Частотная модуляция и её детки дельта-сигма и DSD.

[shurik_pronkin]

Все началось еще во времена первых попыток передать звуковой сигнал на расстояние: звук как он есть тупо усиливали и подавали на антенну, но уловить такой сигнал приемником получалось лишь на очень коротком расстоянии, ни о каких километрах даже и речи не могло идти, более того, принятый сигнал, который еще на этапе усиления в передатчике искажался, на этапе приема получался еще хуже, еще бОлее искаженным. Но (!) заметили одну закономерность - даже таким топорным методом высокие частоты звукового диапазона передавались гораздо лучше, чем средние и низкие частоты. И тут сообразили, что звуковой сигнал, который нужно передать на большое расстояние без чрезмерного усиления до искажений, при этом не затратив много энергии, следует каким-то образом в передатчике соединить с очень высокочастотным сигналом и тогда такую смесь сигналов передающая антенна распространит на гораздо бОльшее расстояние, а принимающая антенна сможет ее уловить и приемник восстановит неискаженный полезный сигнал. Для этой цели построили модулятор с двумя входами: на один вход подали несущий очень высокочастотный сигнал незвуковой частоты - 500 кГц, 1000 кГц и т.д., а на другой вход подали модулирующий полезный сигнал НЧ уже в диапазоне слышимых частот, а на выходе модулятора получили нужную смесь: несущая частота меняла свою амплитуду в полной зависимости от изменения амплитуды модулирующей частоты:



Дальше всё это хозяйство усилили и отправили на передающую антенну. Такая модуляция называется амплитудная, АМ, и ею до сих пор пользуются. Но сигнал AM оказался восприимчив к разного рода шумам и помехам - статическим, электрическим, атмосферным, например, электрические двигатели, бытовые приборы, лампочки, молнии и даже высокие здания и металлические конструкции могут легко его нарушить. Тогда придумали более устойчивую к помехам частотную модуляцию - теперь на один вход модулятора подали несущую еще большей частоты - 50 МГц, 100 МГц и т.д., а на второй вход подали модулирующий сигнал НЧ, и на выходе модулятора получили частотно-модулированный сигнал (ЧМ = FM) - теперь несущая частота меняла свою частоту в полной зависимости от изменения амплитуды модулирующей частоты:



ЧМ нашла достойное применение в аналоговых звукозаписывающий устройствах, например, в системах адаптивного подмагничивания магнитофонов:



Зеленым обведен генератор ВЧ стирания и подмагничивания, который формирует синусоидальный сигнал 80 кГц - 100 кГц.
Красным обведен генератор пилообразного напряжения. На вход операционного усилителя поступает ВЧ от генератора стирания и подмагничивания и преобразуется в пилу той же частоты 80 кГц - 100 кГц.
Синим обведен модулятор, выполненный на операционном усилителе. На инвертирующий вход поступает пилообразное напряжение 80 кГц - 100 кГц, а на неинвертирующий вход - модулирующий звуковой сигнал. На выходе получается что-то похожее на:



Такая модуляция называется широтно-импульсная. Она же по сути и есть дельта-сигма и DSD, но в цифровых устройствах. Получается, что в данной аналоговой системе адаптивного подмагничивания использован принцип дельта-сигмы и на катушку записывающей головки магнитофона подавался ... DSD поток! А так как магнитная система "индуктивность головки-лента" очень инертная, то она одновременно и являлась фильтром, который идеально срезал все частоты выше звукового диапазона, примерно вот так:

DSD сигнал после фильтра отрезавшего мегагерцовую часть несущей частоты



DSD сигнал после фильтра отрезавшего килогерцовую часть несущей частоты



Аналогично поступили и при изготовлении DMM пластинок - на резец подали "DSD" сигнал с ШИМ-модулятора, иначе резец не мог нарезать канавку в меди. ШИМ-модуляция лежит и в основе усилителей класса D, и в современных аудио ЦАП/АЦП применяется по сути все та же старая и добрая широтно-импульсная модуляция с той лишь разницей, что частота несущей не килогерцы, а мегагерцы - и получилось дешево, сердито, помехоустойчиво и энергонезатратно.

[Дмитрий]

Сообщение от shurik_pronkin

Такая модуляция называется широтно-импульсная. Она же по сути и есть дельта-сигма и DSD, но в цифровых устройствах. Получается, что в данной аналоговой системе адаптивного подмагничивания использован принцип дельта-сигмы и на катушку записывающей головки магнитофона подавался ... DSD поток!

А так как магнитная система "индуктивность головки-лента" очень инертная, то она одновременно и являлась фильтром, который идеально срезал все частоты выше звукового диапазона, примерно вот так:
...

DSD сигнал после фильтра отрезавшего мегагерцовую часть несущей частоты ...
DSD сигнал после фильтра отрезавшего килогерцовую часть несущей частоты ...

В современных аудио ЦАП/АЦП применяется по сути все та же старая и добрая широтно-импульсная модуляция с той лишь разницей, что частота несущей не килогерцы, а мегагерцы - и получилось дешево, сердито, помехоустойчиво и энергонезатратно.

shurik_pronkin ::icon_good ::iicon rolleyes
устанавливаем эту тему как важная, насущная... Имеющая важное жизненное значение, тема безусловно необходимая ко времени.