DE2420519A1 - Asynchronous delta modulator - designed for adaptive digitalisation of analogue signals with reduced component requirements - Google Patents
Asynchronous delta modulator - designed for adaptive digitalisation of analogue signals with reduced component requirementsInfo
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Abstract
Description
s'Asynchroner Deltamodulator" Die Erfindung betrifft einen asynchronen Deltamodulator zur adaptiven Digitalisierung von analogen Signalen, bei dem das Differenzsignal zwischen dem augenblicklichen Analogsignal und einem Prädiktorsignal als Kriterium für die Polarität zu bildenden des/binären Ausgangssignals dient. s'asynchronous delta modulator "The invention relates to an asynchronous Delta modulator for adaptive digitization of analog signals, in which the Difference signal between the instantaneous analog signal and a predictor signal serves as a criterion for the polarity to be formed of the / binary output signal.
Im Bestreben, analoge Signale wie Sprache bzw. Videosignale digital zu verarbeiten, sind verschiedene Verfahren zur Umwandlung analoger Signale in eine digitale Form entwickelt worden. Das zu verarbeitende Analogsignal läßt sich jedoch prinzipiell bei allen Verfahren /nur mit begrenzter Genauigkeit aus dem digitalisierten Signal zurückgewinnen.Endeavoring to make analog signals such as voice or video signals digital To process, there are various methods of converting analog signals into a digital form developed been. The analog signal to be processed can, however, in principle with all methods / only with limited accuracy recover from the digitized signal.
Das Ziel aller I)igitalisierungsverfahren besteht nun darin, bei möglichst geringem Schaltungsaufwand und geringer Bitrate am Ausgang eine bestmögliche Wiedergabequalität zu erreichen.The goal of all I) digitization processes is now to be as close as possible to With little circuit effort and a low bit rate at the output, the best possible reproduction quality to reach.
Unter den bekannten Verfahren benötigt die Delta-Modulation (IEEE Spektrum, Okt. 1970, 5. 69 - 78) als einfache Art der Delta-Puls-Code-Modulation (DPCM) einen besonders geringen Schaltungsaufwand, weshalb ihr eine relativ große praktische Bedeutung zukommt.Among the known methods, delta modulation (IEEE Spektrum, Oct. 1970, pp. 69-78) as a simple type of delta pulse code modulation (DPCM) has a particularly low circuit complexity, which is why you have a relatively large is of practical importance.
Nachteilig bei der Delta Modulation ist jedoch die relativ hohe Bitrate, die man vorzugsweise mit Eompandierungsverfahren (IEEE Trans.Com. 19; No. 4, Aug. 71, p. 570) bei gleichbleibender Wiedergabequalität zu verringern versucht.However, the disadvantage of delta modulation is the relatively high bit rate, which are preferably carried out using companding methods (IEEE Trans.Com. 19; No. 4, Aug. 71, p. 570) tried to reduce it while maintaining the playback quality.
Aus der Literatur sind taktgesteuerte oder synchrone Deltamodulatoren bekannt, die nur ein einziges Quantisiertingsin tervall besitzen, zum jeweiligen Taktzeitpunkt den Momenihn tanwert des Eingangssignals abfragen und/mit dem vorher übertragenen Signal vergleichen. Dabei verhindert der ständige Vergleich des Eingangssignals mit dem jeweils vorher übertragenen Signal ein Anwachsen oder eine Fortpflanzung eines einmal gemachten Quantisierungsfehlers.Clock-controlled or synchronous delta modulators are from the literature known to have only a single quantization own interval, Query the momentary tan value of the input signal at the respective clock time and / with compare the previously transmitted signal. The constant comparison prevents this of the input signal increases with the previously transmitted signal or a propagation of a quantization error once made.
