คำถามทั่วไปเกี่ยวกับสัญญาณอนาล็อกและดิจิตอล


13

Newbie alert: ฉันไม่ใช่วิศวกรไฟฟ้าและไม่เคยเรียนวิศวกรรมไฟฟ้ามาก่อนดังนั้นโปรดอดทนกับฉันด้วย

เมื่อใดก็ตามที่ฉันอ่านเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างสัญญาณดิจิตอลและอนาล็อกกราฟิกเช่นนี้ (หรือคล้ายกับสิ่งนี้) มักจะถูกแนบ:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

พิจารณาภาพประกอบด้านล่างสักครู่ (สัญญาณดิจิตอล) เพื่อความเข้าใจที่ดีที่สุดของฉันกระแสไฟฟ้ายังคงต่อเนื่องดังนั้นหากเป็นเช่นนั้นไม่มีทางที่มันจะไหลในลักษณะดังกล่าวในสื่อใด ๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ไม่มี "คลื่นสี่เหลี่ยม"
ดังนั้นสิ่งที่ไม่แสดงให้เห็นว่า?
มันเป็นเพียงการตีความเมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าผ่านอุปสรรคหรือตกอยู่ภายใต้มัน? หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเกณฑ์ที่เลือกโดยพลการเราพิจารณาว่าเป็น "สูง" แต่ถ้าอย่างนั้นเราจะถือว่ามัน "ต่ำ"?

ได้โปรดฉันรู้ว่ามันเป็นไปไม่ได้เสมอไป แต่พยายามตอบด้วยวิธีที่คนธรรมดาจะเข้าใจ

คำตอบ:


22

โดยพื้นฐานจากมุมมองทางไฟฟ้าสัญญาณ "ดิจิตอล" ทุกตัวเป็นอย่างที่คุณพูดเพียงแค่การประมาณของคลื่นสี่เหลี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันจะมีการเพิ่มขึ้นและลดลงครั้ง

ที่ความเร็วสูงอาจเป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่ามันดูดีตามทฤษฎีที่ต้องการ เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณยังคงถูกตรวจจับในรูปแบบดิจิตอล (เช่นตัวรับสัญญาณไม่สับสนอย่างเต็มที่จากสัญญาณที่มีรูปร่างน่ากลัว) จึงใช้แผนภาพตา ( รูปแบบของตา ) ในการวัดลักษณะของตัวอย่าง

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

มาตรฐานจำนวนมาก (เช่น USB และสิ่งที่ไม่ได้) กำหนดคุณสมบัติที่ยอมรับได้บางอย่างสำหรับแผนภาพนี้

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

โปรดทราบว่ารูปแบบ / แผนภาพตาไม่ได้ จำกัด อยู่เพียงแค่ระดับ [แรงดันไฟฟ้า] สองระดับ นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้เมื่อคุณมีระดับเอาต์พุตไม่ต่อเนื่องจำนวนเท่าใดก็ได้ ตัวอย่างเช่น Gigabit Ethernet บนคู่ที่บิดเบี้ยว (1000BASE-T) ใช้สองระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

มันเป็นเพียงการตีความของเราเมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าผ่านอุปสรรคหรือตกอยู่ภายใต้มัน? หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเกณฑ์ที่เลือกโดยพลการเราพิจารณาว่าเป็น "สูง" แต่ถ้าอย่างนั้นเราจะถือว่ามัน "ต่ำ"?

โดยพื้นฐานแล้วใช่ว่ามันทำงานอย่างไรเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าบางตัวสำหรับสิ่งที่เป็น "1" และ "0" นั้นจะถูกกำหนดโดยมาตรฐานบางอย่าง


2
+1 ไม่ทราบว่าเพราะเหตุใดจึง downvote นี้ มันเป็นคำตอบที่ยอดเยี่ยมที่ขยายคำถามและทำความเข้าใจกับปัญหาทางวิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลัง ขอบคุณสำหรับลิงค์ไดอะแกรมตามันช่วยให้เข้าใจจริงๆว่าวิศวกรจัดการกับโลกแห่งความจริงและเป็นข้อมูลให้ฉัน
Mike S

แน่นอนคำตอบที่ดี ขอบคุณสำหรับความพยายามของคุณ ลิงค์มีประโยชน์มากเช่นกัน!
so.very.tired

