Sigma-delta Adcs'in Rolü Hassasiyet içinde Ses Mühendisliği

Sigma-Delta ADCs in Precision Audio Engineering

Ses mühendisliğinde, doğru ses çoğaltmasının peşinde, mevcut olan her bileşenin kalitesine bağlıdır (ayrıca, delta-sigma) dönüştürücü yüksek performanslı ses uygulamaları için en kritik unsurlardan biridir. Bu dönüştürücüler, son derece basit bir şekilde bir analog ses dalgasının dijital verilere nasıl tercüme edildiğini belirler.

Sigma-delta ADCs performanslarını 120 dB'yi aşan ve ses şekillendirme tekniklerini kullanarak elde ederler ve ses mühendislerinden ölçümler yapabilmelerini sağlar.Bu yaklaşım, hassas harmoniklere, geçici ayrıntılara ve dinamik kontrastlara göre 24bit veya hatta 32-bit çözünürlükte, 120 dB'yi aşıyor.

Sigma-Delta ADCs Work

Sigma-delta ADCs, giriş sinyalini sürekli olarak bu sinyalin tahminine göre karşılaştıran bir geri bildirim mimarisine dayanıyor ve bu tür bir geri bildirim sinyalinin çıktısı, giriş ve geri bildirim sinyali arasındaki farkı temsil eden yüksek çözünürlüktir.

Anahtar inovasyon, modülatör, ses bandında gürültüyü azaltmak için Nyquist frekansından çok daha yüksek bir örnekleme hızında çalışır. Tipik bir ses ADC için, modülörün 64 veya 128 kez daha fazla ses efektif filtreyi kaldırabileceği yüksek frekanslara göre daha fazla gürültüyü genişletebilir.

Bazı modlama emirleri mümkündür, daha yüksek sipariş modülatörler yüksek siparişli gürültü şekillendirme ve daha iyi sinyal-to-noise oranları gibi gelişmiş tekniklerle, daha yüksek sipariş modülatörler de istikrar zorluklarını sağlar ve oscillation'ı önlemek için dikkatli bir tasarım gerektirir.

Modulator Loop

Bir sigma-delta ADC'nin kalbinde, sinyalleri takip eden sinyalleri ve geri bildirim sinyali arasındaki hatayı bir araya getiriyor.Bu birikti hata, girdiyi yönlendiren bir dijital çıktı için, DAC'nin ortalama değeri, sinyalin geri kalanını takip etmesi için, 1'in yüksek hızlı bir akış ve 0'ların yoğunlukta artış hızı.

Modül gürültüsünün etkisi ortaya çıkıyor çünkü bütünleşme gürültüsü, sonraki dijital filtreleme ile kaldırılabilir olan ses grubu üzerindeki frekanslara kadar iyi davranır. Low-fret gürültüsü, optimizasyonun yüksek kazancı ile kısaltılır.

Decimation Filter

Modül cihazı yüksek hızlı bir şekilde üretirken, decimasyon filtresi iki kritik işlevi gerçekleştirir: yüksek frekanslı gürültüyü etkilemeden azaltmalıdır ve istenen aşamaya örnek oranı azaltır.Bu filtre genellikle modüle geçiş oranı azaltır (decimation) bir aşama için 128x üzerinden 60 kHz indirme sistemi için bir tıklanır.

Decimasyon filtresinin tasarımı, ADC. Linear-fayda sonlu dürtü yanıtının genel performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir (FIR) filtreler yaygın olarak kullanılır, çünkü karmaşık ses sinyallerindeki zaman ilişkilerini korumak için önemli olan faz lineerliğini korurlar.

Ses ADCs için Anahtar Performans Ölçümleri

Segma-delta ADCs'leri sesli uygulamalar için değerlendirildiğinde, mühendisler doğrudan ses kalitesini etkileyen birkaç temel özellik üzerinde yoğunlaşır.

Signal-to-Noise Oran (SNR)

SNR, ses bant genişliğindeki gürültü gücüne olan tam ölçekli sinyal gücünün oranını ölçer, genellikle 20 Hz to 20 kHz. Sigma-delta ADCs, 120 dB'nin üzerinde SNR değerleri elde edebilir, bu da 20 bit veya daha fazlası için teorik olarak dinamik bir aralığına karşılık gelir.

