Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning Noise-Shaping beim Delta-Sigma Wandler


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von Adrian T. (adrian1234)


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Guten Morgen,

Ich beschäftige mich zur Zeit mit dem Funktionsprinzip des Delta-Sigma 
Wandlers.

Verständnisprobleme habe ich bei der Funktionsweise des Noise-Shapings.
Dass das Rauschen im Frequenzspektrum in Signalbereiche, die für die 
weitere Signalverarbeitung ohne Bedeutung sind, verschoben werden und 
das Signal anschließend digital gefiltert wird ist mir klar.

Jedoch die Theorie diesbezüglich nicht.

"Durch das Summieren der Fehlerspannung arbeitet der Integrator als 
Tiefpass für das Eingangssignal und als Hochpass für das 
Quantisierungsrauschen. So wird ein großer Teil des 
Quantisierungsrauschens in Richtung höherer Frequenzen verschoben."
(http://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1870)



Kann mir vielleicht jemand dieses Verhalten genauer erklären?

Grüße

von Martin (Gast)


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Am besten Du  besorgt  Dir  eine
Sigma-Delta toolbox  für Matlab  und
schaust Dir  die Signale  an.

Ich hab  zwar  schon selbst  einen  Wandler
2. Ordnung gebaut,  aber erklären ...
umpf

Das Quantsisierungsrauschen wird halt
frequenzmässig  vom Signalband getrennt,
so dass  ein digitales Filter  leicht Signal und Quantisierungsrauschen
trennen kann.

von Martin (Gast)


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Das Blockdiagramm in  Bild  4  in der Appnote
kann leicht  in C oder Matlab/Octave  selbst programmiert werden.

Dauert  5 Minuten,  und dann macht  man eine FFT vom
Bitstrom  und  sieht das das  mit dem Noise-Shaping
wirklich funktioniert.

Ohne Matlab/Octave  wird es schwierig,  weil  ohne FFT kann man
den Bitstrom  nicht frequenzmässig anschauen.


Ein Wandlermodell  2. Ordnung  kann man  ebenfalls selbst schreiben,
bisschen googeln.
Da sieht man dann dass das noise-shaping  noch besser funktioniert.

Ab  3. Ordnung  wird man  Stabilitätsprobleme bekommen
wenn man sich nicht auskennt.

von Detlef _. (detlef_a)


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Hier ist nen schönes tutorial:
http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/SigmaDelta.html

Cheers
Detlef

von Adrian T. (adrian1234)


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Vielen Dank für die Antworten.

Ich habe den Modulator in Simulink aufgebaut. Jedoch fehlt mir die 
Toolbox für die FFT. An der Implementierung mit einer embedded 
matlabfunktion scheiter ich leider noch.

das Ergebnis würde aber vemutlich so aussehen:
http://www.maximintegrated.com/en/images/appnotes/1870/1870Fig05.gif

Aber weswegen wird das Rauschen in die höheren Frequenzbereiche 
verschoben?

Grüße

von Martin (Gast)


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Das Rauschen wird verschoben  weil  Integratoren  nunmal
frequenzabhängig  arbeiten.

von Michael W. (Gast)


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Ist mir auch nicht durchsichtig. Der Integrator dämpft meiner 
Vorstellung das Rauschen, aber ein Verschieben will sich mir nicht 
erklären.

von Martin (Gast)


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Vorstellung  ist Mist.

Zieh  Dir   Artikel  rein,  wer z-Transformation kann
ist dann klar im Vorteil.
Anschauung  versagt bei  diesem Schaltungstyp, ist so.

von chris_ (Gast)


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Schau mal hier:
http://www.hobby-roboter.de/forum/viewtopic.php?f=5&t=141
Da kannst das Sigmal-Delta-Prinzip praktischa ausprobieren.

von Adrian T. (adrian1234)


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Vielen Dank erstmal.

Ich habe mich nun einmal etwas intensiver mit dem Thema/Z-Transformation 
befasst. Mir ist nun klar, dass das Quantisierungsrauschen 
verfahrensbedingt hochpassfilterähnlich gefiltert wird. Jedoch 
erschließt sich mir immernoch nicht weswegen dies zu einer Verlagerung 
der Rauschleistung hin zu hohen Frequenzen entspricht.

Grüße

von Ein ex-Seminarleiter (Gast)


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Wenn Du es Dir im Zeitbereich ansiehst, was passiert, ist es auch klar, 
meine ich:

Ein niederfrequentes Signal muss lange kriechen, um ganz unten wieder 
mal einen Bitwechsel zu machen. Da hat es dann alle paar Jubeljahre mal 
einen Sprung. Gibt man das auf einen Filter hat man ein Störrauschen im 
Bereich der Frequenz, die sich aus dem Steigung und der 
Quantisierungsgenauigkeit ergibt. Durch das Noise Shapen werden aber 
quasi PWM-artige Pulse erzeugt, die nach der Filterung mehr/zusätzliches 
HF-Rauschen haben, bei denen die NF aber sauber abgebildet wird.

von Ein ex-Seminarleiter (Gast)


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Habe gerade diesen Artikel Dithering gefunden und etwas 
vervollständigt.

von Michael W. (Gast)


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Ein ex-Seminarleiter schrieb:
> Durch das Noise Shapen werden aber
> quasi PWM-artige Pulse erzeugt, die nach der Filterung mehr/zusätzliches
> HF-Rauschen haben, bei denen die NF aber sauber abgebildet wird.

Gut erklärt. Danke.

von Steffen (Gast)


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>Habe gerade diesen Artikel Dithering gefunden und etwas
>vervollständigt.
> quasi PWM-artige Pulse erzeugt,
>Gut erklärt. Danke.

Manchmal sind didaktische Vereinfachungen ganz nützlich, aber manchmal 
auch falsch.
Es sind keine PWM-artigen Impulse. PDM ( Puls Dichte Modulation ) ist 
das Stichwort.
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-density_modulation

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