Pregunta sobre Convertidor de analógico a digital de 1 bit

Creo que podría entender lo que estás tratando de hacer. Tú quieres:

1. Muestree un tren de pulsos a intervalos regulares (rápidos) que tiene dos valores posibles, y en realidad no corresponden a ningún voltaje estándar para entradas digitales "normales".
2. Informe estos datos a otro sistema.

Si eso es correcto, aquí está mi circuito sugerido:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

y mi teoría de operación sugerida:

1. Comprenda el n.° 2 de esta lista y configure el chip para que lo haga con un recuento mínimo de instrucciones y una tasa máxima de instrucciones. (es posible que deba usar el ensamblaje en un chip de alta especificación, lo que no se hace con frecuencia)
2. Configure una interrupción de temporizador en el software para disparar a la frecuencia de muestreo deseada. Cuando se dispara la interrupción:
   1. Desplace una variable de byte hacia arriba (izquierda) en 1.
   2. Lea la entrada digital en el bit bajo de esa variable. (vacío debido a #1)
   3. Decrementa una variable de contador.
   4. Si el contador ahora es cero, mueva la variable de byte (acumulador) al registro de envío de UART (como lo llame su chip) y vuelva a establecer el contador en 8. El UART enviará el byte por sí mismo mientras captura las siguientes 8 muestras. .

Algunas notas:

• Algunos chips tienen el comparador incorporado. (la cosita del triángulo por sí misma) Esto puede reducir el número de piezas si es lo suficientemente rápido. De cualquier manera, lea la hoja de datos del comparador que pretende usar.
• El pulso de entrada debe estar dentro de la fuente de alimentación del comparador. Mostré 5V aquí porque es bastante común, pero podría ser cualquier cosa permitida por la hoja de datos.
• La salida del comparador utilizará todo el suministro disponible, a menos que sea del tipo de colector abierto (fuerza baja, permiso alto), en cuyo caso puede agregar una resistencia entre la salida y su suministro digital.
• El UART probablemente requerirá 10 bits por byte de datos: 1 inicio, 8 datos, 1 parada, por lo que su velocidad de transmisión será más rápida que su frecuencia de muestreo. Asegúrate de que funcione en ambos extremos.
• Si la velocidad en baudios no puede ser tan rápida, puede buscar alguna forma de compresión de datos. ¿Quizás enviar un informe solo sobre cada evento (no continuamente) e incluir el tiempo transcurrido desde el evento anterior? Eso requeriría una teoría de operación completamente diferente, y probablemente también sería mucho más fácil de implementar.

Has cambiado mucho la pregunta, así que estoy escribiendo una respuesta completamente nueva. Sin embargo, si bien la nueva versión aclara algunas cosas, todavía deja muchas preguntas sin responder (a pesar de que varias personas las han preguntado específicamente) y continúa mostrando conceptos erróneos. La forma más fácil de pasar por esto es responder a partes individuales de su pregunta:

El dispositivo 1 emite una señal analógica.

No, claramente no lo hace.

Esta señal analógica permanecerá en un voltaje bajo hasta que su pulso sea alto durante un tiempo t. Entonces volverá a la tensión baja. Esta señal analógica siempre estará en voltaje bajo o alto.

Entonces no es una señal analógica. Claramente tiene sólo dos estados posibles. Dijiste antes que T es fijo. Esta es una secuencia de pulsos.

La pregunta importante, que se le ha hecho repetidamente, es cuál es el significado de esta señal. Los niveles de voltaje son fijos, el tiempo alto del pulso es fijo, por lo que la información solo se puede codificar en el tiempo bajo del pulso. Anteriormente dijiste que el tiempo de estos pulsos es "aleatorio" (tu palabra). Si eso es cierto, esta secuencia de pulsos no lleva ninguna información, en cuyo caso todo este ejercicio no tiene sentido. Espero que haya querido decir que los tiempos de pulso son impredecibles, lo cual es muy diferente al azar. Eso aún deja la pregunta de qué datos transporta esta secuencia de pulsos y cómo se codifica exactamente.

El dispositivo 2 quiere leer esta señal. Sin embargo, solo puede recibir señales con un protocolo UART a su tasa de baudios interna.

OK, entonces, ¿cuál es esta tasa de baudios? Tenga en cuenta que esto limitará inherentemente el ancho de banda de la información que el dispositivo 2 puede recibir. La velocidad UART común más rápida es de 115,2 kbaudios, pero puede ser más rápida. Sin embargo, algo por encima de 1 Mbit/s es muy poco probable.

Intérprete es lo que quiero.

No, este intérprete es lo que imaginas como solución. Aparentemente, lo que desea es transmitir la información codificada en el flujo de pulsos a través de un UART al dispositivo 2. Omitiré el resto de su pregunta, ya que es un detalle sin sentido sobre su solución imaginada en lugar del problema real.

Ahora que el problema real es algo más claro, lo que necesitamos saber también es más claro. Para pensar en algo que vaya entre el flujo de pulsos y el UART, necesitamos saber:

1. ¿Qué tipo de datos se codifican en este flujo de pulsos? ¿Es un único valor escalar? Sería útil saber qué representa físicamente.

2. ¿Cuál es el tiempo alto de pulso fijo?

3. ¿Cuál es el tiempo mínimo posible de pulso bajo? Esto junto con el #2 también nos dice la frecuencia máxima de pulso.

4. ¿Cómo se codifica exactamente el valor de los datos en este flujo de pulsos?

5. ¿Cuál es la velocidad en baudios de UART que espera el dispositivo 2?

6. ¿Cuáles son los niveles de voltaje alto y bajo de la señal de pulso?

