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模擬和數字轉換/增量調製

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增量調製

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現實世界過程的模擬波形的樣本值通常是可以預測的,即樣本之間的平均變化非常小。因此,我們可以根據當前樣本值對下一個樣本值進行“有根據的猜測”。雖然存在誤差,但它遠小於峰峰值訊號範圍。這個概念在預測編碼調製中使用,它不是傳送訊號,而是僅傳送預測誤差。增量調製採用預測編碼調製來簡化硬體

增量調製的奇怪之處在於它試圖用 1 位的解析度來表示模擬訊號。這是透過連續的步驟完成的,這些步驟要麼向上,要麼向下,並且由預設的步長大小決定。在增量調製中,我們有為每個取樣器定義的步長 (Δ),並且我們有以下輸出規則

  1. 如果輸入訊號高於當前參考訊號,則將參考訊號增加 Δ,並輸出 1。
  2. 如果輸入訊號低於當前參考訊號,則將參考訊號減小 Δ,並輸出 0。

增量調製的一些優點如下

  • 1 位解析度,因此需要非常少的頻寬和非常少的硬體。
  • 沒有預設的上限或下限,因此增量調製(理論上)可以用於調製無界訊號。

這些優點被斜率過載顆粒噪聲的問題抵消了,這些問題在設計增量調製系統時起著重要作用。

斜率過載

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如果輸入訊號的上升或下降斜率大於 Δ/T(其中 T 是取樣時間),則我們說取樣器正在遭受斜率過載。本質上,這意味著在增量調製方案中,我們永遠無法擁有超過某個上限的斜率,而以更快速率上升或下降的函式將被嚴重失真。如果 m(n Ts) 的斜率大於 m(n Ts- Ts) 的斜率,則會發生斜率過載失真。

顆粒噪聲

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增量調製的一個問題是,輸出訊號必須始終要麼增加一個步長,要麼減少一個步長,並且不能停留在單個值上。這意味著,如果輸入訊號是水平的,則輸出訊號可能會出現振盪。也就是說,輸出訊號將看起來像一個波浪,因為它會定期地上升和下降。這種現象稱為顆粒噪聲

在 ADC(模數轉換器)中使用時,可以透過在內部新增對應於 Δ 值的額外位解析度來解決此問題。這樣,在最終轉換結果中可以忽略掉新增的 LSB(最低有效位)。

增量-sigma調製

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增量-sigma ADC(也稱為 sigma-delta ADC)在內部使用增量調製技術。

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