ADC แบบหนึ่งบิตคืออะไรดี?

ฉันเพิ่งได้ยินแนวคิดของ ADC หนึ่งบิตและได้เห็นมันนำไปใช้ในบริบทของตัวแปลงดิจิตอลเป็นอะนาล็อก (แปลกพอ) และฉันสงสัยว่าอะไรคือประเด็น ทำไมไม่เพียงใช้ ADC ที่มีความละเอียดสูงกว่าหากต้องการความละเอียดที่สูงกว่า

เพื่อเป็นตัวอย่างพื้นฐานว่า ADC แบบ 1 บิตสามารถใช้รับข้อมูลที่เป็นประโยชน์จากรูปคลื่นได้อย่างไรดูที่วงจรนี้ มันใช้คลื่นสามเหลี่ยมเพื่อเปลี่ยนข้อมูลให้เป็นเอาต์พุตมอดูเลตความกว้างพัลส์ นี่เป็นเวอร์ชันที่คล้ายกัน แต่ง่ายขึ้นของวิธีการทำงานของเทคนิค ADC แบบ 1 บิตอื่น ๆ โดยใช้สัญญาณอ้างอิง (โดยปกติคือ fedback) เพื่อเปรียบเทียบอินพุต

วงจรไฟฟ้า

การจำลอง

ภาพขยาย Timescale:

เราสามารถเห็นได้จากรูปคลื่นอินพุตด้านบนคลื่นสามเหลี่ยมใช้ในการเปรียบเทียบรูปคลื่นที่จุดต่าง ๆ ตลอดช่วงเวลา ตราบใดที่คลื่นสามเหลี่ยมมีความถี่สูงกว่าอินพุตมาก (ความถี่ยิ่งแม่นยำยิ่งขึ้น) สิ่งนี้จะทำให้ผู้เปรียบเทียบเอาท์พุทโดยเฉลี่ยสูง / ต่ำขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าของรูปคลื่น
หากต้องการดูว่าเราสามารถสร้างรูปแบบคลื่นดั้งเดิมจากข้อมูล PWM ได้อย่างไรเอาต์พุตเปรียบเทียบจะถูกป้อนเข้าสู่ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำและดึงคลื่นไซน์ออกมาอีกครั้ง

สำหรับการอ่านเพิ่มเติม:

ตัวแปลงเดลต้า - ซิกมา
ประมาณต่อเนื่อง ADC ADC
บิตเดียว
ลาดทางลาดเปรียบเทียบ ADC (ADC เคาน์เตอร์)

ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลหนึ่งบิต (A / D) เป็นเพียงตัวเปรียบเทียบที่มีขีด จำกัด อยู่ตรงกลางของช่วง โดยปกติแล้วคุณจะไม่เรียกมันว่า A-D 1-bit แม้ว่ามันจะถูกต้องตามกฎหมายก็ตาม

มีวิธีใช้ตัวเปรียบเทียบเพื่อรับค่าดิจิตอลความละเอียดที่สูงขึ้นในท้ายที่สุด delta-sigma A / D เป็นตัวอย่างหนึ่ง สิ่งนี้จะทำให้การรวมเอาท์พุทตัวเปรียบเทียบและทำการเปรียบเทียบกลับไปยังอินพุตแบบอะนาล็อก ในช่วงเวลาหลายครั้งค่าอะนาล็อกจะถูกแทนด้วยจำนวน 1 บิตจากทั้งหมด การแก้ไขคือการแลกเปลี่ยนกับเวลา ปัจจุบันอัตราบิตสามารถอยู่ในช่วง MHz หลายช่วง ตัวอย่างเช่นที่อัตราบิต 10 MHz การรับผลลัพธ์ 20 บิต (ประมาณ 1 M นับ) จะใช้เวลา 1/10 วินาที

อีกตัวอย่างหนึ่งคือ "การติดตาม" A / D สิ่งนี้มี D / A และตัวเปรียบเทียบจะเปรียบเทียบผลลัพธ์ D / A กับอินพุตอะนาล็อก หากผลการเปรียบเทียบต่ำค่า D / A จะเพิ่มขึ้นมิฉะนั้นจะลดลง

อีกชื่อหนึ่งของ ADC หนึ่งบิตคือตัวเปรียบเทียบ ฉันสามารถจินตนาการ 1 บิต ADC อาจเพียงพอสำหรับแอปพลิเคชั่นที่จำเป็นต้องเปิด / ปิดวาล์วสวิตช์สัญญาณเตือนถ้าสัญญาณสูงกว่าหรือต่ำกว่าเกณฑ์

ข้อแตกต่างอย่างหนึ่งที่ยังไม่ได้กล่าวถึงระหว่างคำว่า "1- บิต ADC" และ "ตัวเปรียบเทียบ" คือในหลาย ๆ สถานที่ที่มีการใช้ตัวเปรียบเทียบมันเป็นที่พึงปรารถนาที่จะมีฮิสเทรีซีสในจำนวนที่มากกว่าระดับเสียงพื้นฐานของระบบ ที่ใช้ ADC แบบ 1 บิตไม่ต้องการฮิสเทรีซีส

เมื่อสร้าง DAC แบบหลายบิตหรือ ADC มักจะยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าแต่ละบิตจะมีเอฟเฟกต์ที่แม่นยำสองเท่าใหญ่พอ ๆ กับที่ต่ำกว่าถัดไป หากผลของบิตมีขนาดใหญ่หรือเล็กกว่านี้ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่แสดงโดยระหว่างรหัสที่ลงท้ายด้วยเช่น "0111" และรหัสที่สูงกว่าถัดไป (ซึ่งลงท้ายด้วย 1,000 ") จะไม่ถูกต้องหากเช่น 1mV การเปลี่ยนแปลงค่าอินพุทบางครั้งทำให้ค่า ADC ที่รายงานถูกเปลี่ยนเป็น 2 และบางครั้งทำให้ค่าเปลี่ยนแปลง 6 ซึ่งอาจทำให้ระบบควบคุมแบบอิงความคิดเห็นแตกต่างตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงบางอย่างมากและไม่ตอบสนองต่อผู้อื่น

การใช้ ADC ขนาด 1 บิตพร้อมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกบางตัวสามารถออกแบบวงจรเพื่อให้เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่สัญญาณสูงขึ้นอยู่กับอัตราส่วนระหว่างแรงดันอินพุตและแรงดันอ้างอิง หากมีใครวัดเปอร์เซ็นต์ของเวลาที่สัญญาณสูงดังนั้นอาจสรุปได้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ในกรณีที่ไม่มีฮิสเทรีซิสหรือผลกระทบที่เกี่ยวข้องการวัดนี้อาจแม่นยำมาก อย่างไรก็ตามฮิสเทรีซิสอาจทำให้เกิดความไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งอาจแก้ไขได้ยาก