Jakie książki lub strony polecacie o jednobitowych przetwornikach delta-sigma?

Sat Nov 27, 2004 2:23 am   

Użytkownik J.F. napisał:


Cały ten wątek dziwnie się rozwija. Przepychanki nomenklaturowe. Mam
wrażenie, że ci którzy chcą się czegoś dowiedzieć zaraz zwariują.
Wiadomo, że rozwiązania nie są zamknięte w sztywne ramy i mozliwe są
rózne wariacje, kombinacje rozwiązań łączenie technik itd.

Chodzi o to jak działa srzetwornik S-D (czy też D-S - nie ważne, o jedno
chodzi i NIE WAŻNE CZY AD CZY DA BO W TEJ TECHNICA PRAWIE NE MA
RÓŻNICY). Podstawowy przetwornik tego typu, bez żadnych ekstra zabiegów
i wynalazków, zbudowany jest na zasadzie serwa (czyli układu nadążnego)
bez histerezy. Czyli: jest węzeł porównujący, który porównując wejście z
wyjściem w takt zegara podciąga wyjście do poziomu wejścia dodając lub
odejmując od sygnału wyjściowego stałą (na razie) wartość
próbki-schodka. Na wyjściu otrzymujemy więc zygnał SCHODKOWY, nadążający
za sygnałem wejściowym w górę, w dół lub oscylujący wokół wartości
wejściowej co daje wspomniany SZUM.
Różnica między przetwornikiem AD i DA jest tylko co do tego, co
potraktyjemy za sygnał wyjścowy a co za wejściowy. Bo mamy do dyspozycji
3 linie: analogowa wejściowa (wejście przetwornika AD lub odniesienie
DA), analogowa wyjściowa (wyjście przetwornika DA), słowo cyfrowe
sprzężone z modulatorem (wejście DA lub wyjście AD - w zależnosci od
wykonania).

Pierwszym etapem modyfikacji przetwornika D-S w kierunku zastosowań
audio jest dodanie w pętli sprzężenia zwrotnego odpowiedniego filtru
(adekwatnego do zastosowania), który umożliwia najlepsze możliwe
nadążanie sygnału schodkowego za sygnałem, wliczając w to ogarniczoną
przedykcję (czyli przewidywanie w którą stronę pobiegnie sygnał w
przyszłości). W tym wykonaniu pojawia się już efekt modulacji szumu
wyjściowego - jego uśrednienie daje w efekcie sygnał bardziej zbliżony
do sygnału wejściowego.

Inną wariacją jest zastosowanie modulatora nie jedno, lecz
wielobitowego. Powoduje to, że wielkość schodków nie jest zawsze taka
sama, co podnosi w oczywisty sposób prędkośc narastania sygnału na
wyjściu przetwornika przy niezmienionej prędkości taktowania, ale
utrudnia filtracje na wyjściu analogowym.

Jeszcze inną wariacją jest sposób ZEROWANIA przetwornika. Inaczej robi
się to w zastosowaniach audio, gdzie składowej stałej się nie
wykorzystuje a inaczej w precyzyjnych przetwornikach pomiarowych DC,
gdzie jakość zerowania ma podstawowy wpływ na stabilność wyniku. Szum
cyfrowy będący wynikiem precyzji zerowania stanowi ograniczenie
rozdzielczości przetwornika, jeśli rozdzielczość i nawet dokładność
samego członu przetwarzającego jest wyższa. Ten szum to INNY rodzaj
szumu niż wywoływany przez modulator i jego uśrednianie nic już nie daje.

Ważne jest, że zmiana typu filtru, o którym była mowa wcześniej, oraz
zastosowanie dodatkowych filtrów post W SPOSÓB ZASADNICZY zmienia sposób
działania przetwornika s-d, decyduje o jego charakterystyce i
właściwościach, jakkolwiek PROSTA zasada działania pozostaje niezmienna.
Podobna sytuacja jest przy doborze współczynników filtrów o
nieskończonej odpowiedzi. Nie ma sie co sprzeczać o wspólczynniki i o
szczegóły konfiguracji. Jak wspomniałem, spektrum kominacji jest duże.

Na zakończenie dodam, że jak by nie kombinować, dla każdego przetwornika
s-d można precyzyjnie określić WYNIKAJĄCE Z BUDOWY: rozdzielczość,
dokładność, poziom szumów i pozostałe parametry, jak dla każdego
przetwornika. Jeśli w scalaku za przetwornikiem są jeszcze dodatkowe
filtry, to odrębna sprawa.

Nie wiem jak Wy, ale ja mam już serdecznie dość tego tematu Pa!

