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Solución:
Dividir su rango de entrada le dará 13 bits, no 24. Suponga que tiene un rango de entrada de -4.096V a + 4.096V. Entonces, un ADC de 12 bits tendrá una resolución de 2mV: 2 $ ^ 12 $ x 2mV = 8.192V (el rango de -4.096V a + 4.096V). Si toma la mitad positiva, obtiene una resolución de 1 mV allí porque su rango se reduce a la mitad: 2 $ ^ 12 $ x 1mV = 4.096V. Eso es 2 $ ^ 12 $ niveles por encima de 0 V y otros 2 $ ^ 12 $ por debajo. Juntos 2 $ ^ 12 $ + 2 $ ^ 12 $ = 2 $ ^ 13 $, de modo que 1 bit extra, no 12.
Acerca de cambiar el voltaje de referencia. Daré un ejemplo diferente. Suponga que tiene un ADC de 1 bit y desea obtener 12 bits cambiando la referencia. Un bit le dará un 1 si la entrada es mayor que $ frac V_ REF 2 $, y un cero en caso contrario. Suponga que su referencia es 1V, entonces el umbral es 0.5V. Si cambia su referencia a 0,9 V, tendrá un nuevo umbral a 0,45 V, por lo que ya podrá discernir 3 niveles diferentes. Oye, esto puede funcionar, puedo hacer 12 bits con un ADC de 1 bit, y luego probablemente también 24 bits con un ADC de 12 bits.
¡Aguanta! ¡No tan rapido! Puede hacer esto, pero los componentes de su ADC de 1 bit deben ser de grado de 12 bits. Eso es por la precisión de la referencia y el comparador. Del mismo modo, un ADC de 12 bits podría funcionar con 24 bits si la precisión del ADC es lo suficientemente precisa y si la precisión del voltaje de referencia variable es de 24 bits. Entonces, en la práctica, no se gana mucho.
No existe el almuerzo gratis.
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Parece haber un malentendido sobre el sobremuestreo y el hecho de que están ADC de audio de 1 bit que pueden brindarle una resolución de 16 bits.
Si su entrada es un nivel de CC fijo, digamos 0,2 V en un rango de entrada de 1 V, su salida siempre será la misma también. Con un ADC de 1 bit, esto será cero para nuestro ejemplo (el nivel es menos de la mitad de la referencia). Eso será así, ya sea que muestree a 1 muestra por segundo o 1000. Por lo tanto, promediar no cambia esto. ¿Por qué funciona con el ADC de audio ?, porque el voltaje varía todo el tiempo (ruido), lo que, según Einstein (relatividad, ya sabes ;-)) es lo mismo que mantener el voltaje constante y variar la referencia. Y luego obtiene varias lecturas diferentes durante el sobremuestreo, que puede promediar para obtener una aproximación bastante buena de su nivel real.
El ruido tiene que ser lo suficientemente fuerte para pasar el umbral (s) del ADC y tiene que ajustarse a ciertas restricciones, como la distribución gaussiana (ruido blanco). En el ejemplo de 1 bit no funcionó porque el nivel de ruido es demasiado bajo.
Otras lecturas:
Nota de aplicación de Atmel AVR121: mejora de la resolución de ADC mediante sobremuestreo
Muchas cosas en tu pregunta. Así que tomémoslos uno por uno.
Supongamos que tengo un par de ADC de 12 bits, puedo imaginar que se pueden conectar en cascada para obtener una salida de <= 24 bits. Puedo pensar en usar simplemente uno para el rango positivo y el otro para el rango negativo, aunque probablemente habrá alguna distorsión en la región de cruce. (supongamos que podemos ignorar algunos bits de error o, quizás, colocar un tercer ADC para medir el valor alrededor de 0 voltios).
En realidad, no, obtendría una resolución de 13 bits. Se puede describir el funcionamiento del convertidor de 12 bits como decidir en cuál de los 4096 contenedores (2 ^ 12) se encuentra el voltaje de entrada. Dos ADC de 12 bits le darían 8192 contenedores o una resolución de 13 bits.
Otra opción en la que había estado pensando es usar un solo ADC de alta velocidad y cambiar los voltajes de referencia para obtener una resolución más alta a una velocidad más baja.
En realidad, así es como funciona el Conversor de aproximación sucesiva. Básicamente, el convertidor de un bit (también conocido como comparador) se utiliza con un convertidor de digital a analógico que produce una tensión de referencia variable según el algoritmo de aproximación sucesiva para obtener una muestra digitalizada de la tensión. Tenga en cuenta que los convertidores de SAR son muy populares y la mayoría de los ADC en uC son del tipo SAR.
También debería haber una forma de obtener un resultado de valor real usando un ADC de referencia fija y luego cambiando las aref del convertidor secundario para obtener un valor más preciso en el medio.
En realidad, es muy similar a cómo funcionan los ADC de canalización. Sin embargo, en lugar de cambiar la referencia del ADC secundario, el error de residuo que queda después de la primera etapa es amplificado y procesado por el ADC de la siguiente etapa.
Cualquier comentario y sugerencia son bienvenidos. Supongo que un chip cuádruple de 8 bits (o doble de 12 bits) es menos costoso que un solo chip de 24 bits.
