Программирование DSP Отличия между PCM, PDM, PWM Sat, May 25 2024  

Поделиться

Нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.

Отличия между PCM, PDM, PWM Печать
Добавил(а) microsin   

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.

Pulse Code Modulation PCM fig01

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].

Pulse Density Modulation PDM fig02

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.

Pulse Width Modulation PWM fig03

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.

Параметр PCM PDM PWM
Расшифровка аббревиатуры Pulse Code Modulation Pulse Density Modulation Pulse Width Modulation
Как работает Уровни амплитуды аналогового сигнала сопоставлены с кодовыми словами. Уровни амплитуды сопоставлены с длительностями логических сигналов 0 и 1.
Производительность Повышенная точность передачи оригинального сигнала, которая зависит только от разрядности и частоты выборок. Невысокая точность передачи аналоговой формы сигнала из-за затрудненной фильтрации. Тоже невысокая точность, но несколько лучше, чем у PDM.
Уход в насыщение Перегрузка произойдет, когда уровень входного сигнала выходит за пределы диапазона числовых значений преобразования.
Полоса передаваемых частот Больше Меньше
Преобразование ADC/DAC Мультибитное 1-разрядное
Применение Хранение звука в файлах, CD, кодирование в цифровой телефонии и т. д. Используется для передачи звука от микрофона к процессору сигналов в смартфонах или мобильных телефонах. Также PDM используется для управления силовыми ключами в источниках бесперебойного питания. Чаще всего используется для цифро-аналогового преобразования с микроконтроллерами.
Сложность Усложненная аппаратная реализация для непосредственной передачи данных - требуется n разрядов данных. Упрощенный 1-битный интерфейс.

[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.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page