Total Harmonic Distortion artı Gürültü (THD+N)

THD+N, sinyal seviyesine göre harmonik demleme ve gürültünün birleşik etkilerini doğrulamaktadır. Yüksek kaliteli ses ADCs, THD+N değerleri aşağıda -100 dB yaygın, yani bozulma ve gürültünün sinyalinin altında 100 dB'den fazla olduğunu ifade eder. Low THD+N, özellikle yüksek hacimli önbellekler veya işlemeler kullanırken, özellikle de yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, şeffaf kayıtlar için önemlidir.

Dinamik Aralığı

Dinamik aralık, ADC'nin maksimum sinyal seviyesi arasındaki farkın (örneğin, en az algılama veya sinyal bozulması) ve en az tespit edilebilir sinyal (tipik olarak gürültü zemini). Sigma-delta ADCs, 120 dB'yi aşan dinamik aralıklar sunar, bu da en yüksek ses değiştiricilerden her şeyi en yüksek ses değiştirici veya sinyal bozulmasına izin verir.

Intermodulation Distortion (IMD)

IMD, giriş sinyalinde iki veya daha fazla frekans karıştıran doğrusal olmayan bir şekilde ölçümler yapar. Low IMD, karmaşık müzik içeriklerini birden çok enstrüman veya seslerle doğru şekilde yeniden üretmek için önemlidir. Sigma-delta ADCs with well- designed modlators and istikrarlı geri bildirimler döngüleri çok düşük IMD değerleri elde edebilir, net, renkli olmayan seslere katkıda bulunabilir.

Sigma-Delta ADCs Diğer Operat Mimarlıklarına Karşı Karşı Karşıladı

sigma-delta ADCs hassas ses için tercih edilen seçimdirken, diğer dönüştürücü mimariler farklı uygulamalarda kullanılır. Ticaretten ayrılanlar, ses mühendislerinin belirli gereksinimleri için doğru dönüştürücü seçmelerine yardımcı olur.

Architecture	Resolution	Sampling Rate	Power Consumption	Audio Suitability
Sigma-Delta	16-32 bits	Low to moderate (up to ~1 MHz)	Low to moderate	Excellent
SAR	12-18 bits	Moderate to high (up to ~10 MHz)	Low	Good, but limited resolution
Pipeline	10-16 bits	High (up to ~1 GHz)	High	Poor for audio (low resolution)
Flash	6-8 bits	Extremely high (up to ~10 GHz)	Very high	Unsuitable (low resolution)

SAR dönüştürücüler, yüksek örnekleme oranlarında iyi doğrusallık ve orta çözünürlük sunar, belirli enstrümantasyon ve iletişim uygulamaları için onları faydalı hale getirir, ancak düşük çözünürlük ve yüksek güç tüketiminden muzdariptir. Boru dönüştürücüler, yüksek hızlı uygulamalar için tasarlanmıştır.

Sigma-delta dönüştürücüler tam olarak ses gereksinimleri ile uyum sağlar: yüksek çözünürlük, düşük gürültü ve geniş dinamik aralık. Aşırı doldurma yaklaşımı aynı zamanda anti-aliasing filtre tasarımını da basitleştirir, çünkü yüksek modülel oranı ses grubu üzerinde çok daha fazla paralelleştirir, hafif analog filtrelere minimum bozulma aşaması sağlar.

Profesyonel ve Tüketici Audio Uygulamaları

Sigma-delta ADCs, ses endüstrisi boyunca lekesiz hale geldi, uygun ses arayüzlerinden birincil kayıt konsollarına kadar değişen ürünlerde ortaya çıktı.

Profesyonel Kayıt Stüdyoları

Stüdyo ortamlarda, sigma-delta ADCs analog-to-dijik dönüştürücüler için mikrofon önbellekleri, konsolları karıştırır ve çok sayıda kayıt cihazını paralel olarak veya kapalı konfigürasyonlar ile daha yüksek performans veya kırmızı çekme olmadan sessiz seslendirmek için mühendislere izin verir.

