Delta modulation, modern ses mühendisliğinde temel bir teknik olarak kalır, analog sinyallerin dijital forma yüksek sadakat ve minimum veri kümesi ile verimli bir şekilde dönüştürülmesine olanak sağlar. Geleneksel nabızlama (PCM), her örnek mutlak amplitüdünü, delta modulation, yüksek performanslı deltalama sistemleri ile yalnızca başarı ile ilgili olarak, bu tür bir tasarıma yönelik temelsel analizlerin ve özellikle de uygun şekilde işlenmesini hedeflemek için dikkatli bir şekilde gerekir.

Delta Modulation

Delta modulation (DM) bir analog giriş sinyalini, mevcut örnek arasındaki farkı ölçerek ve önceki çıktıdan elde edilen değerin tamamının ortaya çıkmasını sağlar. Sistem sabit bir yük boyutuyla yeniden yapılandırılır: bir ölçüm cihazı (komparator) sadece bir tane sabit sinyal ile karşılaştırır ve sonuçlanan ikili çıktı, sinyalin arttığını veya azaltılabileceğini gösterir.Bu bit akıştaki basıncın tekrarlanabilir bir şekilde tekrarlanabilir hale getirilmesini sağlar.

Bu sınırlamaları anlamak için, modulation döngüsünün frekans yanıtını düşünün.In theCompor eylemler düşük seviyeli bir filtre olarak, yüksek çözünürlükte ) = 1 / (1 – z –1)[Dönemli zaman aralığındaki 0.10 sabit bir giriş için, en yüksek çözünürlükte {{T:2).

Yüksek-Performance Systems

Basit ses kalitesi için uygun bir şekilde kullanılan bir delta modulation sistemi tasarlayın, birkaç birbirine bağlı blokların dikkatli bir şekilde tasarlayın. Aşağıdaki bileşenler, çeşitli giriş seviyelerinde düşük bozulmaya, geniş dinamik aralıklara ve sağlam bir operasyona ulaşmak için kritiktir.

Karşılaştırmacılar ve Sayıizerler

Geleneksel bir tekbit DM, hesaplamalı bir optik bağlantı ile sadece bir ayırıcı yükselteçtir. Ancak, yüksek performanslı uygulamalar için, çok seviyeli bir ölçüm gürültüsünü azaltmak için kullanılabilir. A 2 veya 3bit ölçüm oranı; örneğin, sabit bir miktar farkı azaltıp dinamik aralığın sabitlenmesini sağlar.Bu, adaptif bir deltaulation (ADM) ve sürekli değişken eğim Delta (CVSD) için temeldir.

Loop Filter Design Design

Diren filtre - genellikle ilk veya ikinci sipariş bütünleyicisi - gürültüyü şekillendirir ve geri bildirim döngüsünde stabilize edilir. İlk sipariş DM sisteminde, bütünlemeler DC'de tek bir kutup sağlar, geçişli bir akış devreleri sağlar ve yüksek zaman geri bildirimde bulunur.For order-lag Explains, ikinci kez ses ayarı, düşük frekanslı bir rezasyonla kaldırılabilir. Ancak, stabilite endişe verici olur; yüksek sipariş döngüsü, yüksek sipariş döngüsü dikkatli bir şekilde, çünkü ses geri bildirim ağları veya zaman geri bildirimleme ağları gibi.For applications, ikinci kez daha yüksek frekanslara doğru bir gürültü azaltma.

Adım Boyut Kontrolü ve Adaptasyon

Sabit adım boyutu delta modulation doğal olarak sınırlıdır. Bir adım çok büyük aşırı gürültüyü sessiz geçişlerde aşırı derecede azaltır; bir adım daha küçük geçiciler üzerinde eğimli mesafeye yol açar.Recept büyüklüğü azaltılır.Bu "mal hesaplama" aynı işareti varsa, bir parçalanmış Delta Modülasyonu (ADDM) Bir giriş hızla değişir; eğer biraz daha sık sık sık sık sık, sinyale uygun bir şekilde sabitlenirse, bu yüzden adım boyutu azalır.

Oversampling ve Örnek Rate

Oversampling yüksek performanslı delta modulation'ın temel taşıdır.Influence ateks (örneğin, 128 kHz to 1 MHz for audio), ölçüm gürültüsü daha geniş bir bant genişliğine yayılır, kablosuz ses gücü gibi yüksek çözünürlükte, modülasyon hızları azaltır ve 8 ile 32 arasında bir denge sağlar.

