Recientemente escuché sobre el concepto de un ADC de un bit, y lo vi implementado en el contexto de una especie de convertidor digital a analógico (por extraño que parezca), y me pregunto, ¿cuál es el punto? ¿Por qué no simplemente usar un ADC de mayor resolución, si se desea una mayor resolución?
¿Para qué sirve un ADC de un bit?
Respuestas:
Para dar un ejemplo básico de cómo se puede usar un ADC de 1 bit para obtener información útil de una forma de onda, eche un vistazo a este circuito. Utiliza una onda triangular para convertir la información en una salida modulada por ancho de pulso. Esta es una versión similar pero simplificada de cómo funcionan otras técnicas de ADC de 1 bit, mediante el uso de una señal de referencia (generalmente retroalimentada) para comparar la entrada.
Circuito
Simulación
Vista de escala de tiempo ampliada:
Podemos ver desde la forma de onda de entrada superior, la onda triangular se usa para comparar la forma de onda en diferentes puntos a lo largo de su período. Siempre que la onda triangular sea de una frecuencia considerablemente más alta que la entrada (cuanto mayor sea la frecuencia, más precisa), esto hace que el comparador emita un promedio de alta / baja dependiendo del nivel de voltaje de la forma de onda.
Para ver cómo podemos reproducir la forma de onda original a partir de los datos PWM, la salida del comparador se alimenta a un filtro de paso bajo y sale la onda sinusoidal nuevamente.
Para más lectura:
Convertidores Delta-Sigma
ADC de aproximación sucesiva ADC
Single Bit ADC
Rampa Comparar ADC (Counter ADC)
Un convertidor analógico a digital de un bit (A / D) es solo un comparador con el umbral en el medio del rango. Sin embargo, generalmente no lo llama A / D de 1 bit, aunque es legítimo pensarlo de esa manera.
Hay formas de hacer uso de un comparador para obtener un valor digital de mayor resolución. Un delta-sigma A / D es un ejemplo. Esto sigue integrando la salida del comparador y comparándolo con la entrada analógica. Durante varias veces, el valor analógico está representado por el número de 1 bits del conjunto. La resolución es una compensación con el tiempo. Hoy en día, la velocidad de bits puede estar en el rango de MHz múltiple. Por ejemplo, a una velocidad de bits de 10 MHz, obtener un resultado de 20 bits (aproximadamente 1 M de conteo) tomaría 1/10 de segundo.
Otro ejemplo es un "seguimiento" A / D. Contiene un D / A y el comparador compara el resultado D / A con la entrada analógica. Si el resultado del comparador es bajo, el valor D / A se incrementa, de lo contrario se disminuye.
Delta sigma también se puede ver como un análogo al modulador PWM.
—
jippie
¿Qué hay de la linealidad Olin? ¿Cómo se compara Delta-Sigma con varias no linealidades de un ADC de n bits normal?
—
jippie
@jipp: Sí, un delta-sigma A / D es PWM al revés. El generador PWM está en la ruta de retroalimentación, por lo que en general encontrará el valor del ciclo de trabajo para obtener el nivel promedio.
—
Olin Lathrop
Con sigma delta de segundo orden, necesita muchos menos bits (~ la raíz cuadrada), a través de un poco de magia de modelado de ruido de procesamiento de señales que no entiendo completamente.
—
Starblue
Otro nombre para un ADC de un bit es un comparador. Me imagino que el ADC de 1 bit puede ser suficiente para una aplicación que necesita encender / apagar una válvula, interruptor, alarma si la señal sube o baja un umbral.
Definitivamente correcto, pero creo que lo que vi referido como un "ADC de 1 bit" se describió con mayor precisión como un "ADC delta-sigma".
—
Mark
Una diferencia aún no mencionada entre los términos "ADC de 1 bit" y "comparador" es que en muchos lugares donde se usan comparadores, es deseable tener histéresis en una cantidad que sea mayor que el nivel de ruido de línea de base del sistema, pero en aplicaciones que usan un ADC de 1 bit, tal histéresis no es deseada.
Al construir un DAC o ADC de varios bits, a menudo es difícil asegurarse de que cada bit tendrá un efecto exactamente el doble que el siguiente más bajo. Si el efecto de un bit es mayor o menor que esto, la diferencia en los voltajes representados por un código que termina en, por ejemplo, "0111" y el siguiente código más alto (que termina en 1000 ") será incorrecta. Si, por ejemplo, un 1mV El cambio en una entrada a veces hace que un valor de ADC informado cambie en 2 y, a veces, hace que cambie en 6, lo que puede causar que los sistemas de control basados en retroalimentación diferencial reaccionen en exceso a algunos cambios y reaccionen de manera insuficiente a otros.
Usando un ADC de 1 bit junto con algunos componentes electrónicos analógicos, es posible diseñar un circuito de manera que el porcentaje de tiempo que una señal sea alta dependerá de la relación entre un voltaje de entrada y un voltaje de referencia. Si se mide el porcentaje de tiempo que la señal es alta, se puede inferir el voltaje de entrada. En ausencia de histéresis o efectos relacionados, esta medición puede ser muy precisa. La histéresis, sin embargo, puede causar no linealidades que pueden ser difíciles de corregir.