¿Para qué sirve un ADC de un bit?

Para dar un ejemplo básico de cómo se puede usar un ADC de 1 bit para obtener información útil de una forma de onda, eche un vistazo a este circuito. Utiliza una onda triangular para convertir la información en una salida modulada por ancho de pulso. Esta es una versión similar pero simplificada de cómo funcionan otras técnicas ADC de 1 bit, mediante el uso de una señal de referencia (generalmente realimentada) para comparar la entrada.

Circuito

Simulación

Vista de escala de tiempo ampliada:

Podemos ver desde la forma de onda de entrada superior, la onda triangular se usa para comparar la forma de onda en diferentes puntos a lo largo de su período. Siempre que la onda triangular sea de una frecuencia considerablemente más alta que la entrada (cuanto más alta sea la frecuencia, más preciso), esto hace que el comparador emita un promedio de alto/bajo dependiendo del nivel de voltaje de la forma de onda.
Para ver cómo podemos reproducir la forma de onda original a partir de los datos PWM, la salida del comparador se alimenta a un filtro de paso bajo y vuelve a generar la onda sinusoidal.

Para leer más:

Convertidores Delta-Sigma ADC de
aproximación sucesiva ADC
de bit único ADC de
comparación de rampa (ADC de contador)

Un convertidor de analógico a digital (A/D) de un bit es solo un comparador con el umbral en el medio del rango. Sin embargo, por lo general no lo llama A/D de 1 bit, aunque es legítimo pensarlo de esa manera.

Hay formas de hacer uso de un comparador para finalmente obtener un valor digital de mayor resolución. Un delta-sigma A/D es un ejemplo. Esto sigue integrando la salida del comparador y comparándola con la entrada analógica. A lo largo de un número de bits, el valor analógico se representa por el número de 1 bits del total. La resolución es una compensación con el tiempo. Hoy en día, la tasa de bits puede estar en el rango de múltiples MHz. Por ejemplo, a una tasa de bits de 10 MHz, obtener un resultado de 20 bits (alrededor de 1 M de recuentos) tardaría 1/10 de segundo.

Otro ejemplo es un A/D de "seguimiento". Este contiene un D/A y el comparador compara el resultado D/A con la entrada analógica. Si el resultado del comparador es bajo, el valor D/A se incrementa; de lo contrario, se reduce.

Una diferencia que aún no se menciona entre los términos "ADC de 1 bit" y "comparador" es que en muchos lugares donde se usan comparadores, es deseable tener histéresis en una cantidad mayor que el nivel de ruido de referencia del sistema, pero en aplicaciones que usan un ADC de 1 bit, no se desea tal histéresis.

Al construir un DAC o ADC de varios bits, a menudo es difícil garantizar que cada bit tendrá un efecto exactamente el doble que el siguiente inferior. Si el efecto de un bit es mayor o menor que esto, la diferencia en los voltajes representados por entre un código que termina en, por ejemplo, "0111" y el siguiente código superior (que termina en 1000") será incorrecta. Si, por ejemplo, un 1mV el cambio en una entrada a veces hace que un valor de ADC informado cambie en 2 y a veces hace que cambie en 6, lo que puede causar que los sistemas de control basados ​​en retroalimentación diferencial reaccionen de forma exagerada a algunos cambios y no reaccionen a otros.

Usando un ADC de 1 bit junto con algunos componentes electrónicos analógicos, es posible diseñar un circuito de modo que el porcentaje de tiempo que una señal sea alta dependerá de la relación entre un voltaje de entrada y un voltaje de referencia. Si se mide el porcentaje de tiempo que la señal es alta, se puede inferir el voltaje de entrada. En ausencia de histéresis o efectos relacionados, esta medida puede ser muy precisa. Sin embargo, la histéresis puede causar no linealidades que pueden ser difíciles de corregir.

Otro nombre para un ADC de un bit es un comparador. Puedo imaginar que un ADC de 1 bit puede ser suficiente para una aplicación que necesita encender/apagar una válvula, cambiar, alarmar si la señal supera/deja de un umbral.