Nachteilig bei dieser Delta-Modulation ist die hohe Bitrate am Modulatorausgang von ca. 56 k Bit/s bei einem Signal/Rauschverhältnis von S/N46 dB (Philips Technical Review, 1970, Vol. 31, No. 11/12, pp. 335 - 353), weshalb an Stelle des relativ einfachen linearen Prädiktors komplizierte Schaltungen mit Kompandierungseigenschaften (Electronic Letters, April 1970, Vol. 6, No. 9, pp. 272 - 274) verwendet werden, um bei gleichbleibender Wiedergabequalität die Bitrate zu verringern.The disadvantage of this delta modulation is the high bit rate at the modulator output of approx. 56 k bit / s with a signal / noise ratio of S / N46 dB (Philips Technical Review, 1970, Vol. 31, No. 11/12, pp. 335 - 353), which is why instead of the relative simple linear predictor complex circuits with companding properties (Electronic Letters, April 1970, Vol. 6, No. 9, pp. 272-274) can be used, to reduce the bit rate while maintaining the playback quality.
Aus der Zeitschrift Electronic and communication in Japan, 49, March 1966, pp. 34 - 42 ist ein asynchroner Deltamodulator bekannt. Er unterscheidet sich von dem getakteten Deltamodulator vor allem in drei Punkten: 1. Der asynchrone Deltamodulator benötigt keinen externen Cakt, Die Steuerung der erzeugten Ausgangsimpulse wird in Abhängigkeit vom Eingangssignal und dem vom Prädiktor erzeugten Signal vorgenommen. An seinem Ausgang liefert er bipolare Impulse, deren Flanken völlig unregelmäßig erscheinen.From the journal Electronic and communication in Japan, 49, March 1966, pp. 34-42, an asynchronous delta modulator is known. He is different of the clocked delta modulator mainly in three points: 1. The asynchronous delta modulator does not require an external Cakt to control the generated Output pulse is generated depending on the input signal and that generated by the predictor Signal made. At its output it delivers bipolar impulses, their flanks appear completely irregular.
2. Die Information ist in den Flanken des digitalen Signals enthalten.2. The information is contained in the edges of the digital signal.
3. Der Deltamodulator enthält einen zusätzlichen Impulsgenerator.3. The delta modulator contains an additional pulse generator.
Das bekannte Verfahren weist jedoch einen relativ hohen Schaltungsaufwand auf.However, the known method has a relatively high circuit complexity on.
Ferner ist ein asymmetrischer Deltamodulator bekannt, der aus einer Differenzstufe mit nachgeschaltetem symmetrischem Begrenzer mit Hysterese besteht und bei dem das Ausgangssignal des Begrenzers integriert und mit dem Eingangssignal verglichen wird (Electronic Letters, Jan. 1966, Vol. 2, No. 1, S. 7 - 9). Hier wird zunächst die Differenz zwischen Eingangs- und Prädiktorsignal und anschließend-in dem symmetrischen Begrenzer mit Hysterese festgestellt, ob der Betrag-der Abweichung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Es sind zur Realisierung der Schaltung beispielsweise zwei Differenzverstärker erforderlicht von denen der erste in der Differenzstuf, der zweite als symmetrischer Begrenzer mit Hysterese verwendet wird.Furthermore, an asymmetrical delta modulator is known, which consists of a Differential stage with downstream symmetrical limiter with hysteresis exists and in which the output signal of the limiter is integrated and with the input signal (Electronic Letters, Jan. 1966, Vol. 2, No. 1, pp. 7-9). Here will first the difference between the input and the predictor signal and then-in the symmetrical limiter with hysteresis determined whether the amount-of the deviation exceeds a specified value. There are to realize the circuit for example two differential amplifiers required of which the first in the Difference stage, the second is used as a symmetrical limiter with hysteresis.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Stand der technik zu verbessern, insbesondere soll der Schaltungsaufwand des asynchronen Deltamodulators reduziert werden.It is the object of the invention to improve the state of the art, in particular, the circuit complexity of the asynchronous delta modulator should be reduced will.
Diese Aufgabe wird gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.This object is achieved according to the invention specified in claim 1.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es nunmehr möglich, einen asynchronen Deltamodulator zu realisieren, der mit einem sehr geringen Schaltungsaufwand auskommt.The inventive solution, it is now possible to use an asynchronous To realize a delta modulator that manages with very little circuit complexity.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the subclaims.
