Какой сигнал называется цифровым. Аналоговые и цифровые сигналы: типы, характеристики, преимущества и недостатки

Какие основные различия между аналоговыми и цифровыми сигналами. Каковы преимущества и недостатки каждого типа сигналов. Где применяются аналоговые и цифровые сигналы в современной электронике и системах связи.

Что такое аналоговый сигнал и его основные характеристики

Аналоговый сигнал представляет собой непрерывно изменяющуюся во времени физическую величину, которая используется для передачи информации. Основные характеристики аналогового сигнала:

• Непрерывность — сигнал имеет бесконечное количество значений в заданном диапазоне
• Плавность изменения — отсутствие резких скачков значений
• Привязка к физическим параметрам среды передачи (напряжение, ток, частота и т.д.)
• Чувствительность к шумам и помехам
• Сложность точного восстановления исходного сигнала после передачи

Примерами аналоговых сигналов являются звуковые волны, изменение температуры, давления и других физических величин. В электронике аналоговый сигнал обычно представлен изменяющимся напряжением или током.

Цифровой сигнал и его ключевые особенности

Цифровой сигнал — это сигнал, который принимает конечное число дискретных значений. Основные характеристики цифрового сигнала:

• Дискретность — сигнал имеет ограниченное число возможных значений
• Квантование по уровню — значения сигнала округляются до ближайшего разрешенного уровня
• Квантование по времени — значения фиксируются в определенные моменты времени
• Представление в виде последовательности чисел (обычно двоичных)
• Устойчивость к шумам и искажениям
• Возможность точного восстановления исходного сигнала

В электронике цифровой сигнал обычно представлен последовательностью импульсов напряжения двух уровней, соответствующих логическому нулю и единице.

Преимущества и недостатки аналоговых сигналов

Аналоговые сигналы имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с цифровыми:

Преимущества аналоговых сигналов:

• Высокая точность представления реальных физических процессов
• Простота генерации и обработки
• Меньшая полоса частот для передачи того же объема информации
• Отсутствие необходимости в преобразовании для работы с аналоговыми устройствами
• Плавное изменение сигнала без резких скачков

Недостатки аналоговых сигналов:

• Низкая помехоустойчивость и подверженность искажениям
• Сложность точного восстановления исходного сигнала после передачи
• Накопление шумов и искажений при многократном копировании или усилении
• Сложность реализации сложных алгоритмов обработки
• Ограниченные возможности по сжатию информации

Преимущества и недостатки цифровых сигналов

Цифровые сигналы также обладают рядом достоинств и ограничений:

Преимущества цифровых сигналов:

• Высокая помехоустойчивость и возможность восстановления исходного сигнала
• Простота хранения, копирования и передачи без потерь
• Возможность применения сложных алгоритмов обработки
• Эффективное сжатие информации
• Простота мультиплексирования нескольких сигналов

Недостатки цифровых сигналов:

• Необходимость аналого-цифрового преобразования для работы с реальными физическими процессами
• Ступенчатая форма сигнала из-за дискретизации
• Потеря информации при квантовании по уровню
• Большая полоса частот для передачи того же объема информации
• Сложность реализации некоторых аналоговых функций

Применение аналоговых и цифровых сигналов в современной электронике

Несмотря на широкое распространение цифровых технологий, аналоговые сигналы по-прежнему широко используются во многих областях:

Области применения аналоговых сигналов:

• Датчики физических величин (температуры, давления, освещенности и т.д.)
• Аудиотехника (микрофоны, громкоговорители)
• Радиосвязь (модуляция несущей)
• Силовая электроника (управление двигателями)
• Аналоговые вычислительные устройства

Области применения цифровых сигналов:

• Компьютерная техника и цифровые устройства
• Цифровая обработка сигналов (аудио, видео, изображений)
• Системы передачи данных и телекоммуникации
• Цифровое телевидение и радиовещание
• Системы управления и автоматизации

Во многих современных системах используется комбинация аналоговых и цифровых сигналов, что позволяет объединить преимущества обоих типов.

Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов

Для работы с аналоговыми и цифровыми сигналами в рамках одной системы используются специальные преобразователи:

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП):

• Преобразует аналоговый сигнал в цифровой код
• Выполняет дискретизацию сигнала по времени
• Производит квантование по уровню
• Кодирует полученные значения в двоичный код

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП):

• Преобразует цифровой код в аналоговый сигнал
• Формирует ступенчатый сигнал по входному коду
• Сглаживает ступенчатую форму с помощью фильтра
• Восстанавливает непрерывный аналоговый сигнал

Качество преобразования сигналов зависит от разрядности и быстродействия АЦП и ЦАП. Современные преобразователи позволяют обеспечить высокую точность представления аналоговых сигналов в цифровой форме.

Перспективы развития аналоговых и цифровых технологий

Несмотря на доминирование цифровых технологий, аналоговые сигналы и схемы продолжают играть важную роль в современной электронике. Основные тенденции развития:

• Совершенствование аналоговых интерфейсов для работы с физическим миром
• Повышение разрядности и быстродействия АЦП и ЦАП
• Развитие аналого-цифровых систем на кристалле
• Применение цифровой обработки для улучшения аналоговых сигналов
• Разработка новых алгоритмов цифровой обработки сигналов

Аналоговые и цифровые технологии продолжат развиваться, дополняя друг друга и обеспечивая оптимальные решения для различных задач в электронике и системах связи.

Аналоговый и цифровой сигнал. Типы сигналов и как это действует

Сигналами называют информационные коды, которые применяются людьми для того, чтобы передавать сообщения в информационной системе. Сигнал может подаваться, но его получение не обязательно. Тогда как сообщением можно считать только такой сигнал (или совокупность сигналов), который был принят и декодирован получателем (аналоговый и цифровой сигнал).

Одними из первых методов передачи информации без участия людей или других живых существ были сигнальные костры. При возникновении опасности последовательно разводились костры от одного поста к другому. Далее мы будем рассматривать способ передачи информации при помощи электромагнитных сигналов и подробно остановимся на рассмотрении темы аналоговый и цифровой сигнал.

Любой сигнал может быть представлен в виде функции, которая описывает изменения его характеристик. Такое представление удобно для изучения устройств и систем радиотехники. Помимо сигнала в радиотехнике есть еще шум, который является его альтернативой. Шум не несет полезной информации и искажает сигнал, взаимодействуя с ним.

Само понятие дает возможность отвлечься от конкретных физических величин при рассмотрении явлений, связанных с кодированием и декодированием информации. Математическая модель сигнала в исследованиях позволяет опираться на параметры функции времени.

Типы сигналов

Сигналы по физической среде носителя информации делятся на электрические, оптические, акустические и электромагнитные.

По методу задания сигнал может быть регулярным и нерегулярным. Регулярный сигнал представляется детерминированной функцией времени. Нерегулярный сигнал в радиотехнике представлен хаотической функцией времени и анализируется вероятностным подходом.

Сигналы в зависимости от функции, которая описывает их параметры могут быть аналоговыми и дискретными. Дискретный сигнал, который был подвергнут квантованию называется цифровым сигналом.

Обработка сигнала

Аналоговый и цифровой сигнал обрабатывается и направлен на то, чтобы передать и получить информацию, закодированную в сигнале.

После извлечения информации ее можно применять в разных целях. В частных случаях информация подвергается форматированию.

Аналоговые сигналы подвергаются усилению, фильтрации, модуляции и демодуляции. Цифровые же помимо этого еще могут подвергаться сжатию, обнаружению и др.

Аналоговый сигнал

Наши органы чувств воспринимают всю поступающую в них информацию в аналоговом виде. К примеру, если мы видим проезжающий мимо автомобиль, мы видим его движение непрерывно. Если бы наш мозг мог получать информацию о его положении раз в 10 секунд, люди бы постоянно попадали под колеса. Но мы можем оценивать расстояние куда быстрее и это расстояние в каждый момент времени четко определено.

Абсолютно то же самое происходит и с другой информацией, мы можем оценивать громкость в любой момент, чувствовать какое давление наши пальцы оказывают на предметы и т.п. Иными словами, практически вся информация, которая может возникать в природе имеет аналоговый вид. Передавать подобную информацию проще всего аналоговыми сигналами, которые являются непрерывными и определены в любой момент времени.

Чтобы понять, как выглядит аналоговый электрический сигнал, можно представить себе график, на котором будет отображена амплитуда по вертикальной оси и время по горизонтальной оси. Если мы, к примеру, замеряем изменение температуры, то на графике появится непрерывная линия, отображающая ее значение в каждый момент времени. Чтобы передать такой сигнал с помощью электрического тока, нам надо сопоставить значение температуры со значением напряжения. Так, например, 35.342 градуса по Цельсию могут быть закодированы как напряжение 3.5342 В.

