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模拟和数字转换/增量调制

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增量调制

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现实世界过程的模拟波形的样本值通常是可以预测的,即样本之间的平均变化非常小。因此,我们可以根据当前样本值对下一个样本值进行“有根据的猜测”。虽然存在误差,但它远小于峰峰值信号范围。这个概念在预测编码调制中使用,它不是发送信号,而是仅发送预测误差。增量调制采用预测编码调制来简化硬件

增量调制的奇怪之处在于它试图用 1 位的分辨率来表示模拟信号。这是通过连续的步骤完成的,这些步骤要么向上,要么向下,并且由预设的步长大小决定。在增量调制中,我们有为每个采样器定义的步长 (Δ),并且我们有以下输出规则

  1. 如果输入信号高于当前参考信号,则将参考信号增加 Δ,并输出 1。
  2. 如果输入信号低于当前参考信号,则将参考信号减小 Δ,并输出 0。

增量调制的一些优点如下

  • 1 位分辨率,因此需要非常少的带宽和非常少的硬件。
  • 没有预设的上限或下限,因此增量调制(理论上)可以用于调制无界信号。

这些优点被斜率过载颗粒噪声的问题抵消了,这些问题在设计增量调制系统时起着重要作用。

斜率过载

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如果输入信号的上升或下降斜率大于 Δ/T(其中 T 是采样时间),则我们说采样器正在遭受斜率过载。本质上,这意味着在增量调制方案中,我们永远无法拥有超过某个上限的斜率,而以更快速率上升或下降的函数将被严重失真。如果 m(n Ts) 的斜率大于 m(n Ts- Ts) 的斜率,则会发生斜率过载失真。

颗粒噪声

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增量调制的一个问题是,输出信号必须始终要么增加一个步长,要么减少一个步长,并且不能停留在单个值上。这意味着,如果输入信号是水平的,则输出信号可能会出现振荡。也就是说,输出信号将看起来像一个波浪,因为它会定期地上升和下降。这种现象称为颗粒噪声

在 ADC(模数转换器)中使用时,可以通过在内部添加对应于 Δ 值的额外位分辨率来解决此问题。这样,在最终转换结果中可以忽略掉添加的 LSB(最低有效位)。

增量-sigma调制

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增量-sigma ADC(也称为 sigma-delta ADC)在内部使用增量调制技术。

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