Для чего нужен однобитный АЦП?

Чтобы дать базовый пример того, как можно использовать 1-битный АЦП для получения полезной информации из сигнала, взгляните на эту схему. Он использует треугольную волну для преобразования информации в выходной сигнал с широтно-импульсной модуляцией. Это аналогичная, но упрощенная версия того, как работают другие методы 1-битного АЦП, с использованием опорного сигнала (обычно с обратной связью) для сравнения с входным сигналом.

Схема

Моделирование

Увеличенный вид временной шкалы:

На верхнем входном сигнале видно, что треугольная волна используется для сравнения формы сигнала в разных точках его периода. Пока 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 формы волны.
Чтобы увидеть, как мы можем воспроизвести исходную форму волны из данных ШИМ, выходной сигнал компаратора подается на фильтр нижних частот, и на выходе снова появляется синусоида.

Для дальнейшего чтения:

Преобразователи дельта-сигма
АЦП последовательного приближения Одноразрядные
АЦП
Линейное сравнение АЦП (счетчик АЦП)

Одноразрядный аналого-цифровой преобразователь (A/D) — это просто компаратор с порогом в середине диапазона. Обычно вы не называете это 1-битным аналого-цифровым преобразователем, хотя вполне законно думать об этом именно так.

Есть способы использовать компаратор, чтобы в конечном итоге получить цифровое значение с более высоким разрешением. Одним из примеров является дельта-сигма АЦП. Это продолжает интегрировать выход компаратора и сравнивать его с аналоговым входом. Аналоговое значение за определенное количество битов представлено количеством битов 1 из целого. Разрешение — это компромисс со временем. В настоящее время скорость передачи данных может быть в диапазоне нескольких МГц. Например, при скорости передачи данных 10 МГц получение 20-битного результата (около 1 млн отсчетов) займет 1/10 секунды.

Другим примером является «следящий» АЦП. Он содержит ЦАП, и компаратор сравнивает результат ЦАП с аналоговым входом. Если результат компаратора низкий, значение D/A увеличивается, в противном случае оно уменьшается.

Еще не упомянутое различие между терминами «1-разрядный АЦП» и «компаратор» заключается в том, что во многих местах, где используются компараторы, желательно иметь гистерезис в величине, превышающей базовый уровень шума системы, но в приложениях которые используют 1-битный АЦП, такой гистерезис не нужен.

При построении многоразрядного ЦАП или АЦП часто бывает трудно гарантировать, что каждый бит будет иметь эффект ровно в два раза больший, чем следующий меньший бит. Если влияние бита больше или меньше, чем это, разница в напряжениях, представленная между кодом, который заканчивается, например, на «0111», и кодом следующего более высокого уровня (который заканчивается на 1000») будет неправильным. Если, например, 1 мВ изменение на входе иногда вызывает изменение сообщаемого значения АЦП на 2, а иногда на 6, что может привести к чрезмерной реакции систем управления на основе дифференциальной обратной связи на одни изменения и недостаточной реакции на другие.

Используя 1-разрядный АЦП вместе с некоторой аналоговой электроникой, можно разработать схему, в которой процент времени, в течение которого сигнал находится на высоком уровне, будет зависеть от соотношения между входным напряжением и опорным напряжением. Если измерить процент времени, в течение которого сигнал находится на высоком уровне, можно, таким образом, сделать вывод о входном напряжении. При отсутствии гистерезиса или связанных с ним эффектов это измерение может быть очень точным. Однако гистерезис может вызвать нелинейность, которую трудно исправить.

Другое название одноразрядного АЦП — компаратор. Я могу себе представить, что 1-битного АЦП может быть достаточно для приложения, которому необходимо включать / выключать клапан, переключать, сигнализировать, если сигнал превышает / ниже порогового значения.