Аналоговые сигналы раньше использовались во всех видах связи. Чтобы избежать помех такой сигнал нужно усиливать. Чем выше уровень шума, то есть помех, тем сильнее надо усиливать сигнал, чтобы его можно было принять без искажения. Такой метод обработки сигнала затрачивает много энергии на выделение тепла. При этом усиленный сигнал может сам стать причиной помех для других каналов связи.

Сейчас аналоговые сигналы еще применяются в телевидении и радио, для преобразования входного сигнала в микрофонах. Но, в целом, этот тип сигнала повсеместно вытеснен или вытесняется цифровыми сигналами.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал представлен последовательностью цифровых значений. Чаще всего сейчас применяются двоичные цифровые сигналы, так как они используются в двоичной электронике и легче кодируются.

В отличие от предыдущего типа сигнала цифровой сигнал имеет два значения «1» и «0». Если мы вспомним наш пример с измерением температуры, то тут сигнал будет сформирован иначе. Если напряжение, которое подается аналоговым сигналом соответствует значению измеряемой температуры, то в цифровом сигнале для каждого значения температуры будет подаваться определенное количество импульсов напряжения. Сам импульс напряжения тут будет равен «1», а отсутствие напряжения – «0». Приемная аппаратура будет декодировать импульсы и восстановит исходные данные.

Представив, как будет выглядеть цифровой сигнал на графике, мы увидим, что переход от нулевого значения к максимальному производится резко. Именно эта особенность позволяет принимающей аппаратуре более четко «видеть» сигнал. Если возникают какие-либо помехи, приемнику проще декодировать сигнал, нежели чем при аналоговой передаче.

Однако цифровой сигнал с очень большим уровнем шума восстановить невозможно, тогда как из аналогового типа при большом искажении еще есть возможность «выудить» информацию. Это связано с эффектом обрыва. Суть эффекта в том, что цифровые сигналы могут передаваться на определенные расстояния, а затем просто обрываются. Этот эффект возникает повсеместно и решается простой регенерацией сигнала. Там, где сигнал обрывается, нужно вставить повторитель или уменьшить длину линии связи. Повторитель не усиливает сигнал, а распознает его изначальный вид и выдает его точную копию и может использоваться сколь угодно в цепи. Такие способы повторения сигнала активно применяются в сетевых технологиях.

Помимо всего прочего аналоговый и цифровой сигнал различается и возможность кодирования и шифрования информации. Это является одной из причин перехода мобильной связи на «цифру».

Аналоговый и цифровой сигнал и цифро-аналоговое преобразования

Следует еще немного рассказать о том, как аналоговая информация передается по цифровым каналам связи. Вновь прибегнем к примерам. Как уже говорилось звук – это аналоговый сигнал.

Что происходит в мобильных телефонах, которые передают информацию по цифровым каналам

Звук, попадая в микрофон подвергается аналого-цифровому преобразованию (АЦП). Этот процесс состоит из 3 ступеней. Берутся отдельные значения сигнала через одинаковые отрезки времени, этот процесс называется дискретизация. По теореме Котельникова о пропускной способности каналов, частота взятия этих значений должна быть вдвое выше, чем самая высокая частота сигнала. То есть, если в нашем канале стоит ограничение на частоту в 4 кГц, то частота дискретизации будет составлять 8 кГц.

Далее все выбранные значения сигнала округляются или, иначе говоря, квантуются. Чем больше уровней при этом будет создано, тем выше будет точность восстановленного сигнала на приемнике. Затем все значения преобразуются в двоичный код, который передается на базовую станцию и затем доходит до другого абонента, являющегося приемником. В телефоне приемника происходит процедура цифро-аналогового преобразования (ЦАП). Это обратная процедура, цель которой на выходе получить сигнал как можно более идентичный исходному. Далее уже аналоговый сигнал выходит в виде звука из динамика телефона.

Похожие темы:

• Широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Аналоговая и цифровая
• Дискретность. Принципы и применение. Сигнал и работа. Особенности

Цифровой сигнал | это… Что такое Цифровой сигнал?

Для термина «сигнал» см. другие значения.

Цифровой сигнал — сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений. ^[1]

Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного сигнала. Цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания — это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в таких сетях посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно принимать и передавать. Узкополосные системы (baseband) передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты.

