Недавно я слышал о концепции однобитного АЦП и видел, что она реализована в контексте своего рода цифро-аналогового преобразователя (как ни странно), и мне интересно, какой смысл? Почему бы просто не использовать АЦП с более высоким разрешением, если требуется более высокое разрешение?
Для чего нужен однобитный АЦП?
Ответы:
Чтобы дать базовый пример того, как 1-битный АЦП можно использовать для получения полезной информации из сигнала, взгляните на эту схему. Он использует треугольную волну для преобразования информации в выход с широтно-импульсной модуляцией. Это похоже, но упрощенный вариант, как другие 1-битового АЦП методы работы, с использованием (обычно Fedback) опорный сигнал, чтобы сравнить входной сигнал на.
схема
моделирование
Увеличенная шкала времени:
Как видно из верхней входной формы волны, треугольная волна используется для сравнения формы волны в разных точках в течение периода. Поскольку треугольная волна имеет значительно более высокую частоту, чем входная (чем выше частота, тем точнее), это заставляет компаратор выводить среднее значение высокого / низкого уровня в зависимости от уровня напряжения сигнала.
Чтобы увидеть, как мы можем воспроизвести исходную форму волны из данных ШИМ, выход компаратора подается в фильтр нижних частот и снова выдает синусоидальную волну.
Для дальнейшего чтения:
Преобразователи Delta-Sigma
Последовательное приближение АЦП
Однобитовые АЦП Сравнение линейных
значений АЦП (счетчик АЦП)
Однобитный аналого-цифровой преобразователь (A / D) - это просто компаратор с пороговым значением в середине диапазона. Обычно вы не называете это 1-битным АЦП, хотя это вполне оправданно.
Существуют способы использования компаратора для получения цифрового значения с более высоким разрешением. Дельта-сигма A / D является одним из примеров. Это позволяет интегрировать выход компаратора и сравнивать его с аналоговым входом. В течение нескольких битовых разрядов аналоговое значение представлено числом 1 бит из целого. Разрешение - это компромисс со временем. В настоящее время скорость передачи данных может быть в диапазоне нескольких МГц. Например, при скорости передачи 10 МГц получение 20-битного результата (около 1 М отсчета) займет 1/10 секунды.
Другой пример - «отслеживание» A / D. Он содержит ЦАП, а компаратор сравнивает ЦАП с аналоговым входом. Если результат компаратора низкий, значение ЦАП увеличивается, в противном случае оно уменьшается.
Дельта-сигма также может рассматриваться как аналог ШИМ-модулятора.
—
Джиппи
Как насчет линейности Олина? Как Delta-Sigma сравнивается с различными нелинейностями обычного n-разрядного АЦП?
—
Джиппи
@jipp: Да, дельта-сигма A / D - обратный ШИМ. Генератор ШИМ находится на пути обратной связи, поэтому в целом вы найдете значение коэффициента заполнения, чтобы получить средний уровень.
—
Олин Латроп
С сигма-дельтой второго порядка вам нужно гораздо меньше битов (~ квадратный корень), благодаря некоторой магии формирования шума, которую я не совсем понимаю.
—
StarBlue
Другое название для однобитного АЦП - это компаратор. Я могу представить себе, что 1-битного АЦП может быть достаточно для приложения, которое должно включать / выключать клапан, переключать сигнализацию, если сигнал поднимается выше / ниже порогового значения.
Определенно правильно, но я думаю, что то, что я видел под названием «1-разрядный АЦП», было более точно описано как «дельта-сигма-АЦП».
—
Отметить
Одно различие, еще не упомянутое между терминами «1-битный АЦП» и «компаратор», заключается в том, что во многих местах, где используются компараторы, желательно иметь гистерезис в количестве, превышающем базовый уровень шума системы, но в приложениях которые используют 1-битный АЦП, такой гистерезис не нужен.
При построении многобитового ЦАП или АЦП часто трудно гарантировать, что каждый бит будет иметь эффект, в два раза больший, чем следующий младший. Если влияние бита больше или меньше этого, разница в напряжениях, представленных кодом, который заканчивается, например, «0111», и следующим более высоким кодом (который заканчивается 1000 ») будет неправильной. Если, например, 1 мВ изменение на входе иногда приводит к тому, что сообщаемое значение АЦП изменяется на 2, а иногда - к 6, что может привести к тому, что системы управления на основе дифференциальной обратной связи будут чрезмерно реагировать на некоторые изменения и не реагировать на другие.
Используя 1-битный АЦП вместе с некоторой аналоговой электроникой, можно спроектировать схему так, чтобы процент времени, когда сигнал был высоким, зависел от соотношения между входным напряжением и опорным напряжением. Если вы измеряете процент времени, когда уровень сигнала высокий, можно, таким образом, вывести входное напряжение. При отсутствии гистерезиса или связанных с ним эффектов это измерение может быть очень точным. Гистерезис, однако, может вызвать нелинейности, которые трудно исправить.