5

สัญญาณดิจิตอลเป็นไบนารี พวกเขามีเพียงสองสถานะ - เปิดหรือปิดสูงหรือต่ำขึ้นหรือลง - สิ่งที่คุณต้องการเรียกพวกเขา ตามที่คุณได้อนุมานมีบางเกณฑ์ที่ด้านบนซึ่งถือว่ามีค่าสูงและอีกเกณฑ์ที่ด้านล่างซึ่งถือว่ามีค่าต่ำ ดิจิตอลนั้นง่ายมากที่จะทำกับทรานซิสเตอร์โดยการเปิดหรือปิดอย่างเต็มที่

สัญญาณอะนาล็อกคล้ายคลึงกับปริมาณที่วัด เช่นเครื่องชั่งน้ำหนักอาจให้แรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของโหลด - พูด 0 ถึง 10 V สำหรับน้ำหนัก 0 ถึง 200 กิโลกรัม อีกตัวอย่างหนึ่งคือสัญญาณจากไมโครโฟนซึ่งแตกต่างกันไปตามแรงดันเสียงที่มีผลต่อไดอะแฟรมไมโครโฟน ในกรณีนี้ความถี่จะแตกต่างกันไปตามระดับเสียงและแอมพลิจูดจะแตกต่างกันไปตามความดัง


1

ยังไงก็เถอะคุณก็สับสนเล็กน้อย ให้ฉันดูว่าฉันสามารถช่วย

เมื่อพูดถึง "สัญญาณดิจิตอล" มีมากกว่าหนึ่งระดับที่คำนั้นใช้ ดูเหมือนว่าคุณจะได้รับแนวคิดเกี่ยวกับสัญญาณอะนาล็อกซึ่งเป็นค่าอย่างต่อเนื่องที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

ดิจิตอล "อะนาล็อก" (การอภัยโทษปุน) แทนชุดของค่าตัวเลข; ค่าตัวเลขแต่ละค่าสอดคล้องกับจุดในเวลาและโดยปกติจุดจะเว้นระยะในช่วงเวลาปกติ นอกจากนี้ยังมีช่วงของค่าตัวเลขที่ใช้ได้สำหรับกระบวนการและโดยปกติแล้วนี่คือกำลังสอง - ตัวอย่างเช่น 256 ค่าสำหรับแปดบิตหรือ 65,536 ค่าสำหรับ 16 บิตหากวิธีที่คุณใช้แทนค่าคือคำไบนารี

ทีนี้สิ่งที่ฉันเพิ่งอธิบายไปก็คือสิ่งที่เป็นนามธรรม สัญญาณดิจิตอลสามารถถ่ายทอดโดยโบกสัญญาณสัญญาณถ้ามีคนเลือกดังนั้น แต่ถ้าเราเลือกที่จะเป็นตัวแทนของสัญญาณดิจิตอลผ่านชุดสัญญาณไฟฟ้าที่จัดหนึ่งตัวนำต่อบิตในแบบคู่ขนานดังนั้นสัญญาณเหล่านั้นแต่ละสัญญาณเป็นสัญญาณอะนาล็อกตามที่คนอื่น ๆ ที่นี่แนะนำ มันเป็นงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อสร้างสัญญาณเหล่านั้นและรับ / ถอดรหัสตามนั้น

นอกจากนี้คุณยังสามารถส่งสัญญาณดิจิตอลแบบอนุกรมแทนแบบขนานโดยส่งแต่ละบิตของแต่ละค่าตามลำดับ คุณสามารถทำสิ่งนี้ผ่านตัวนำเดียวแทนที่จะเป็นบิตจำนวนมากที่คุณใช้และดังที่ได้กล่าวไว้ที่นี่มีรูปแบบที่ซับซ้อนกว่าการใช้แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสสูง "สูง" เพียงตัวเดียวเพื่อแสดงถึง "1" หรือ "true" และ "low" หรือ zero voltage หรือ current เพื่อระบุ "0" หรือ "false"