Дискретный цифровой сигнал сложнее передавать на большие расстояния, чем аналоговый сигнал, поэтому его предварительно модулируют на стороне передатчика, и демодулируют на стороне приёмника информации. Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.

Замечание. Следует иметь в виду, что реальный цифровой сигнал по своей физической природе является аналоговым. Из-за шумов и изменения параметров линий передачи он имеет флуктуации по амплитуде, фазе/частоте (джиттер), поляризации. Но этот аналоговый сигнал (импульсный и дискретный) наделяется свойствами числа. В результате для его обработки становится возможным использование численных методов (компьютерная обработка).

Важным свойством цифрового сигнала, определившего его доминирование в современных системах связи, является его способность к полной регенерации вплоть до некоторого порогового отношения сигнал/шум, в то время как аналоговый сигнал удаётся лишь усилить вместе с наложившимися на него шумами. Здесь же кроется и недостаток цифрового сигнала: если цифровой сигнал утопает в шумах, восстановить его невозможно (эффект крутой скалы (англ.)), в то время как человек (не машина) может усвоить информацию из сильно зашумлённого сигнала на аналоговом радиоприёмнике, хотя и с трудом. Если сравнивать сотовую связь аналогового формата (AMPS, NMT) с цифровой связью (GSM, CDMA), то при помехах на цифровой линии из разговора выпадают порой целые слова, а на аналоговой можно вести разговор, хотя и с помехами. Выход из данной ситуации — почаще регенерировать цифровой сигнал, вставляя регенераторы в разрыв линии связи, или уменьшать длину линии связи (например, уменьшать расстояние от сотового телефона до базовой станции (БС), что достигается более частым расположением БС на местности).

Ссылки

1. ↑ ГОСТ 17657—79 «Передача данных. Термины и определения»

См. также

• Аналоговый сигнал
• Сигнал (техника)
• Квантованный сигнал

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 мая 2011.

аналоговых и цифровых сигналов: использование, преимущества и недостатки | Артикул

СКАЧАТЬ PDF

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц

Подписаться

Мы ценим вашу конфиденциальность другой. В электронике сигнал часто представляет собой изменяющееся во времени напряжение, которое также является электромагнитной волной, несущей информацию, хотя может принимать и другие формы, например ток. В электронике используются два основных типа сигналов: аналоговые и цифровые сигналы. В этой статье обсуждаются соответствующие характеристики, использование, преимущества и недостатки, а также типичные применения аналоговых и цифровых сигналов.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал изменяется во времени и обычно привязан к диапазону (например, от +12 В до -12 В), но в этом непрерывном диапазоне существует бесконечное количество значений. Аналоговый сигнал использует данное свойство среды для передачи информации о сигнале, например, электричество, проходящее по проводу. В электрическом сигнале напряжение, ток или частота сигнала могут изменяться для представления информации. Аналоговые сигналы часто представляют собой рассчитанные реакции на изменения света, звука, температуры, положения, давления или других физических явлений.

При нанесении на график зависимости напряжения от времени аналоговый сигнал должен давать плавную и непрерывную кривую. Не должно быть дискретных изменений значений (см. рис. 1) .

Рис. 1: Аналоговый сигнал

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал — это сигнал, представляющий данные в виде последовательности дискретных значений. Цифровой сигнал может принимать только одно значение из конечного набора возможных значений в данный момент времени. В цифровых сигналах физической величиной, представляющей информацию, может быть множество вещей:

• Переменный электрический ток или напряжение
• Фаза или поляризация электромагнитного поля
• Акустическое давление
• Намагничивание магнитного носителя информации

Цифровые сигналы используются во всей цифровой электронике, включая вычислительное оборудование и устройства передачи данных. При нанесении на график зависимости напряжения от времени цифровые сигналы представляют собой одно из двух значений и обычно находятся в диапазоне от 0 В до VCC (обычно 1,8 В, 3,3 В или 5 В) (см. рис. 2) .

Analog Electronics

Большинство основных электронных компонентов — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и операционные усилители (операционные усилители) — по своей сути являются аналоговыми компонентами. Схемы, построенные из комбинации этих компонентов, представляют собой аналоговые схемы

(см. рисунок 3) .

