Нещодавно я чув про концепцію однорозрядного АЦП і бачив її реалізовану в контексті свого роду цифро-аналогового перетворювача (як не дивно), і мені цікаво, в чому сенс? Чому б просто не використовувати АЦП більш високої роздільної здатності, якщо бажана більш висока роздільна здатність?
Для чого корисний однобітний АЦП?
Відповіді:
Щоб дати базовий приклад того, як 1-бітний АЦП може бути використаний для отримання корисної інформації з форми хвилі, погляньте на цю схему. Він використовує трикутну хвилю, щоб перетворити інформацію в модульований вихід по ширині імпульсів. Це аналогічна, але спрощена версія того, як працюють інші 1-бітні методи АЦП, використовуючи (як правило, зворотний зв'язок) опорний сигнал для порівняння вхідних даних.
Схема
Моделювання
Збільшений перегляд часового масштабу:
Як ми бачимо з верхньої форми вхідної хвилі, трикутна хвиля використовується для порівняння форми хвилі в різних точках через її період. Поки трикутна хвиля має значно більшу частоту, ніж вхідна (чим вище частота, тим точніше), це змушує компаратор виводити середнє значення високого / низького в залежності від рівня напруги форми хвилі.
Щоб побачити, як ми можемо відтворити вихідну форму хвилі з даних ШІМ, вихід компаратора подається у фільтр низьких частот, і знову вискакує синусоїда.
Для подальшого читання:
Перетворювачі Delta-Sigma
Послідовне наближення АЦП
Однорядний АЦП
Рамп Порівняйте АЦП (лічильник АЦП)
Однобітний аналогово-цифровий перетворювач (A / D) - це лише компаратор із порогом в середині діапазону. Зазвичай ви не називаєте це 1-бітним A / D, хоча законно вважати це таким чином.
Існує спосіб скористатися компаратором, щоб в кінцевому підсумку отримати цифрове значення більш високої роздільної здатності. Дельта-сигма A / D - один із прикладів. Це продовжує інтегрувати вихід компаратора і порівнювати його назад з аналоговим входом. Протягом декількох розрядних разів аналогове значення представлене числом 1 біта з цілого. Резолюція - це компроміс з часом. В даний час швидкість передачі бітів може бути в діапазоні декількох МГц. Наприклад, при швидкості передачі бітів 10 МГц для отримання 20-бітового результату (близько 1 М рахується) знадобиться 1/10 секунди.
Інший приклад - «стеження» A / D. Він містить D / A, і компаратор порівнює результат D / A з аналоговим входом. Якщо результат порівняння низький, значення D / A збільшується, інакше воно зменшується.
Delta sigma також може розглядатися як аналог модулятора ШІМ.
—
jippie
Як щодо лінійності Олін? Як Delta-Sigma порівнюється з різними нелінійностями звичайного n-бітового АЦП?
—
jippie
@jipp: Так, дельта-сигма A / D є назад ШІМ. Генератор ШІМ знаходиться в шляху зворотного зв'язку, тому в цілому ви знайдете значення робочого циклу, щоб отримати середній рівень.
—
Олін Латроп
З дельтою сигми другого порядку вам потрібно набагато менше бітів (~ квадратний корінь), через деяку магію обробки сигналів, що формує шум, який я не повністю розумію.
—
starblue
Інша назва однорозрядного АЦП - це компаратор. Я можу уявити, що 1-розрядного АЦП може бути достатньо для програми, якій потрібно включити / вимкнути клапан, вимикач, сигнал тривоги, якщо сигнал виходить вище / нижче порогового значення.
Однозначно правильно, але я думаю, що те, що я бачив, називалося «1-бітним АЦП», було більш точно описано як «дельта-сигма АЦП».
—
Марк
Ще одна відмінність між термінами "1-бітний АЦП" та "компаратор" полягає в тому, що в багатьох місцях, де використовуються компаратори, бажано мати гістерезис в кількості, що перевищує базовий рівень шуму системи, але в додатках які використовують 1-бітний АЦП, такий гістерезис не потрібен.
Створюючи багаторозрядний ЦАП або АЦП, часто важко переконатися, що кожен біт матиме ефект точно вдвічі більший, ніж наступний нижній. Якщо ефект біта більший або менший, ніж цей, різниця напруг, представлених між кодом, який закінчується, наприклад, "0111", та наступним вищим кодом (який закінчується в 1000 ") буде невірним. Якщо, наприклад, 1мВ зміна на вході іноді викликає зміну повідомленого значення АЦП на 2, а іноді призводить до зміни на 6, що може спричинити надмірну реакцію на системи управління на основі диференціальних зворотних зв’язків на деякі зміни та недостатню реакцію на інші.
Використовуючи 1-розрядний АЦП разом з деякою аналоговою електронікою, можна сконструювати схему так, щоб відсоток часу сигналу був високим, залежатиме від співвідношення між вхідною напругою та опорною напругою. Якщо вимірювати відсоток часу високого сигналу, таким чином, можна підводити напругу до входу. За відсутності гістерезису або пов'язаних з цим ефектів це вимірювання може бути дуже точним. Однак гістерезис може викликати нелінійності, які може бути важко виправити.