Niedawno słyszałem o koncepcji jednobitowego przetwornika ADC i widziałem, jak został on wdrożony w kontekście pewnego rodzaju przetwornika cyfrowo-analogowego (co dziwne) i zastanawiam się, o co chodzi? Dlaczego nie skorzystać z ADC o wyższej rozdzielczości, jeśli pożądana jest wyższa rozdzielczość?
Do czego służy jednobitowy ADC?
Odpowiedzi:
Aby dać podstawowy przykład, w jaki sposób 1-bitowego ADC można użyć do uzyskania użytecznych informacji z kształtu fali, spójrz na ten obwód. Wykorzystuje falę trójkąta, aby przekształcić informacje w wyjście o modulowanej szerokości impulsu. Jest to podobna, ale uproszczona wersja działania innych 1-bitowych technik ADC, wykorzystująca (zwykle sprzężenie zwrotne) sygnał referencyjny do porównania sygnału wejściowego.
Obwód
Symulacja
Powiększony widok skali czasu:
Widzimy z górnej fali wejściowej, że fala trójkąta służy do porównywania fali w różnych punktach w danym okresie. Dopóki fala trójkąta ma znacznie wyższą częstotliwość niż wejście (im wyższa częstotliwość, tym dokładniejsza), powoduje to, że komparator generuje średnią wartość wysoką / niską w zależności od poziomu napięcia kształtu fali.
Aby zobaczyć, jak możemy odtworzyć pierwotny kształt fali z danych PWM, wyjście komparatora jest podawane do filtra dolnoprzepustowego i ponownie wyskakuje fala sinusoidalna.
Do dalszego czytania:
Konwertery Delta-Sigma
Sukcesywne przybliżenie ADC
Single Bit ADC
Rampa Porównaj ADC (Counter ADC)
Jednobitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (A / D) to tylko komparator z progiem pośrodku zakresu. Zwykle jednak nie nazywa się to 1-bitowym A / D, chociaż zasadne jest, aby myśleć o tym w ten sposób.
Istnieją sposoby wykorzystania komparatora, aby ostatecznie uzyskać wartość cyfrową o wyższej rozdzielczości. A / D delta-sigma jest jednym z przykładów. To integruje wyjście komparatora i porównuje je z powrotem z wejściem analogowym. W wielu przypadkach wartość analogowa jest reprezentowana przez liczbę 1 bitów z całości. Rozdzielczość jest kompromisem z czasem. Obecnie szybkość transmisji może być w zakresie wielu MHz. Na przykład przy prędkości 10 MHz uzyskanie 20-bitowego wyniku (liczba około 1 M) zajęłoby 1/10 sekundy.
Innym przykładem jest „śledzenie” A / D. Zawiera D / A, a komparator porównuje wynik D / A z wejściem analogowym. Jeśli wynik komparatora jest niski, wartość D / A jest zwiększana, w przeciwnym razie jest zmniejszana.
Sigma Delta może być również postrzegana jako analog do modulatora PWM.
—
jippie
Co powiesz na liniowość Olin? Jak Delta-Sigma wypada w porównaniu z różnymi nieliniowościami zwykłego n-bitowego ADC?
—
jippie
@jipp: Tak, delta-sigma A / D to PWM wstecz. Generator PWM znajduje się na ścieżce sprzężenia zwrotnego, więc ogólnie można znaleźć wartość cyklu pracy, aby uzyskać średni poziom.
—
Olin Lathrop
Z deltą sigma drugiego rzędu potrzebujesz znacznie mniej bitów (~ pierwiastek kwadratowy), poprzez magię kształtującą szumy przetwarzania sygnału, której nie do końca rozumiem.
—
starblue
Inną nazwą jednobitowego ADC jest komparator. Mogę sobie wyobrazić, że 1-bitowy ADC może wystarczyć dla aplikacji, która musi włączać / wyłączać zawór, przełączać, alarmować, jeśli sygnał wzrośnie powyżej / poniżej progu.
Zdecydowanie poprawne, ale myślę, że to, co widziałem, nazywane „1-bitowym ADC”, zostało dokładniej opisane jako „ADC delta-sigma”.
—
Mark
Jedną z różnic, które nie zostały jeszcze wspomniane między terminami „1-bitowy ADC” i „komparator”, jest to, że w wielu miejscach, w których stosowane są komparatory, pożądana jest histereza w ilości, która jest większa niż wyjściowy poziom hałasu systemu, ale w aplikacjach które używają 1-bitowego ADC, taka histereza nie jest pożądana.
Podczas konstruowania wielobitowego przetwornika cyfrowo-analogowego lub przetwornika ADC często trudno jest zapewnić, aby każdy bit miał dokładnie dwa razy większy efekt niż następny niższy. Jeśli efekt bitu jest większy lub mniejszy, różnica napięć reprezentowana przez kod, który kończy się np. „0111”, a następnym wyższym kodem (który kończy się na 1000 ”) będzie niepoprawna. Jeśli np. 1mV zmiana na wejściu czasami powoduje, że zgłoszona wartość ADC zmienia się o 2, a czasem powoduje zmianę o 6, co może powodować, że systemy sterowania oparte na różnicowym sprzężeniu zwrotnym reagują nadmiernie na niektóre zmiany i nie reagują na inne.
Używając 1-bitowego ADC wraz z pewną elektroniką analogową, możliwe jest zaprojektowanie obwodu tak, aby procent czasu, w którym sygnał jest wysoki, zależeć będzie od stosunku napięcia wejściowego do napięcia odniesienia. Jeśli zmierzy się procent czasu, gdy sygnał jest wysoki, można w ten sposób wywnioskować napięcie wejściowe. W przypadku braku histerezy lub powiązanych efektów pomiar ten może być bardzo dokładny. Histereza może jednak powodować nieliniowości, które mogą być trudne do skorygowania.