Espero respuestas claras y específicas a cada una de estas preguntas, de lo contrario me largo. Todo esto se pide por una razón. Todas deben ser respondidas ya sea que entiendas por qué se preguntan o no. Y no, no puedes "interpretar" estas preguntas y preguntar lo que crees que quiero saber o lo que prefieres decirme.

Agregado

Ahora ha dado especificaciones reales sobre el flujo de pulso entrante. Viene de un detector de fotones, y cada pulso representa un fotón. La señal es digital TTL, con baja ≤ 800 mV y alta ≥ 3,5 V. Cada pulso dura 30 ns, y hay al menos 50 ns entre pulsos consecutivos. Esto significa que el período de pulso mínimo es de 80 ns y la frecuencia de pulso máxima de 12,5 MHz.

La tarea es comunicar de alguna manera la información en este flujo de pulsos a un segundo dispositivo a través de una conexión UART. No se conoce la tasa de baudios de UART, así que por ahora supondré la tasa común más rápida de 115,2 kbaudios.

Recibir eléctricamente la señal de pulso es fácil ya que cualquier cosa con una entrada compatible con TTL funcionará directamente. Esto podría ser, por ejemplo, cualquier puerta 74HCTxxx funcionando a 5 V. Es posible que las entradas CMOS ordinarias no funcionen, dependiendo de cuál sea su nivel alto lógico mínimo garantizado. Se debe verificar la hoja de datos de lo que sea que esté recibiendo esta señal, pero encontrar algo compatible no será un problema. Aparte de elegir la entrada digital adecuada para recibir esta señal, no es necesario hacer nada especial.

Para diseñar la cosa entre el flujo de pulsos y el UART, necesitamos saber qué información del flujo de pulsos es relevante. ¿Solo te importa el nivel de luz promedio? Si es así, ¿cuál es la frecuencia más alta del nivel de luz que le interesa? O, ¿necesita saber cuándo ocurren los pulsos individuales? Eso sería mucho más difícil. El problema básico es que hay mucha más información en el flujo de pulsos de la que posiblemente pueda comunicar a través de la conexión UART. Por lo tanto, se debe realizar alguna reducción de datos.

Echemos un primer vistazo a la magnitud de la reducción de datos. Suponga que solo necesita saber los recuentos de fotones por intervalo de tiempo. Cada byte UART toma tiempos de 10 bits a 115,2 kbaudios, es decir, 87 µs. A la frecuencia de pulso máxima de 12,5 MHz, puede haber hasta 1085 pulsos por byte UART. Dado que un byte puede expresar 0-255, puede escalar el número de pulsos observados cada byte en 0,235. Eso le daría el nivel de luz resuelto en aproximadamente 4 fotones muestreados a 11,5 kHz. Por lo tanto, la frecuencia máxima del nivel de luz es de 5,7 kHz. ¿Es eso lo suficientemente bueno?

Un posible truco es transferir el error del byte anterior al byte siguiente. Eso le da la cuenta regresiva a largo plazo a fotones individuales a expensas de algo de ruido en cada lectura.

Otra posibilidad es enviar dos bytes cada intervalo de conteo. Ahora puede tener hasta 2170 conteos por intervalo de muestra, pero eso se puede transmitir directamente en dos bytes. Obtiene resolución completa, pero la frecuencia máxima baja a 2,9 kHz. Con un poco de ingenio, puede empaquetar dos lecturas en 3 bytes para obtener una resolución completa a una frecuencia más alta, aunque con más latencia.

Hay muchos esquemas posibles de reducción de datos. Es imposible elegir uno sin saber qué aspecto de los datos le interesan.

Hay demasiada confusión para aclarar de manera realista aquí, así que solo algunos puntos:

1. TTL no es un protocolo. Es una familia lógica, aunque la referencia a TTL a veces puede significar usar los niveles de voltaje de esa familia lógica, ya sea que la lógica TTL se use o no.

2. Aparentemente, tiene una secuencia de pulsos, pero no está claro cómo se codifica el nivel analógico en estos pulsos. Usted dice que los niveles de voltaje y el tiempo alto de pulso son fijos, entonces, ¿el nivel analógico está codificado por el tiempo entre pulsos? Tienes que conocer esta codificación si quieres recuperar el nivel analógico. ¿Quizás el nivel promedio de CC de estos pulsos es el nivel analógico?

3. "8 bits, sin paridad, 1 parada" se refiere a un protocolo UART, que no tiene ningún sentido en relación con su tren de pulsos. No puedo empezar a adivinar lo que quieres decir al referirte a esto.

4. Diseñar un sistema A/D que funcione a 500 millones de muestras/segundo no es trivial. Hay demasiados problemas para entrar aquí. Con su nivel actual de conocimientos de electrónica, la respuesta es que alguien que sepa cómo hacerlo lo haga por usted. Este no es un proyecto novato.

5. Hablas de tener este tren de pulsos, por lo que cómo se supone que este A/D encaja en el sistema es un completo misterio.

Usaría una MCU con un temporizador de hardware ajustado a la tasa de bits de la señal de entrada, junto con algún tipo de conversión de nivel (búfer de activación Schmitt, etc.) para cambiar la señal a tierra y Vcc de la MCU.

El temporizador se usará para muestrear la señal justo después de que debería haber ocurrido una transición. Se puede usar una interrupción para sincronizar el temporizador inicialmente, después de lo cual puede funcionar libremente en función de las características de la señal de entrada en sí.

Una vez que se hayan muestreado 8 bits, se utilizará el UART de la MCU para transmitir el resultado aguas arriba.