Recentemente, ouvi falar do conceito de um ADC de um bit e o vi implementado no contexto de uma espécie de conversor digital-analógico (por incrível que pareça), e estou me perguntando, qual é o sentido? Por que não usar simplesmente um ADC de resolução mais alta, se uma resolução mais alta é desejada?
Para que serve um ADC de um bit?
Respostas:
Para dar um exemplo básico de como um ADC de 1 bit pode ser usado para obter informações úteis de uma forma de onda, dê uma olhada neste circuito. Ele usa uma onda triangular para transformar as informações em uma saída modulada por largura de pulso. Esta é uma versão semelhante, porém simplificada, de como outras técnicas de ADC de 1 bit funcionam, usando um sinal de referência (geralmente de retorno) para comparar a entrada.
O circuito
Simulação
Visualização da escala de tempo ampliada:
Podemos ver pela forma de onda de entrada superior, a onda triangular é usada para comparar a forma de onda em diferentes pontos durante o período. Desde que a onda triangular tenha uma frequência consideravelmente mais alta que a entrada (quanto maior a frequência, mais precisa), isso faz com que o comparador produza uma média de alta / baixa, dependendo do nível de voltagem da forma de onda.
Para ver como podemos reproduzir a forma de onda original a partir dos dados do PWM, a saída do comparador é inserida em um filtro passa-baixo e sai a onda senoidal novamente.
Para leitura adicional:
Conversores Delta-Sigma ADCs de
Aproximação Sucessiva
ADCs de Bit Único
Ramp Compare ADC (Counter ADC)
Um conversor analógico-digital de um bit (A / D) é apenas um comparador com o limite no meio da faixa. Normalmente, você não o chama de A / D de 1 bit, embora seja legítimo pensar dessa maneira.
Existem maneiras de usar um comparador para obter um valor digital de resolução mais alta. Um delta-sigma A / D é um exemplo. Isso mantém a integração da saída do comparador e a comparação com a entrada analógica. Durante um número de bits vezes, o valor analógico é representado pelo número de 1 bits do total. Resolução é uma troca com o tempo. Atualmente, a taxa de bits pode estar na faixa de múltiplos MHz. Por exemplo, na taxa de bits de 10 MHz, obter um resultado de 20 bits (contagens de cerca de 1 M) levaria 1/10 de segundo.
Outro exemplo é um A / D de "rastreamento". Este contém um D / A e o comparador compara o resultado D / A com a entrada analógica. Se o resultado do comparador for baixo, o valor D / A é incrementado, caso contrário, é diminuído.
O Delta sigma também pode ser visto como um analógico para o modulador PWM.
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jippie
E quanto a linearidade Olin? Como o Delta-Sigma se compara a várias não linearidades de um ADC regular de n bits?
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jippie
@jipp: Sim, um A / D delta-sigma é PWM ao contrário. O gerador PWM está no caminho de feedback; portanto, em geral, você encontra o valor do ciclo de serviço para obter o nível médio.
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Olin Lathrop
Com o sigma delta de segunda ordem, você precisa de muito menos bits (~ a raiz quadrada), através de alguma mágica de modelagem de ruído de processamento de sinal que eu não entendo completamente.
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starblue
Outro nome para um ADC de um bit é um comparador. Eu posso imaginar 1 bit ADC pode ser suficiente para uma aplicação que precisa ligar / desligar uma válvula, interruptor, alarme se o sinal estiver acima / abaixo de um limite.
Definitivamente correto, mas acho que o que vi referido como "ADC de 1 bit" foi descrito com mais precisão como "ADC delta-sigma".
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Mark
Uma diferença ainda não mencionada entre os termos "ADC de 1 bit" e "comparador" é que, em muitos lugares onde os comparadores são usados, é desejável ter histerese em uma quantidade maior que o nível de ruído da linha de base do sistema, mas em aplicações que usam um ADC de 1 bit, essa histerese não é desejada.
Ao construir um DAC ou ADC de vários bits, muitas vezes é difícil garantir que cada bit tenha um efeito precisamente duas vezes maior que o próximo inferior. Se o efeito de um bit for maior ou menor que isso, a diferença nas tensões representadas por entre um código que termina em "0111" e o próximo código mais alto (que termina em 1000 ") estará incorreta. Se, por exemplo, 1mV às vezes, a alteração em uma entrada faz com que um valor de ADC relatado mude em 2 e, às vezes, em 6, o que pode fazer com que os sistemas de controle baseados em feedback diferencial reajam demais a algumas mudanças e sub-reajam a outros.
Usando um ADC de 1 bit junto com alguns componentes eletrônicos analógicos, é possível projetar um circuito para que a porcentagem de tempo que um sinal seja alto dependa da relação entre uma tensão de entrada e uma tensão de referência. Se alguém mede a porcentagem de tempo em que o sinal é alto, pode-se inferir a tensão de entrada. Na ausência de histerese ou efeitos relacionados, essa medição pode ser muito precisa. A histerese, no entanto, pode causar não linearidades que podem ser difíceis de corrigir.