor. Bu, sensör ön uçunu tek bir akışa çıkarmak için izin verir, sensör modülü ve merkezi işlem ünitesi arasındaki arayüzü basitleştirir.

Delta modulation yeni bir teknik değildir - 1950'lere geri tarihler - ancak donanım verimliliği sensör performansının sınırlarını zorlamaya devam ediyor, delta modulation daha güvenli, daha güvenilir algı sistemleri arasındaki ticaret devrelerini dikkatlice dengelemek için.