--

Pozdrawiam,

A. Grodecki

Sat Nov 27, 2004 12:12 pm   

On Sat, 27 Nov 2004 03:23:00 +0100, A.Grodecki wrote:

Nomenkulatura tez wazna, zebysmy mieli pewnosc ze o tym samym mowimy.


Jestes pewny ze o to samo ? OK, przyjmuje ze to samo.


No widzisz - nie bardzo. To co piszesz to pasuje do bardzo starej
"modulacji delta". Ktora miala w orginale jedna drobnostke - sygnal
MUSIAL sie ZMIENIC o JEDEN schodek. Czyli jesli podamy DC na wejscie,
to przez pewien czas sygnal nam narasta/opada jednostajnie - czyli na
wyjsciu komparatora ciag samych jedynek albo samych zer, potem mamy na
przemian +1/-1 - czyli z komparatora wychodzi nam 1010101....
I to moze dzialac, ale generuje pare problemow:

1) schodek musi byc taki jak zalozona dokladnosc. Czyli np 1/2^24.
2) czas narastania jest wtedy bardzo duzy. Tzn moze i 2^24 impulsow
dla ADc przebiegow wolnozmiennych to nie jest duzo, ale nie bardzo
sobie wyobrazam czekania 2^16 impulsow w DAc dla CD. Tzn troche
sobie wyobrazam - z gory zakladamy ze nie bedzie sygnalow o
wysokiej czestotliwosci i duzej amplitudzie. A bas sobie moze
narosta powoli.

I na ile ogladalem konstrukcje ADc to sie nieco mylisz - ten pierwszy
stopien analogowy jest przetwornikiem napiecia na wypelnienie.
Calkujacym blad, wiec dokladnosc dla DC ma teoretycznie nieskonczona,
ale tez po nieskonczonym czasie. Ale przyblizona wartosc uzyskasz w
miare szybko. Jak wychodzi 110111011011101110110... to juz po dwoch
impulsach wiadomo ze sygnal ma okolo 3/4 zakresu - chwilowo z
dokladnoscia 1/4, ale z kazdym bitem rosnie.
Wiec te SCHODKI wygladaja inaczej niz myslisz/piszesz !


W swietle tylko tego co napisales to nie bardzo sobie sobie wyobrazam
konstrukcje DA
No chyba ze jako "demodulator delta" - ze wszystkimi wadami.

A prawdopodobnie dziala to troche tak jak napisalem - przetwornik
[cyfrowy] na wypelnienie, potem zestaw FDP analogowych. I tu mnie
bardzo parametry tego filtru interesuja - bo na razie to nie bardzo
jestem w stanie sobie wyobrazic jak on ma zapewnic zadane pasmo i
dokladnosc jednoczesnie.
Oversampling i np jak 14 bit DAC moze osiagac jakosc 16-bitowego
dla sygnalow ZMIENNYCH rozmumie, tego 1-bit nie bardzo, choc to niby
analogicznie.


No wlasnie nie bardzo. Tu im dluzej usredniasz sygnal tym
dokladniejszy sie robi [oczywiscie dochodza technologiczne granice].
A jak chcesz szybko to on NIE MOZE byc dokladny, bo z przetwornika
napiecie-wypelnienie jeszcze nie wyszla pelna informacja.
Innymi slowy - ma dlugi czas ustalania, cos zupelnie nie znane
[albo nie w takim stopniu] w bardziej klasycznych przetwornikach.

J.

Mon Nov 29, 2004 7:29 am   

"J.F." <jfox_nospam@poczta.onet.pl> wrote in message
news:i6lfq0pki25vorbbvf58ic5bs2n6ac3ll2@4ax.com...

IMHO to nie ma znaczenia bo zasada jest ta sama - zmieniaja sie tylko
elementy (np kwantyzator w przetworniku C/A jest cyfrowy a w A/C analogowy
itd.) tu powstal bardzo potezny spor o semantyke....a wlasciwie caly swiat
traktuje DS czy SD jako to samo.
Sygnal bledu (roznica z kwantyzatora) dodawany jest po przejsciu przez filtr
(jego rzad decyduje o skutecznosci modulatora) do sygnalu wejsciowego. Kazdy
przetwornik w tzw stanie jalowym generuje wzor(szum) i stad jego limit
dokladnosci. Przetworniki DS nie lubia miec stalych napiec na wejsciu
dlatego dodaje sie szum do wejscia ktory potem powinno w obrobce
statystycznej sie odrzucic...w teorii niepowienien miec on wplywu na zakres
dyanmiczny czy rozdzielczosc.
Acha nie byla to nota Maxima, raczej jakies zrodlo uniwersyteckie, wygooglaj
dokumentow na ten temat jest bardzo duzo....