Tasarım ve Ticaret-Offs

Sürekli yüksek sadakatli ses sağlayan bir sistem inşa etmek, birkaç birbirine bağlı performans ölçümlerini sabote etmek gerektirir. Mühendisler sinyal bant genişliği, dinamik aralık, güç bütçesi ve geçncy kısıtlamaları dikkate almalıdır. aşağıdaki bölümler kritik tasarım kararlarını ve etkilerini ayrıntılı olarak inceler.

Signal Band geniş ve Slope Overload Margin

En temel tasarım kısıtlamaları, giriş sinyalinin maksimum eğimidir. Verilen bir adım boyutu 345 ve örnekleme dönemi T)[Döneticileri, en kötü eğimin üzerinde 20-50% marjı {{ / T)[Dönderlik süresine göre eğimli bir şekilde sabitleme ve en yüksek frekans bileşenleri için bile gerçekleşmez.

Sayım Gürültü ve Dinamik Aralığı

Bir tek bit DM sistemi, iç bant ölçüm gürültüsü gücü yaklaşık olarak akıp gidiyor:0)[Dönetici:2|1492 / 12) · (2f / );[D[Dönetici)[Dönetici)[Dönetici / dBS/FONT=C))) = 9-B[D=D=D=D=D=D=D FONT=3|p=))))))))))))

Saat Jitter ve Timing Hataları

Herhangi bir dijital modulation sistemi, saat jitter ile küçültülüyor. La modulation, jitter on the integration process, etkili bir şekilde giriş sinyalinin türevlerine doğru orantılı olarak ses ekliyor. yüksek performanslı sistemler için RMS jitter, jitter süresinin% 1'ini altında tutmalı; 1 MHz örneği saat boyunca, bu, on iki resimli osilatör seçimi ve PCB düzeninin maliyeti anlamına gelir.

Donanım Kompleksi ve Güç Tüketimi

Delta modulation için orijinal motivasyonlardan biri basitti; temel bir DM kodu cihazı, a comparator ve birkaç pasif bileşenle inşa edilebilir. Ancak, yüksek performanslı sistemler, algoritmalar ve multibit ölçümler için dijital mantık gerektirir.Bu dijital blok ölçeklerin güç tüketimi saat frekansı ve mantık karmaşıklığı ile yapılır.In batarya destekli cihazlar için, 10 mWbit veya kablosuz mikrofonlar, mühendisler genellikle ASIC'leri veya düşük performanslı sistemleri, algoritmayı uygulamak için dijital mantığı kullanır.

Gelişmiş Mimarlıklar ve Teknikler

Temel delta modulation programının ötesinde, performans sınırlarını zorlamak için birkaç gelişmiş varyant geliştirildi. Bu mimarileri anlamak, mühendislere özel gereksinimleri için doğru yaklaşımı seçmelerine yardımcı oluyor.

Adaptif Delta Modulation (ADM)

Daha önce açıklandığı gibi, ADM dinamik olarak son derece değişkene dayanan adım boyutunu ayarlar.En yaygın algoritma, 1'den daha fazla ölçekli bir tema ile daha iyi bir şekilde ayarlandığında, 0.66).

Sürekli olarak Değişken Slope Delta (CVSD) Modulation

CVSD, entegre çıktı ile bir analog bütünleme kullanan ADM'nin bir çeşididir; hem de bir RC ağı üzerinden adım büyüklüğüne kadar hız verir. Bu, ses sinyalleri için çok düşük bir başarısızlıktır.STANAG 4198 standart gerektiren ses mühendisliği uygulamaları için. CVSD encoder girişleri entegre çıktı ile karşılaştırır; kablosuz interkom sistemleri gibi - CVSD her iki adım da güçlü bir aday kalır.

Sigma-Delta Modulation (SDM) Karşılaştırma

Sigma-delta modulation (SDM) genellikle yüksek çözünürlükte karıştırılır, ancak SDM, geri bildirim döngüsünde yerine (pişmanlıklı) ve daha karmaşık bir öncelik filtrelerini sağlar.Bu değişiklik, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan ADC ve DACs gibi - DM/AD, DM/AD'ın en sonundaki seçim ve daha karmaşık bir öncelik oranına bağlıdır.