Рис. 3: Аналоговая схема

Аналоговые схемы могут представлять собой сложные конструкции с несколькими компонентами или простые, например, два резистора, образующие делитель напряжения. Как правило, аналоговые схемы проектировать сложнее, чем цифровые схемы, выполняющие ту же задачу. Для разработки аналогового радиоприемника или аналогового зарядного устройства потребуется разработчик, знакомый с аналоговыми схемами, поскольку цифровые компоненты были приняты для упрощения этих конструкций.

Аналоговые схемы обычно более чувствительны к шуму, причем «шум» — это любые небольшие нежелательные колебания напряжения. Небольшие изменения уровня напряжения аналогового сигнала могут привести к значительным ошибкам при обработке.

Аналоговые сигналы обычно используются в системах связи, которые передают голос, данные, изображение, сигнал или видеоинформацию с использованием непрерывного сигнала. Существует два основных типа аналоговой передачи, каждый из которых основан на том, как они адаптируют данные для объединения входного сигнала с сигналом несущей. Двумя методами являются амплитудная модуляция и частотная модуляция. Амплитудная модуляция (AM) регулирует амплитуду несущего сигнала. Частотная модуляция (FM) регулирует частоту несущего сигнала. Аналоговая передача может осуществляться многими способами:

1. Через витую пару или коаксиальный кабель
2. Через оптоволоконный кабель
3. По радио
4. Через воду

Подобно тому, как человеческое тело использует глаза и уши для захвата сенсорной информации, аналоговые схемы используют эти методологии для взаимодействия с реальным миром, а также для точного захвата и обработки этих сигналов в электронике.

MPS производит различные аналоговые ИС и компоненты, такие как MP2322, низкий I 9Синхронный понижающий преобразователь 0069 Q в крошечном корпусе QFN размером 1,5 мм x 2 мм.

Цифровая электроника

Цифровые схемы реализуют такие компоненты, как логические вентили или более сложные цифровые ИС. Такие ИС представлены прямоугольниками с отходящими от них выводами (см. рис. 4) .

Рисунок 4: Цифровая схема

Цифровые схемы обычно используют двоичную схему. Хотя значения данных представлены только двумя состояниями (0 и 1), более крупные значения могут быть представлены группами двоичных битов. Например, в 1-битной системе 0 представляет значение данных 0, а 1 представляет значение данных 1. Однако в 2-битной системе 00 представляет 0, 01 представляет 1, 10 представляет 2, а 11 представляет 3. В 16-битной системе наибольшее число, которое может быть представлено, равно 2 ¹⁶ или 65 536. Эти группы битов могут быть захвачены либо как последовательность последовательных битов, либо как параллельная шина. Это позволяет легко обрабатывать большие потоки данных.

В отличие от аналоговых схем, большинство используемых цифровых схем являются синхронными, то есть для координации работы блоков схем используются опорные часы, поэтому они работают предсказуемым образом. Аналоговая электроника работает асинхронно, то есть обрабатывает сигнал по мере его поступления на вход.

В большинстве цифровых схем для обработки данных используется цифровой процессор. Это может быть простой микроконтроллер (MCU) или более сложный процессор цифровых сигналов (DSP), который может фильтровать большие потоки данных, например видео, и управлять ими.

Цифровые сигналы обычно используются в системах связи, где цифровая передача может передавать данные по каналам передачи «точка-точка» или «точка-многоточка», таким как медные провода, оптоволокно, средства беспроводной связи, носители данных или компьютерные шины. Передаваемые данные представлены в виде электромагнитного сигнала, такого как микроволновая печь, радиоволна, электрическое напряжение или инфракрасный сигнал.

В целом, цифровые схемы легче проектировать, но они часто стоят дороже, чем аналоговые схемы, предназначенные для тех же задач.

Каталог цифровых компонентов MPS включает MP2886A, цифровой многофазный ШИМ-контроллер с интерфейсом PWM-VID, совместимым со спецификацией NVIDIA Open VReg.

Аналого-цифровое (АЦП) и цифро-аналоговое (ЦАП) преобразование сигналов

Многие системы должны обрабатывать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Во многих системах связи обычно используется аналоговый сигнал, который действует как интерфейс для среды передачи для передачи и приема информации. Эти аналоговые сигналы преобразуются в цифровые сигналы, которые фильтруют, обрабатывают и сохраняют информацию.