และคุณถูกต้อง - สัญญาณอะนาล็อกไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันที เหตุผลของเรื่องนี้มีมากมายและฉันจะไม่เข้าไปในพวกเขาทั้งหมดที่นี่ช่วยเรา: การเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำมักจะต่อต้านตัวเองอยู่เสมอ (ซึ่งตามมาจากสมการของฟาราเดย์) แต่ในทางปฏิบัติเมื่อออกแบบวงจรดิจิตอลความคิดคือการเปลี่ยนระหว่างรัฐนั้นสั้นพอเมื่อเทียบกับความยาวของช่วงเวลาที่เล็กที่สุดระหว่างการเปลี่ยนผ่านที่มันไม่สำคัญ สมมติฐานนั้นเริ่มล้มเหลวเมื่อคุณใช้สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตนานเกินไป


1

สัญญาณดิจิทัลไม่ต้องการแสดงสัญญาณอะนาล็อกเป็น "กำลังสองสิ่ง" ดังนั้นเมื่อคุณเห็น 1 ในสัญญาณดิจิตอลมันไม่เทียบเท่ากับแอมพลิจูดที่มีความสูงในสัญญาณ anlog แต่ต้องการแสดงความสูงของแอมพลิจูดให้ เวลาต่างกันเป็นตัวเลข (แต่ในรูปแบบไบนารี) ดังนั้นเลขฐานสองจำนวนมากจึงต้องการแสดงความสูงของแอมพลิจูดถึงเวลาหนึ่ง ๆ

พิจารณาภาพนี้จาก BBC:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

กราฟด้านบนเป็นรูปแบบแอนะล็อก จากนั้นค่าจะถูกนำมาแต่ละวินาที (แต่อาจสูงถึง 40mio. คูณหนึ่งวินาทีและอีกมาก) ค่านี้เป็นความสูงของแอมพลิจูดของสัญญาณอะนาล็อก

ให้เรียกมันว่า "ขั้นตอน" เมื่อเราหาค่า

ในแต่ละขั้นตอนจะบันทึกความสูงของแอมพลิจูด ความสูงคือตัวเลขซึ่งสามารถแทนได้เป็น 0 และ 1 (ตัวอย่างเช่น 10 จะเท่ากับ 1,010)

คุณเห็นว่ายิ่งเราวัดค่าในแต่ละวินาทียิ่งมีการบันทึก / ส่งข้อมูลมากขึ้นเท่านั้นและยิ่งมีความแม่นยำมากขึ้นในรูปแบบดิจิตอลของสัญญาณอะนาล็อกนี้

ยิ่งค่ายิ่งสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งมีความแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น (ตัวอย่างเช่นเมื่อเราใช้ค่าจาก 0 ถึง 10 มีเพียง 10 ค่า - ไม่แม่นยำมากเมื่อเราจะ remodulate สัญญาณดิจิตอลนี้เป็นอะนาล็อกหนึ่งเส้นโค้งจะไม่ "ดี" มาก แต่เมื่อเราใช้ค่า จาก 0 ถึง 16000 นี้จะแม่นยำมากขึ้น) และต้องบันทึกบิตเพิ่มเติมในแต่ละขั้นตอน

หากคุณบันทึก 64Bit ในแต่ละขั้นตอนและทำขั้นตอนหนึ่งครั้งต่อวินาทีคุณจะบันทึก 64Bit / s หากคุณบันทึก 32Bit ในแต่ละขั้นตอนและทำขั้นตอนสองครั้งต่อวินาทีคุณจะประหยัดได้ 64Bit / s เช่นกัน หากคุณบันทึก 16Bit ในแต่ละขั้นตอนและขั้นตอนนั้นทำ 4 ครั้งต่อวินาทีคุณก็มี 64Bit / s

มีหลายวิธีในการถ่ายทอดสัญญาณดิจิตอล ตัวอย่างเช่นโดย "การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า" ซึ่งเรียกว่า "การปรับค่าคลื่น" ซึ่งแสดงในกราฟของคุณ (แต่แน่นอนว่ามันไม่เคยเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่สมบูรณ์แบบ!) Amplitude Modulation หมายถึงคุณยอมรับว่ามี 1 โดยแอมพลิจูดสูง (แรงดันไฟฟ้าสูง) และ 0 จากค่าต่ำ

มีเทคนิคการปรับ oder เช่นความถี่บ่อย (FM ซึ่งใช้กับวิทยุ - คุณระบุ 1 ที่มีความถี่สูงและ 0 ที่มีค่าต่ำ) หรือ Pulse Amplitude Modulation ที่ใช้ในอีเธอร์เน็ตและอีกมากมาย!

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.