Pratik Uygulama Challenges

İyi bir-kosen mimarisi ile bile, gerçek dünya uygulamaları, ses kalitesini bozabilecek engelleri ortaya koyar. Mühendisler bu zorlukların dikkatli devre tasarımı, algoritma rafinerisi ve ayrıntılı testlerle ele almalıdır.

Analog Front-Bit Design

Giriş sinyali, modüle girilmeden önce grupla sınırlı olmalıdır.Bir anti-aliasing filtresi, aşırı uçlu hız oranın en yüksek seviyesine ulaşmak için kullanılabilir, ancak siparişin eğimi kontrol edilmesi gerekir; aşırı histeriler genellikle doğrusal olmayan bir yanıt için tercih edilir, ancak Chebyshev veya elipik filtreler daha düşük uçlara kadar keskin rulo ile uçarak kullanılabilir.

Dijital Gerçek Zaman İşleme

Adaptasyon algoritması dijital olarak uygulanırsa, döngü biraz süre içinde kapatılmalıdır. Yüksek örnekleme oranları (örneğin, 64× oversamped 32 kHz ses genişliği için 2.048 MHz), sayısal mantıkla gecikme süresi (ADC/DAC dönüşümü dahil) dengesizliğe en aza indirmek için minimuma indirme gerekir. Boru gecikmeleri döngü filtre tasarımında dikkate alınmalıdır; aksi takdirde, sistem osilasyonel gürültü şekillendirmede veya sergilenebilir.

Güç Supply ve Grounding Gürültü

Delta modulation devreleri güç tedariki dalgalanmaları ve zemini tersine çevirmek için hassastır, çünkü bütünleştirici ve komparator, küçük diferansiyel gerilimlerle çalışır.Sağlanan uzay alanları ile bakımlı, ayrı analog ve dijital tedarik alanları ile bakımlı ekipmana sahiptir ve yerel decoupling kapasitörler gereklidir.

Modern Audio Engineering uygulamaları

Yüksek performanslı delta modulation, düşük miktar oranı, düşük güç veya basit donanımın faktörlerini gerektirdiği birkaç ses domaininde nişini bulmaya devam ediyor.

Kablosuz Ses ve Intercom Systems

Birçok profesyonel kablosuz mikrofon sistemleri ve göz ardı edilen monitörler, ADM veya CVSD'yi 32 ve 64 kbps arasında biraz daha net bir şekilde kullanır. Bu, seslendirmenin korunması sırasında, PCM veya yüksek seviyeli DPCM'den daha az bant genişliğine sahip olduğu gibi, düşük veri oranı da çok fazla ayrımcılığa yol açmanızı sağlar.

İşitme Aids ve Yardımcı Dinleme Cihazları

Power verimliliği, bu, küçük bir batarya üzerinde günlerce çalışmalıdır. Delta modulation tabanlı kodcular 200-500 μW olarak az tüketilir, bu tür uygulamalar için ideal hale getirir. Modern işitme yardımı genellikle dinamik aralıklama ve gürültü azaltma algoritmaları ile bir araya getirir.

IoT'de Ses İletişim ve Gömülü Sistemler

Düşük maliyetli, düşük güç IoT cihazları, ses komutlarını veya kısa ses kliplerini iletmeye çalışan, delta modulation, zorlayıcı bir ticaret sunar. Basit bir tek bit DM encoder PWM çıktısını ve dış bir bütünleme kullanarak, ses iletimini sağlayan bir mikro kontrol cihazı üzerinde, sadece 16 kbps'de BLE'ye kadar sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek performanslı delta modulation sistemleri için ses mühendisliği için tasarım, adım büyüklüğü, aşırı düşük oranlarda şeffaf ses kalitesi ile optimizasyon algoritması arasındaki etkileşimin ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını gerektirir.Bu parametreleri dikkatle seçerek ve saat jitter, güç kaynağı gürültü ve analog-endiş tasarımı gibi pratik zorluklarla ele alın, basitleştirici bir şekilde optimize edici yıllardaki en iyi yöntemlere sahip mühendisler, bellekli bir şekilde yeniden yapılandırmaya devam ederler.

Daha fazla okuma için, orijinal kağıta uyarlanabilir delta modulation by Jayant ([Dönetici:0)IEEE Transactions on Communications, 1974), nihai ders kitabı delta-igma dönüştürücüler Schreier ve Temes ().Wiley, 2017).