На рис. 5 показана общая архитектура, в которой аналоговый ВЧ-интерфейс (AFE) состоит из всех аналоговых блоков для усиления, фильтрации и усиления аналогового сигнала. Между тем, секция процессора цифровых сигналов (DSP) фильтрует и обрабатывает информацию.

Для преобразования сигналов из аналоговой подсистемы в цифровую в приемном тракте (RX) используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Для преобразования сигналов из цифровой подсистемы в аналоговую в тракте передачи (ТХ) используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

Рисунок 5: Система связи с аналоговой и цифровой подсистемами

Цифровой сигнальный процессор (DSP) — это специализированная микропроцессорная микросхема, выполняющая операции цифровой обработки сигналов. DSP изготавливаются на интегральных схемах MOSFET и широко используются в обработке аудиосигналов, телекоммуникациях, цифровой обработке изображений, телевизионных продуктах высокой четкости, обычных бытовых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, и во многих других важных приложениях.

DSP используется для измерения, фильтрации или сжатия непрерывных реальных аналоговых сигналов. Выделенные DSP часто имеют более высокую энергоэффективность, что делает их подходящими для портативных устройств из-за их ограничений по энергопотреблению. Большинство микропроцессоров общего назначения также могут выполнять алгоритмы цифровой обработки сигналов.

Работа АЦП

На рис. 6 показана работа АЦП. Вход представляет собой аналоговый сигнал, который обрабатывается схемой удержания выборки (S/H) для создания приблизительного цифрового представления сигнала. Амплитуда больше не имеет бесконечных значений и была «квантована» до дискретных значений в зависимости от разрешения АЦП. АЦП с более высоким разрешением будет иметь меньшие размеры шага и будет более точно представлять входной аналоговый сигнал. Последний этап АЦП кодирует оцифрованный сигнал в двоичный поток битов, представляющий амплитуду аналогового сигнала. Цифровой выход теперь может быть обработан в цифровой области.

Рис. 6: Типичная архитектура АЦП для преобразования аналогового сигнала в цифровой

Работа ЦАП

ЦАП обеспечивает обратную операцию. Вход ЦАП представляет собой двоичный поток данных из цифровой подсистемы, и он выводит дискретное значение, которое аппроксимируется аналоговым сигналом. По мере увеличения разрешения ЦАП выходной сигнал все больше приближается к действительно гладкому и непрерывному аналоговому сигналу (см. рис. 7). Обычно в цепочке аналогового сигнала есть постфильтр для дальнейшего сглаживания формы сигнала.

Рис. 7: 6-битный ЦАП для цифро-аналогового преобразования сигнала

Как упоминалось ранее, многие системы, используемые сегодня, являются «смешанными сигналами», то есть они полагаются как на аналоговые, так и на цифровые подсистемы. Эти решения требуют ADC и DAC для преобразования информации между двумя доменами.

Цифровые сигналы и аналоговые сигналы: преимущества и недостатки

Как и в большинстве инженерных тем, у аналоговых и цифровых сигналов есть свои плюсы и минусы. Конкретное приложение, требования к производительности, среда передачи и операционная среда могут определять, следует ли использовать аналоговую или цифровую сигнализацию (или их комбинацию).

Цифровые сигналы: преимущества и недостатки

Преимущества использования цифровых сигналов, включая цифровую обработку сигналов (DSP) и системы связи, включают следующее:

• Цифровые сигналы могут передавать информацию с меньшим уровнем шума, искажений и помех.
• Цифровые схемы могут быть легко воспроизведены в больших количествах при сравнительно низких затратах.
• Цифровая обработка сигналов более гибкая, поскольку операции DSP можно изменять с помощью систем с цифровым программированием.
• Цифровая обработка сигналов более безопасна, поскольку цифровую информацию можно легко зашифровать и сжать.
• Цифровые системы более точны, и вероятность возникновения ошибок может быть снижена за счет использования кодов обнаружения и исправления ошибок.
• Цифровые сигналы можно легко хранить на любых магнитных или оптических носителях с использованием полупроводниковых микросхем.
• Цифровые сигналы могут передаваться на большие расстояния.

Недостатки использования цифровых сигналов, включая цифровую обработку сигналов (DSP) и системы связи, включают следующее:

• Для цифровой связи требуется более высокая пропускная способность по сравнению с аналоговой передачей той же информации.
• DSP обрабатывает сигнал на высоких скоростях и содержит больше внутренних аппаратных ресурсов. Это приводит к более высокому рассеиванию мощности по сравнению с аналоговой обработкой сигналов, которая включает в себя пассивные компоненты, потребляющие меньше энергии.
• Цифровые системы и обработка обычно более сложны.