Canlı Ses ve Yayın

Canlı ses sistemleri ve yayın konsolları yüksek sadakat ve güvenilirlik kombinasyonu için sigma-delta ADC'lere güveniyor. Dijital karıştırma konsolları bu dönüştürücüleri en az gecikmeli, yüksek kaliteli işlem için sinyal işleme, routing ve kayıt için doğrultma-delta ADCs'in düşük gecikmesi, dijital sinyal işleme ile birlikte, canlı mühendislerin minimum gecikme ile etkilerini ve işlemelerini talep eder.

Tüketici Audio Ekipman

Tüketici elektroniklerinde, sigma-delta ADCs, dijital ses oyuncuları, ev tiyatro alıcıları, ses barları ve bilgisayar ses arayüzleri tarafından yapılan bu dönüştürücülerin maliyeti yüksek çözünürlükte ses kaydı ve ses girişi için erişilebilir hale geldi. Birçok tüketici cihazı şimdi düşük güç tüketiminden ve küçük ayak izinden faydalandı.

Ölçme ve Test Ekipmanı

Ses ölçüm sistemleri, olağanüstü doğrusallık ve düşük gürültü köşeleri için sigma-delta ADCs kullanır. ses analizörleri, disme ölçüm sistemleri gibi cihazlar ve akustik ölçüm sistemleri, bu dönüştürücülere doğru, tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için bağlıdır. THD+N seviyelerini ölçmek için yeteneği -120 dB dönüştürücüler, minimum disme ile sinyalleri sayısallaştırmayı gerektirir, sigma-delta ADCs sağlar.

Sigma-Delta ADC Systems için Tasarım

Gerçek dünya ses ürünündeki bir sigma-delta ADC'nin tam performans potansiyelini incelemek, çeşitli tasarım faktörlerine dikkat gerektirir.

Saat ve Jitter

Bir sigma-delta ADC için örnekleme saati temiz ve istikrarlı olmalıdır çünkü saat jitter, SNR'yi bozan ve bozulmayı artırır. audio ADCs için, 1 resimosan RMS'den daha az bir jitter spesifikasyonu, düşük maliyetli kristaller için tasarlanmıştır.

Güç Supply Rejeksiyon

Sigma-delta modülcular, özellikle ses grubuna katılabilecek frekanslarda güç tedarik filtrelemesi ile düşük performanslı düzenleyicilerle, ferrite beads ve atlayıcılar temeldir. Sepaating analog and dijital güç domains and using ground models with careful partitioning prevents digital switch the sensitive Analog section of the dönüştürücüs.

Giriş Devreleri ve Anti-Aliasing

Bu dönüştürücülerin aşırı uçlu doğası genellikle 50-100 kHz ile birlikte yüksek frekanslı sinyallerin bozulması veya düşük gecikmeli bir şekilde kullanılması gerekir.Bu dönüştürücülerin aşırı uçlu doğası genellikle yeterli ve bu filtre genellikle pasif bileşenler veya düşük frekanslı operasyonel yükselteçlerle uygulanabilir.

Termal ve Layout

Sualtı-delta ADC'lerde ısı üretimi genellikle düşük, ancak termal gradients in the dönüştürücü çipler arasında kayma ve doğrusal olmayanlık sağlar.Finanstadaki ısı dağılımı ve üniforma hava akışı için ek olarak, PCB düzeni analog sinyallerin uzunluğuna en aza indirmek için izlenmelidir ve dijital izlerden kaçınmalıdır.

Sigma-Delta ADC Teknolojisinde Geleceği Geliştirme

Dijital ses formatları gelişmeye devam ettikçe, sigma-delta ADCs daha yüksek performans ve yeni yeteneklerle geliştirilmektedir.

Yüksek Sampling Oranları

DSD (Direct Stream Digital) ve PCM gibi yüksek çözünürlüklü ses formatlarında ilgi ve 384 kHz ve 768 kHz, düşük güç tüketimi ve mükemmel gürültü performansı korumak için gelişmiş üretim süreçleri ve optimize edilmiş döngü topolojileri kullanıyor.

