Di recente ho sentito parlare del concetto di ADC a un bit e l'ho visto implementato nel contesto di una sorta di convertitore da digitale ad analogico (stranamente) e mi chiedo, che senso ha? Perché non utilizzare semplicemente un ADC a risoluzione più elevata, se si desidera una risoluzione più elevata?
A cosa serve un ADC a un bit?
Risposte:
Per dare un esempio di base su come utilizzare un ADC a 1 bit per ottenere informazioni utili da una forma d'onda, dai un'occhiata a questo circuito. Utilizza un'onda triangolare per trasformare le informazioni in un'uscita modulata in larghezza di impulso. Questa è una versione simile ma semplificata di come funzionano le altre tecniche ADC a 1 bit, usando un segnale di riferimento (di solito fedback) per confrontare l'ingresso.
Circuito
Simulazione
Visualizzazione ingrandita della scala cronologica:
Possiamo vedere dalla forma d'onda di input superiore, l'onda triangolare viene utilizzata per confrontare la forma d'onda in punti diversi attraverso il suo periodo. Finché l'onda triangolare ha una frequenza considerevolmente più alta dell'ingresso (maggiore è la frequenza più accurata), questo fa sì che il comparatore emetta una media di alto / basso a seconda del livello di tensione della forma d'onda.
Per vedere come possiamo riprodurre la forma d'onda originale dai dati PWM, l'output del comparatore viene immesso in un filtro passa-basso e viene nuovamente visualizzata l'onda sinusoidale.
Per ulteriori letture:
Convertitori Delta-Sigma
Approssimazione successiva ADC ADC a
bit singolo
Rampa Confronto ADC (Counter ADC)
Un convertitore da analogico a digitale a un bit (A / D) è solo un comparatore con la soglia al centro dell'intervallo. Di solito non lo si chiama A / D a 1 bit, sebbene sia legittimo pensarlo in quel modo.
Esistono modi per utilizzare un comparatore per ottenere un valore digitale a risoluzione più elevata. Un delta-sigma A / D è un esempio. Ciò continua a integrare l'uscita del comparatore e confrontandola con l'ingresso analogico. Per un certo numero di bit, il valore analogico è rappresentato dal numero di 1 bit dall'intero. La risoluzione è un compromesso con il tempo. Oggi la velocità in bit può essere nella gamma di più MHz. Ad esempio, con una velocità in bit di 10 MHz, ottenere un risultato di 20 bit (circa 1 M conteggi) richiederebbe 1/10 di secondo.
Un altro esempio è un "tracking" A / D. Questo contiene un D / A e il comparatore confronta il risultato D / A con l'ingresso analogico. Se il risultato del comparatore è basso, il valore D / A viene incrementato, altrimenti viene diminuito.
Delta sigma può anche essere visto come un modulatore analogico a PWM.
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jippie,
Che ne dici di linearità Olin? In che modo Delta-Sigma si confronta con varie non linearità di un normale ADC a n-bit?
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jippie,
@jipp: Sì, un delta-sigma A / D è PWM all'indietro. Il generatore PWM è nel percorso di feedback, quindi nel complesso si trova il valore del duty cycle per ottenere il livello medio.
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Olin Lathrop,
Con il sigma delta del secondo ordine hai bisogno di molti meno bit (~ la radice quadrata), tramite un po 'di elaborazione del segnale che modella la magia che non capisco del tutto.
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Starblue,
Un altro nome per un ADC a un bit è un comparatore. Posso immaginare che ADC a 1 bit possa essere sufficiente per un'applicazione che deve attivare / disattivare una valvola, un interruttore, un allarme se il segnale supera / scende una soglia.
Sicuramente corretto, ma penso che quello che ho visto definito "ADC a 1 bit" sia stato descritto più accuratamente come "ADC delta-sigma".
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Segna il
Una differenza non ancora menzionata tra i termini "ADC a 1 bit" e "comparatore" è che in molti luoghi in cui vengono utilizzati i comparatori, è desiderabile avere un'isteresi in una quantità superiore al livello di rumore di base del sistema, ma nelle applicazioni che utilizzano un ADC a 1 bit, tale isteresi non è desiderata.
Quando si costruisce un DAC o ADC multi-bit, è spesso difficile garantire che ciascun bit abbia un effetto esattamente doppio rispetto a quello successivo inferiore. Se l'effetto di un bit è maggiore o minore di questo, la differenza nelle tensioni rappresentate tra un codice che termina ad es. "0111" e il successivo codice superiore (che termina a 1000 ") sarà errata. Se ad esempio un 1mV la modifica di un input a volte provoca la modifica di un valore ADC riportato di 2 e talvolta la modifica di 6, il che può causare una reazione eccessiva dei sistemi di controllo basati sul feedback differenziale ad alcuni cambiamenti e una reazione insufficiente ad altri.
Utilizzando un ADC a 1 bit insieme ad alcuni componenti elettronici analogici, è possibile progettare un circuito in modo tale che la percentuale di tempo in cui un segnale è elevato dipenderà dal rapporto tra una tensione di ingresso e una tensione di riferimento. Se si misura la percentuale di tempo in cui il segnale è alto, si può quindi dedurre la tensione di ingresso. In assenza di isteresi o effetti correlati, questa misurazione può essere molto accurata. L'isteresi, tuttavia, può causare non linearità che possono essere difficili da correggere.