Аналоговые сигналы: преимущества и недостатки

Преимущества использования аналоговых сигналов, включая аналоговую обработку сигналов (ASP) и системы связи, включают следующее:

• Аналоговые сигналы легче обрабатывать.
• Аналоговые сигналы лучше всего подходят для передачи аудио и видео.
• Аналоговые сигналы имеют гораздо более высокую плотность и могут предоставлять более точную информацию.
• Аналоговые сигналы используют меньшую полосу пропускания, чем цифровые сигналы.
• Аналоговые сигналы обеспечивают более точное представление изменений физических явлений, таких как звук, свет, температура, положение или давление.
• Аналоговые системы связи менее чувствительны с точки зрения электрических допусков.

Недостатки использования аналоговых сигналов, включая аналоговую обработку сигналов (ASP) и системы связи, включают следующее:

• Передача данных на большие расстояния может привести к нежелательным помехам сигнала.
• Аналоговые сигналы подвержены потере генерации.
• Аналоговые сигналы подвержены шуму и искажениям, в отличие от цифровых сигналов, которые имеют гораздо более высокую устойчивость.
• Аналоговые сигналы обычно имеют более низкое качество, чем цифровые сигналы.

Аналоговые и цифровые сигналы: системы и приложения

Традиционные аудиосистемы и системы связи используют аналоговые сигналы. Однако с развитием кремниевых технологий, возможностей цифровой обработки сигналов, алгоритмов кодирования и требований к шифрованию — в дополнение к повышению эффективности полосы пропускания — многие из этих систем стали цифровыми. Это все еще некоторые приложения, в которых аналоговые сигналы имеют устаревшее использование или преимущества. Большинство систем, взаимодействующих с реальными сигналами (такими как звук, свет, температура и давление), используют аналоговый интерфейс для захвата или передачи информации. Ниже перечислены несколько применений аналоговых сигналов:

• Аудиозапись и воспроизведение
• Датчики температуры
• Датчики изображения
• Радиосигналы
• Телефоны
• Системы управления

MPS имеет широкий ассортимент аналоговых деталей, включая MP2322, MP8714, MP2145 и MP8712.

Хотя во многих первоначальных системах связи использовались аналоговые сигналы (телефоны), в современных технологиях используются цифровые сигналы из-за их преимуществ, связанных с помехоустойчивостью, шифрованием, эффективностью использования полосы пропускания и возможностью использовать ретрансляторы для передачи на большие расстояния. Ниже перечислены несколько применений цифровых сигналов:

• Системы связи (широкополосные, сотовые)
• Сеть и передача данных
• Цифровые интерфейсы для программируемости

Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше о цифровых компонентах MPS, таких как MP2886A, MP8847, MP8868, MP8869S и MP5416.

Заключение

В этой статье представлены некоторые основные концепции аналоговых и цифровых сигналов и их использование в электронике. У каждой технологии есть явные преимущества и недостатки, и знание потребностей вашего приложения и требований к производительности поможет вам определить, какой сигнал (сигналы) выбрать.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц!

Связанные темы форума

Получить техническую поддержку

Что такое аналоговые и цифровые сигналы? Отличия, примеры

Р Джаган Мохан Рао

Что такое сигнал?

Жесты, действия, звуки, мимика сообщают нам некоторую информацию, и это способы общения друг с другом. Аналогично 9Сигнал 0005 — это способ общения путем отправки информации из одной системы в другую. Другими словами, сигнал — это функция, которая представляет информацию или данные.

Сигнал представляет собой электромагнитную волну, которая переносит информацию через физическую среду. Здесь данные преобразуются в электромагнитный сигнал либо в аналоговом, либо в цифровом виде и передаются от отправителя к получателю.

Напряжение и ток — это несколько изменяющихся во времени величин, которые используются для представления данных. Путем изменения этих величин во времени можно передавать данные. Точно так же сигнал также представлен как функция частотной области, а не временной области.

Для связи между двумя системами сигнал сообщения проходит через кодировщик и модулятор для передачи через среду, в то время как он проходит через декодер и демодулятор для приема сигнала сообщения на другом конце.