Durch die Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 und 3 läßt sich der asynchrone Deltamodulator den charakteristischen Eigenschaften des zu modulierenden Signals optimal anpassen. So ermöglicht die Ausgestaltung nach Anspruch 3 die Anpassung des Modulators an beispielsweise sinusförmige Eingangssignale.By the embodiments of the invention according to claims 2 and 3, the asynchronous delta modulator can be adapted to the characteristic properties of the optimally adapt the signal to be modulated. So allows the design according to Claim 3 the adaptation of the modulator to, for example, sinusoidal input signals.
Die erfindungs gemäße Lösung benötigt keine Impuls generatoren, sondern lediglich einen einzigen Differenzverstärker, der so beschaltet ist, daß die Schaltung eine Hysterese aufweist.The fiction, contemporary solution does not require pulse generators, but only a single differential amplifier, which is wired so that the circuit has a hysteresis.
Im folgenden wird nun die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 Blockschaltbild des erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulators.In the following the invention is now based on an embodiment explained in more detail. They show: FIG. 1 block diagram of the asynchronous according to the invention Delta modulator.
Figur 2 Zeitdiagramm zum asynchronen Deltamodulator.Figure 2 timing diagram for the asynchronous delta modulator.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines asynchronen Deltamodulators gemäß der Erfindung dargestellt. Das analoge Eingangssignal s gelangt zu einem ersten Eingang E1 eines Differenzverstärkers 1. Der Ausgang A des Differenzverstärkers ist gleichzeitig Ausgang des asynchronen Deltamodulators.In Figure 1 is a block diagram of an asynchronous delta modulator shown according to the invention. The analog input signal s arrives at a first one Input E1 of a differential amplifier 1. The output A of the differential amplifier is also the output of the asynchronous delta modulator.
Das Ausgangs signal k des Differenzverstärkers gelangt ferner über einen Prädiktor 2 zum zweiten Eingang E2 des Differenzverstärkers.The output signal k of the differential amplifier also passes over a predictor 2 to the second input E2 of the differential amplifier.
Als Prcdiktor kann ein Integrator, bestehend aus einem durch einen Kondensator rückgekoppelten Operationsverstärker verwendet werden, oder auch einfach eine geeignete RG-Kombination, wie z. B. nachfolgend beschrieben.An integrator, consisting of one through one Capacitor feedback operational amplifier can be used, or simply a suitable RG combination, such as B. described below.
Besonders vorteilhaft ist es, einen Prädiktor gemäß Figur 1 zu verwenden. Dieser Prädiktor besteht aus der Reihenschaltung der Widerstände R1, R2 und R3 und des Kondensators C2, dessen freies Ende an das Bezugspotential gelegt ist. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 und dem Bezugspotential ist zusätzlich ein Kondensator C1 geschaltet.It is particularly advantageous to use a predictor according to FIG. This predictor consists of the series connection of resistors R1, R2 and R3 and of the capacitor C2, the free end of which is connected to the reference potential. Between the connection point of the resistors R1 and R2 and the reference potential is additional a capacitor C1 connected.
Das freie Ende des Widerstandes R1 stellt den Eingang des Prädiktors dar, der mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist und der Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3 bildet den Ausgang des Prädiktors, der das Signal y an den Eingang E2 des Differenzverstärkers abgibt.The free end of the resistor R1 represents the input of the predictor which is connected to the output of the differential amplifier and the connection point the resistors R2 and R3 forms the output of the predictor, which the signal y on outputs the input E2 of the differential amplifier.
