PCM. Аббревиатура PCM расшифровывается как Pulse-Code-Modulation [2], т. е. кодирование сигнала с помощью импульсно-кодовых последовательностей. Обычно под этим термином подразумевается хранение цифровых данных в виде n-разрядных целых чисел (обычно 8, 16 или 32 бита). Т. е. аналоговые уровни сигнала сохраняются (или передаются) как последовательность целых чисел, кодирующих абсолютный уровень амплитуды. Кодирование может осуществляться без знака, со знаком, целыми числами, или числами с плавающей запятой. Аппаратно сигнал PCM передается с помощью параллельной шины n-разрядной данных.

Модуляция PCM преобразует аналоговый сигнал CA-CT (Continuous Amplitude Continuous Time) в сигнал, дискретизированный по амплитуде и времени DA-DT (Discrete Amplitude Discrete Time). Частота следования выборок (sampling rate) должна быть выше или как минимум равна частоте Найквиста, чтобы избежать эффекта наложения спектра (aliasing).

Кроме прямой оцифровки и кодирования также еще существуют варианта кодирования DPCM (Delta Pulse Code Modulation) и ADPCM (Adaptive Delta Pulse Code Modulation).

Достоинство PCM состоит в удобстве хранения и цифровой обработки данных. Недостаток в том, что для преобразования из аналоговой формы в PCM и обратно требуются специальные аппаратные устройства (АЦП и ЦАП). В современных микроконтроллерах обычно эти преобразователи уже встроены в кристалл чипа.

PDM. Аббревиатура PDM расшифровывается как Pulse-Density-Modulation [3]. Кодирование амплитуды сигнала производится с помощью импульсов, у которых меняется длительность нуля и единицы. В отличие от PCM, сигнал PDM передается аппаратно с помощью всего лишь одного разряда. PDM иногда еще называют одноразрядной дельта-сигма модуляцией. Сигнал PCM можно преобразовать в PDM с помощью специального алгоритма микроконтроллера, либо аппаратно с помощью цифровой логики [6].

Достоинство PDM состоит в том, что преобразование в аналоговую форму может быть реализовано непосредственно в силовом выходном каскаде. При этом можно проще всего реализовать самый высокий КПД преобразования, потому что минимизируется количество переключений силовых ключей. Снижаются требования к скорости переключения силовых ключей, конструкция становится более эффективной по цене и снижению потерь на переключение. По этой причине PDM часто используется в источниках бесперебойного питания для формирования выходного напряжения синусоидальной формы. Недостаток PDM в том, что трудно отфильтровать импульсы переключения из-за непостоянной частоты переключения.

PWM. Аббревиатура PWM расшифровывается как Pulse-Width-Modulation [4]. Русскоязычное обозначение термина - Широтно-Импульсная Модуляция (ШИМ). Кодирование амплитуды сигнала производится с помощью импульсов постоянной частоты, у которых меняется соотношение длительности лог. 0 и лог. 1. PWM часто считают частным случаем PDM, потому что кодирование уровней сигнала также осуществляется с помощью одного сигнала, и также с помощью импульсов лог. 0 и лог. 1 переменной длительности. Однако в отличие от PDM у PWM частота переключения импульсов постоянная.

Достоинство у PWM в сравнении с PDM в том, что у PWM проще отфильтровать импульсы переключения, потому что частота у них значительно отличается от полезного аналогового сигнала (обычно в несколько, иногда в десятки раз). Недостаток PWM в том, что для качественной передачи уровней сигнала необходимо обеспечить высокую скорость переключения. В результате при высокой частоте импульсов значительно повышаются потери на переключение.

В следующей таблице кратко перечислены отличия PCM, PDM и PWM.

[Ссылки]

1. Difference between PCM and PDM site:rfwireless-world.com.
2. Pulse-code modulation site:wikipedia.org.
3. Pulse-density modulation site:wikipedia.org.
4. Pulse-width modulation site:wikipedia.org.
5. Дельта-сигма модуляция.
6. XPS Delta-Sigma ЦАП.