Сигналы делятся на две категории в зависимости от их характера. Аналоговые сигналы 0005 цифровые сигналы .

Аналоговые сигналы

Аналоговый сигнал — это форма электрической энергии (напряжение, ток или электромагнитная мощность), для которой существует линейная зависимость между электрической величиной и значением, которое представляет сигнал.

Сигнал, амплитуда которого принимает любое значение в непрерывном диапазоне, называется аналоговым сигналом.

Аналоговые сигналы по своей природе непрерывны и изменяются во времени. Они могут быть периодическими или непериодическими.

Напряжение, ток, частота, давление, звук, свет, температура — это физические переменные, которые измеряются по отношению к их изменениям по отношению ко времени для получения информации.

При построении графика зависимости напряжения от времени мы видим кривую с непрерывными значениями, похожими на синусоидальные волны.

Эти сигналы более подвержены шуму при прохождении через среду, эти шумы приводят к потере информации в сигнале.

Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой с помощью процесса, называемого дискретизацией и квантованием. Звуковые волны преобразуются в последовательность сэмплов с помощью процесса сэмплирования 9.0003

Примеры аналоговых сигналов:

Обычные (старые) передатчики, преобразователи передают данные в аналоговом режиме.

К сигналам относятся аудиосигналы, передаваемые по проводам, видеосигналы, транслируемые с использованием старых технологий, радиосигналы и аналоговые часы.

Цифровые сигналы

Сигнал, амплитуда которого принимает только ограниченные значения, называется цифровым сигналом.

Цифровые сигналы дискретны, они содержат только отдельные значения.

Цифровые сигналы несут двоичные данные, т. е. 0 или 1, в форме битов, они могут содержать только одно значение за определенный период времени. Цифровые сигналы представлены в виде прямоугольных волн или тактовых сигналов.

Минимальное значение 0 вольт, максимальное значение 5 вольт.

Цифровые сигналы менее подвержены шуму по сравнению с аналоговыми сигналами.

Передача цифровых данных в аналоговом канале осуществляется с помощью процесса, называемого модуляцией.

Амплитудная модуляция — это процесс, при котором цифровые данные преобразуются в аналоговые сигналы с использованием одночастотного несущего сигнала. Точно так же ЧАСТОТНАЯ манипуляция использует несущий сигнал постоянной амплитуды и две частоты, чтобы различать 1 и 0.

В настоящее время использование цифровых сигналов для передачи информации быстро растет во всех областях применения, поскольку применение и свойства цифровых сигналов более продуктивны по сравнению с аналоговыми сигналами.

Примеры цифровых сигналов:

• Интеллектуальные передатчики, использующие различные протоколы, передают данные посредством аналоговых и цифровых сигналов.
• Цифровые часы.
• Цифровые видеосигналы.
• Компакт-диски.
• DVD-диски.
• Компьютер.

Разница между аналоговыми и цифровыми сигналами

9033 4 Аналоговый сигнал непрерывен и изменяется во времени.

Аналоговые сигналы	Цифровые сигналы
Цифровой сигнал имеет два или более состояний и имеет двоичную форму.
Устранение неполадок аналоговых сигналов затруднено.	Устранение неполадок с цифровыми сигналами очень просто.
Аналоговый сигнал обычно имеет форму синусоиды.	Цифровой сигнал обычно имеет прямоугольную форму.
Легко воздействует на шум.	Стабильные и менее шумные.
Аналоговые сигналы используют непрерывные значения для представления данных.	Цифровые сигналы используют дискретные значения для представления данных.
Шум может повлиять на точность аналоговых сигналов.	Точность цифровых сигналов не зависит от шума.
Аналоговые сигналы могут быть повреждены во время передачи данных.	Цифровые сигналы не затрагиваются при передаче данных.
Аналоговые сигналы потребляют больше энергии.	Цифровые сигналы потребляют меньше энергии.
Примеры: измерение температуры, давления, расхода и т. д.	Примеры: обратная связь клапана, запуск двигателя, отключение и т. д.
Такие компоненты, как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, используются в аналоговых цепях.	В цифровых схемах используются такие компоненты, как транзисторы, логические элементы и микроконтроллеры.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube для видеоуроков по КИПиА, электрике, ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать дальше:

• История микропроцессоров
• История сигналов от 4 до 20 мА
• История контроллеров ПЛК
• Что такое сеть?
• Ранняя история вакуумных ламп

Будьте первым, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.