Erfindungsgemäß ist der Differenzverstärker so beschaltet, daß die Schaltung eine Hysterese aufweist. Die Hysterese läßt sich erfindungsgemäß mittels eines üblichen Differenzverstärkers und zweier Widerstände realisieren. Hierzu wird, wie in Figur 1 gezeigt, der eine Eingang E1 über einen ersten Widerstand R6 und der Ausgang A über einen zweiten Widerstand R7 mit dem ersten positiven Eingang Eo s des Differenzverstärkers 11 verbunden. Der andere Eingang E2 und der Ausgang entsprechen demzweiten Eingang bzw. dem Ausgang des Differenzverstärkers, Die gewünschte Hysterese des Differenzverstärkers ist hier durch die Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R6 und/oder R7 einstellbar.According to the invention, the differential amplifier is connected so that the Circuit has a hysteresis. According to the invention, the hysteresis can be determined by means of a common differential amplifier and two resistors. For this purpose, as shown in Figure 1, the one input E1 through a first resistor R6 and the output A via a second resistor R7 to the first positive input Eo s of the differential amplifier 11 connected. The other input E2 and the output correspond to the second input or the output of the differential amplifier, the desired The differential amplifier hysteresis is due to the choice of resistance values of the resistors R6 and / or R7 adjustable.
Beispielsweise wächst die Hysteresespannung, wenn der Widerstandswert des Widerstandes R7 verringert wird.For example, the hysteresis voltage increases when the resistance value increases of resistor R7 is reduced.
In Figur 2 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulators dargestellt.In Figure 2 is a timing diagram for explaining the operation of the Asynchronous delta modulator according to the invention shown.
Figur 2a zeigt als Beispiel das Eingangssignal s mit dem Verlauf s = O für die Zeiten t # to und s - e-a(t-tO) für die Zeiten tto Das Ausgangssignal y des Prädiktors ist zum besseren Verständnis in das gleiche Diagramm strichliert eingezeichnet. Differenzverstärkers Figur 2b zeigt das Ausgangssignal des / rund damit des asynchronen Deltamodulators in Abhängigkeit von der Zeit.As an example, FIG. 2a shows the input signal s with the curve s = O for the times t # to and s - e-a (t-tO) for the times tto The output signal y of the predictor is dashed in the same diagram for better understanding drawn. Differential amplifier Figure 2b shows the output signal of the / round thus the asynchronous delta modulator as a function of time.
Immer wenn die Abweichung zwischen dem Eingangssignal s und dem Ausgangssignal y des Prädiktors den Betrag der Hysteresespannung Uh überschreitet, wechselt der Ausgang des Differenzversarers / seln Vorzeichen.Whenever the deviation between the input signal s and the output signal y of the predictor exceeds the amount of the hysteresis voltage Uh, the changes Output of the differential insurer / seln sign.
Bei konstantem Verlauf der Eingangs spannung hat die nachgebildete Spannung y den gleichen wellenförmigen Verlauf wie diejenige eines synchronen Deltamodulators. Auch der Sprung an der Stelle to wird gleichermaßen schlecht wiedergegeben.If the input voltage remains constant, the simulated Voltage y has the same undulating course as that of a synchronous delta modulator. The jump at the point to is reproduced equally poorly.
Eine bemerkenswerte Verbesserung wird jedoch in den Bereichen geringer bis mittlerer Steigung des Eingangssignals erreicht, wenn diese die Steigung des Prädiktors nicht übertrifft, da bei fehlendem Zeitraster und /bei der Schaltung des hier gewählten und in Figur 1 dargestellten Prädiktors das nachgebildete Signal y höchstens um Differenzverstärkers den Betrag der Hysteresespannung des -- - / vom Eingang signal s abweicht. Dies macht sich in einem besseren Signal/ Rausch-Verhältnis und vor allem in einer guten Sprachverständlichkeit, die einem analogen System entspricht, bemerkbar.A notable improvement, however, is in the areas less to medium slope of the input signal if it exceeds the slope of the Predictor is not exceeded because there is no time grid and / or the switching of the predictor selected here and shown in FIG. 1, the simulated signal y at most by the differential amplifier the amount of the hysteresis voltage of the - - / differs from input signal s. This translates into a better signal / noise ratio and above all in a good speech intelligibility, which corresponds to an analog system, noticeable.