Mon Nov 29, 2004 12:34 pm   

On Mon, 29 Nov 2004 08:29:10 +0100, PAndy wrote:

Hm, ja sie moze myle, ale A/D to wlasnie bardzo lubia DC. Natomiast
D/A w zaleznosci od parametrow filtru moga nie lubic - tylko ze
dodanie szumu nic tu nie pomoze.

Dodawanie szumu to moze miec sens w klasycznych A/D - statystyka
pozwala zwiekszyc dokladnosc. S-D A/D to niejako sam sobie doklada ten
szum ..

J.

Mon Nov 29, 2004 3:03 pm   

W modulatorach delta-sigma zwłaszcza w zastosowaniu D/A stosuje się
fitry wyższych rzędów. Ich sprzętowa, cyfrowa implementacja gubi
składową stałą. Modulatory pierwszego rzędu przenoszą składową stałą bez
problemu.
Pozdr. JanuszR

Tue Nov 30, 2004 1:14 pm   

On Mon, 29 Nov 2004 16:03:44 +0100, Janusz Raniszewski wrote:

Hm .. ja sie moze myle, ale w D/A to chyba powinny byc filtry glownie
analogowe.
I w zasadzie czemu by mialy gubic DC ? Filtr jest ciagle DP, nie
powinien..


J.

Tue Nov 30, 2004 3:26 pm   

J.F. napisal(a):


Wedlug specyfikacji SACD nosnik ten przenosi od DC do 100kHz.....

--
Pozdrowienia, Marcin E. Hamerla

"Głęboko wierzę, że ludzie ze swojej natury nie chcą żyć pod dyktaturą,
chcą być wolni i wieść normalne, spokojne życie, trzeba im tylko pomóc."

Tue Nov 30, 2004 3:44 pm   

realizacji cyfrowej lub analogowej modulatora jest to filtr analogowy
lub linia opóżniająca, która wraz ze strukturą modulatora na zewnątrz
zachowuje się jako filtr dolnoprzepustowy dla sygnału a górnoprzepustowy
dla szumu kwantyzacji, lub w realizacji cyfrowej zestaw sumatorów. Aby
jak najbardziej oddalić pasmo szumów modulatora od pasma Nuqista w celu
separacji szumów od sygnału stosowane są dwie metody.
Bardzo szybkie próbkowanie oraz filtr n-tego rzędu w strukturze
modulatora pozwalający na lepszą separację szumów od sygnału a przez to
operowanie na wyższych częstotliwościach przy tej samej częstoltiwości
próbkowania. Szybkie próbkowanie w realizacji cyfrowej wiąże się z dużym
poborem prądu dlatego efektywniejszą metodą jest stosowanie modulatorów
wyższego rzędu (w filtrem n-tego rzędu). W realizacji cyfrowej
modulatora MASH (Mutli stAge noiSe sHaping - śmieszne czego to ludzie
nie wymyślą) D-S sygnał wyjściowy jest wielopoziomowy. Sygnał jest
składany jako suma wielu operacji sumowania w tzw. sieci redukującej
szum, w której poszczególnym sumom nadaje się różne wagi, również
ujemne. To ta sieć jest odpowiedzialna za gubienie składowej stałej.
Poza tym cyfrowe modulatory głupieją przy braku sygnału ponieważ ich
stan a dokładnie stan przeniesień generowanych przez sumatory jest wtedy
nieustalony, dlatego nie powinny być używane dla sygnałów stałych. Aby z
modulatora D-S zrobić przetwornik D/A na wyjściu daje się decymator
(często w wydaniu cyfrowym również zestaw sumatorów) ale można również
do modulatora cyfrowego dołączyć zewnętrzny filtr dolnoprzepustowy
analogowy lub C przełączany. Dlatego kości różnych producentów mają
różne wymagania co do tego fitru od braku filtru (pełna implementacja
D/A) poprzez pośrednie rozwiązania prostego kondensatora na wyjściu (w
kości jest decymator) do wymagania filtru rekonstukcyjnego n-tego rzędu
(w kości jest tylko modulator). Tak więc w przetworniku D/A typu D-S są
trzy filtry. Wewnętrzne dwa (fizycznie może ich być znacznie więcej) ale
te dwa filtry są rozpatrywane tylko ze względu na przepływ sygnału i
wyjściowy jeden. Antyaliasingowy filtr wejściowy z reguły jest zbędny.
Modulatory cyfrowe pierwszego rzędu nie mają sieci redukującej szum
dlatego przenoszą składową stałą ale z wartością zerową sygnału również
mają kłopoty. Można ten stan wymusić wewnętrznie na najmłodszym bicie i
wtedy mają np. rozdzielczość 16bit ale ważnych bitów jest tylko 15.
pozdr. JanuszR