En realidad, hay una razón por la que tener un convertidor de 24 bits no es tan simple como disponer en alguna configuración cuatro convertidores de 8 bits. Hay mucho más en eso. Creo que key Un malentendido aquí es pensar que uno puede simplemente “agregar” un número de bits. Para ver por qué esto es incorrecto, es mejor pensar en el ADC como un circuito que decide a qué voltaje de entrada “bin” pertenece. El número de bins es igual a 2 ^ (número de bits). Entonces, el convertidor de 8 bits tendrá 256 contenedores (2 ^ 8). El convertidor de 24 bits tendrá más de 16 millones de contenedores (2 ^ 24). Entonces, para tener el mismo número de contenedores que en el convertidor de 24 bits, se necesitarían más de 65 mil convertidores de 8 bits (en realidad, 2 ^ 16).
Para continuar con la analogía del contenedor, suponga que su ADC tiene una escala completa de 1V. Entonces, el “bin” del convertidor de 8 bits es 1V / 256 = ~ 3.9mV. En el caso del convertidor de 24 bits, sería 1 V / (2 ^ 24) = ~ 59,6 nV. Intuitivamente, está claro que “decidir” si el voltaje pertenece a un contenedor más pequeño es más difícil. De hecho, este es el caso debido al ruido y diversas no ideales del circuito. Por lo tanto, no solo uno necesitaría más de 65 miles de convertidores de 8 bits para obtener una resolución de 24 bits, sino que también esos convertidores de 8 bits tendrían que poder resolverse en un contenedor de 24 bits (su convertidor normal de 8 bits no sería lo suficientemente bueno ya que es capaz de resolver a ~ 3,9 mV bin no a 59,6 nV bin)
Sí, en teoría puedes hacer lo que quieras, pero solo si tienes a tu disposición algún equipo totalmente irreal.
Los otros comentarios hechos hasta ahora sobre la precisión adicional limitada son correctos, lamentablemente.
Considerar. Mida un voltaje con un ADC de 12 bits y obtenga, por ejemplo, 111111000010. Sabe que el valor real se encuentra en algún lugar en un rango de 1 bit +/- 0,5 bits a cada lado de este valor.
SI su ADC tenía una precisión de 24 bits pero proporcionaba solo 12 bits, entonces informa que el vaklue se encuentra dentro de +/- medio bit de 111111000010 000000000000. Si este fuera el caso, podría tomar un ADC de 12 bits con un +/- 1 / Rango de 2 bits, céntrelo en 111111000010000000000000 y lea el resultado. Esto le daría la diferencia entre la señal real y el valor de aDC, según lo desee. QED.
Sin embargo el ADC de 12 bits solo tiene una precisión de aproximadamente medio bit. La suma total de sus diversos errores hace que declare un resultado determinado cuando el resultado real es hasta aproximadamente la mitad de un más o menos diferente.
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111111000010 significa 111111000010 000000000000
en realidad puede significar 111111000010 000101101010 o lo que sea.
Entonces, si toma un segundo ADC y mide los 12 bits inferiores y ASUME que son relativos a un límite exacto de 12 bits, en realidad son relativos al valor erróneo anterior. Como este valor es esencialmente un error aleatorio, estaría agregando una nueva cifra de 12 bits más baja a 12 bits de ruido esencialmente aleatorio. Preciso + aleatorio = nuevo aleatorio.
EJEMPLO
Utilice dos convectores que puedan medir un rango y dar un resultado en 1 de 10 pasos. Si se escala a 100 voltios FS, dan ge 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Si se escala a escala completa de 10 voltios, dan 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Decide utilizar estos dos convertidores para medir un rango de 100 voltios con una precisión de 1 voltio.
El convertidor 1 devuelve 70V. Luego mide el voltaje relativo a 70V y obtiene -3V. Así que consumas que el valor real es decir + 70V – 3V = 67V.
SIN EMBARGO, el resultado de 70 V podría ser cualquiera de 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74
Solo si el primer convertidor es PRECISO a 1 V en 100, aunque muestra pasos de 10 V en 100 V, puede lograr lo que desea.
Entonces, el resultado real es 67V +/- 5 voltios = cualquier valor entre 62V y 72V. Así que no estás mejor que antes. Su centro se ha movido pero puede estar ubicado al azar.
Podrá obtener una mejora modesta de esta manera, ya que un convertidor suele ser un poco más preciso que los bits que devuelve (espera), por lo que su segundo convertidor hace algún uso de esto.
Se ha mencionado un sistema que de hecho funciona con una omisión importante. Si muestrea una señal N veces y agrega + / _ la mitad de un poco de ruido gaussiano, extenderá la señal “por todo el rango posible” y el valor promedio ahora será log (N) más preciso que antes. Este esquema tiene anzuelos y calificaciones y no puede simplemente obtener una cantidad adicional arbitraria de bits, pero ofrece algunas mejoras.
En el primer caso anterior, mencioné un ADC de 12 bits con una precisión de 24 bits. Puede lograr algo de este tipo utilizando un ADC de 12 bits y leyendo su valor asumido con un convertidor delta sigma de 24 bits, por ejemplo. SI la señal fue lo suficientemente estable como para permanecer en el mismo rango de un bit. Puede usar un segundo ADC para leer los segundos 12 bits con esta señal estable.
Alternativa: simplemente lea la señal de 24 bits inicialmente con sigma delta, bloquee ese punto y luego mida sucesivamente en relación con él con el segundo ADC. Siempre que la señal permanezca dentro del rango del segundo ADC, obtendrá un resultado mucho más rápido.
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