Die mittlere Zeichenwechselfrequenz des erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulators beim Eingangs signal s = 0 hängt von der Höhe der Hysteresespannung Uh ab. Durch geeignete Wahl der Widerstände R6 und R7 läßt sich die ZeRtenwechselfrequenz entsprechend dem vorgesehenen Einsatz des Modulators den aeweiligen Verhältnissen optimal anpassen.The mean symbol rate of the asynchronous according to the invention Delta modulator at the input signal s = 0 depends on the level of the hysteresis voltage Uh off. By a suitable choice of the resistors R6 and R7, the alternating frequency of the cells can be determined depending on the intended use of the modulator and the respective conditions adapt optimally.
Ein weiterer Grund für die besonders gute Sprachverständlichkeit der demodulierten Signale des asynchronen Deltamodulators liegt darin, daß die Grundfrequenz des digitalen Ausgangsignals des Modulators und somit die Grundfrequenz des nachgebildeten Signals des empfangsseitigen Prädiktors immer exakt mit der Grundfrequenz des Eingangssignals übereinstimmt. Selbst wenn der Prädiktor bei höheren Frequenzen und Amplituden des Eingangssignals s hinsichtlich des Anstiegs seines Ausgangssignals überfordert ist, so gibt er doch zumindest die Grundwelle des ursprünglichen Signales s exakt wieder.Another reason for the particularly good speech intelligibility of the demodulated signals of the asynchronous delta modulator is that the fundamental frequency of the digital output signal of the modulator and thus the fundamental frequency of the simulated Signal of the predictor at the receiving end always exactly with the fundamental frequency of the input signal matches. Self if the predictor at higher frequencies and amplitudes of the input signal s with respect to the rise of its output signal is overwhelmed, it gives at least the fundamental wave of the original signal s exactly again.
Empfangsseitig besteht der Demodulator, der zur Demodulation der vom erfindungsgemäßen asynchronen Deltamodulator gelieferten binären Ausgangssignale gehört, aus dem gleichartig aufgebauten Prädiktor des Modulators und einem nachgeschalteten Tiefpassfilter, welches das Nutzsignal von den störenden Anteilen der Zeichenwechselfrequenz trennt.At the receiving end there is the demodulator, which is used to demodulate the from asynchronous delta modulator according to the invention supplied binary output signals belongs, from the similarly structured predictor of the modulator and a downstream Low-pass filter, which separates the useful signal from the interfering components of the character change frequency separates.
Der erfindungsgemäße Modulator hat außer dm sehr geringen Schaltungsaufwand den Vorteil, daß er sich mit Ausnahme der Kondensatoren G1 und C2 problemlos integrieren läßt.Apart from dm, the modulator according to the invention has very little circuit complexity the advantage that it can be integrated without any problems with the exception of the capacitors G1 and C2 leaves.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2420519A DE2420519A1 (en) | 1974-04-27 | 1974-04-27 | Asynchronous delta modulator - designed for adaptive digitalisation of analogue signals with reduced component requirements |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE2420519A DE2420519A1 (en) | 1974-04-27 | 1974-04-27 | Asynchronous delta modulator - designed for adaptive digitalisation of analogue signals with reduced component requirements |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2420519A1 true DE2420519A1 (en) | 1975-11-06 |
Family
ID=5914166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2420519A Pending DE2420519A1 (en) | 1974-04-27 | 1974-04-27 | Asynchronous delta modulator - designed for adaptive digitalisation of analogue signals with reduced component requirements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2420519A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4700362A (en) * | 1983-10-07 | 1987-10-13 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | A-D encoder and D-A decoder system |
| GB2563095A (en) * | 2017-05-31 | 2018-12-05 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Modulators |
| GB2566338A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-13 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Modulators |
| US10771047B2 (en) | 2018-07-31 | 2020-09-08 | Cirrus Logic, Inc. | Modulators |
-
1974
- 1974-04-27 DE DE2420519A patent/DE2420519A1/en active Pending
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| US10566992B2 (en) | 2017-08-31 | 2020-02-18 | Cirrus Logic, Inc. | Modulators |
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