Entegre Dijital Sinyal İşleme

Birçok modern sigma-delta ADC çipleri, programlanabilir dijital filtreler, aynı ölü devrelerde aşamalar kazanır ve sinyal işleme bloklarını içerir. Bu entegrasyon sistemi tasarımını basitleştirir ve gerçek zamanlı ayarlamaları filtre özellikleri, örnek oranları ve veri biçimlerine olanak sağlar. Bazı dönüştürücüler, örnekleme oranı dönüşüm içerir, harici devreler olmadan doğrudan farklı dijital ses protokollerine izin verir.

Çok-Channel ve Dizi Mimarileri

Immersive audio ve uzaysal ses uygulamaları için, çok kanallı sigma-delta ADCs ile sıkı kanal-to kanal eşleştirmesi daha yaygın hale geliyor. Bu cihazlar paylaşılan referans gerilimleri ve saat dağılımı ile tek bir çip üzerinde birden çok dönüştürücüler entegre ediyor, tüm kanallarda tutarlı performans sağlamak. Bazı tasarımları aynı zamanda mikrofon serisi işleme için tabanca devreleri veya faz hatları da içeriyor.

Gelişmiş Gürültü Shaping ve Düzeltme

Araştırma, üstolojileri şekillendiren yüksek siparişli gürültüye devam ediyor, çok fazla sayıda değişkenle ölçümleme ve dijital kalibrasyon teknikleri ile dijital kalibrasyon teknikleri.Bu yöntemler performans zarfını daha da ileri sürebilir, 130 dB ve THD+N'nin ötesine geçin -120 dB. Dijital düzeltme algoritmaları, doğrusal olmayanlar ve sıcaklık kaymaları için telafi edebilir, daha geniş çalışma aralıkları üzerinde tutarlı performans sağlar.

Audio Mühendisleri için Pratik Rehber

Sepgma-delta ADCs ile seçilen ses profesyonelleri için, birkaç pratik nokta en iyi sonuçları elde etmenize yardımcı olabilir.

• [FONT:0) Uygulamaya dönüştürücüyü yükler: Kritik dinleme için 24bit performans gerektiren bir kayıt stüdyosu dönüştürücü, güç tüketimi ve geçncy'nin daha önemli olduğu kablosuz mikrofon sisteminden farklı gereksinimleri vardır.
• [FONT:0)Evaluate gerçek dünya performansı: Datasheet özellikleri ideal koşullar altında ölçülmektedir; gerçek sinyal seviyelerinde dönüştürücü performans ve işletim sıcaklıkları ile belirli sistemde doğrulanabilir.
• [FONT:0) Saat kalitesine dikkat edin:[Dönetici:[Dönetici:0) Düşük hacimli bir usta saat içinde yatırım yapın ve çok kanallı sistemler için özel saat dağıtım devrelerini kullanın.
• [FONT:0) Güç bütünlüğünü kabul etmek: Temiz, uygun bir şekilde işlenmiş güç malzemeleri, dikkate değer gürültü ve bozulma performansı elde etmek için önemlidir.
• [FONT:0) Gerçek ses içeriği ile test:[Dönetici:[Dönetici:0) THD+N'yi ölçmenin yararlı olduğu halde, müzik ve konuşma içeriği ile dinlemek, ölçümlerin özyebileceği ince eserler ortaya çıkarabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sigma-delta ADCs, yüksek çözünürlüklü, düşük dijital dönüşüm erişilebilir ve uygun fiyatlı, ses şekillendirme ve dijital filtrelemenin benzersiz kombinasyonunu, ses sinyallerini olağanüstü doğrulukla ele geçirmelerini sağlar, profesyonel stüdyoları tüketici cihazlarına tanımlayan nüklerikler için gerekli olan özellikleri korur ve mevcut yeniliklere işaret eder.

Daha teknik ayrıntılar için, uygulama notlarını büyük üreticilerden gelen notları başvuru notları için bkz.Analog Cihazları) ve ).Texas Instruments).TheurFLT:4S[FLT)