ทำไมอุปกรณ์ดิจิตอลถึงมีเวลาแฝงมากกว่าอนาล็อก

คำอธิบายว่าอุปกรณ์ดิจิตอลใช้เวลานานในการเผยแพร่หรือไม่ ตัวอย่างเช่นการสังเคราะห์ซอฟต์แวร์ช้ามากเมื่อเทียบกับการสังเคราะห์ฮาร์ดแวร์

ฉันคิดว่าคุณไม่ได้พูดพาดพิงถึงการสนทนาเชิงลึกเกี่ยวกับข้อมูลพลังและเอนโทรปี แต่คุณสนใจในด้านการปฏิบัติ

วงจรดิจิตอลจำเป็นต้องวัดค่าอินพุตแปลงเป็นดิจิทัลเรียกใช้ผ่านการประมวลผลบางประเภทจากนั้นแปลงเอาต์พุตเป็นสัญญาณไฟฟ้าอีกครั้ง วงจรดิจิตอลไม่สามารถควบคุมสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาล็อกได้โดยตรง คุณมีความหน่วงแฝงเป็นพิเศษเนื่องจากการแปลงสัญญาณ

คุณสามารถหยุดอ่านได้ที่นี่หากตอบคำถามของคุณ

จากมุมมองทางปรัชญา / ทางกายภาพที่มากขึ้นในเกือบทุกวงจรคุณไม่ได้พยายามที่จะจัดการพลังงานไฟฟ้า (นั่นคือสิ่งที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง) แต่คุณพยายามจัดการข้อมูล ในกรณีนี้ในทางเทคนิคแล้วมันไม่จริงเลยว่าอะนาล็อกนั้นเร็วกว่าดิจิตอล ทำไม? เส้นทางสัญญาณอะนาล็อกนั้นเป็นตัวประมวลผลข้อมูลนอกระบบ: ไม่มีสิ่งเช่น opamp ที่สมบูรณ์แบบหรือบัฟเฟอร์ที่สมบูรณ์แบบทุกอย่างมีผลกระทบกับกาฝากที่คุณต้องการกรองหรือกำจัดอย่างอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วสูงมากมันจะกลายเป็นปัญหาที่แท้จริงแม้แต่ในการสร้างสายที่ถ่ายโอนแรงดันไฟฟ้าได้อย่างน่าเชื่อถือ การประมวลผลแบบดิจิตอลแยกส่วนข้อมูลไฟฟ้าออกจากข้อมูลหลังจากที่ได้ทำการแปลงสัญญาณเข้าเป็นดิจิตอลแล้วสัญญาณจะอยู่ในรูปแบบของข้อมูลที่บริสุทธิ์มาก

แม้ว่าคุณจะถูกลงโทษด้วยสองขั้นตอนการแปลงระหว่าง ADC และ DAC ของคุณคุณสามารถใช้เทคนิคการประมวลผลจำนวนมากเพื่อเพิ่มความเร็วในการประมวลผลและมักจะเกินประสิทธิภาพของตัวประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกอย่างแท้จริง ตัวอย่างที่ดีสำหรับเรื่องนี้คือการปฏิวัติของโมเด็มดิจิทัลในโทรศัพท์มือถือซึ่งตอนนี้ทำงานใกล้กับข้อ จำกัด ทางทฤษฎีของการประมวลผลข้อมูล (หลายสิบ pJ / ความต้องการพลังงานบิต) ในขณะที่ไม่นานมานี้โมเด็ม GSM อะนาล็อกแท้ๆ พื้นที่ซิลิคอนมากขึ้นและฉันคิดว่าขนาดของพลังงานในการประมวลผลเพิ่มขึ้น 5 หรือ 6 คำสั่ง

กระบวนการดิจิทัลเพิ่มจำนวนเวลาแฝงอย่างแน่นอนเนื่องจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นระหว่างสองรอบนาฬิกาไม่สามารถประมวลผลได้จนกว่าจะถึงรอบถัดไปและเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นใกล้กับขอบเขตรอบนาฬิกาสิ่งต่าง ๆ ได้รับการออกแบบมาเพื่อ เหตุการณ์จะไม่มีผลจนกว่ารอบนาฬิกาที่สองหลังจากพวกเขา (พยายามที่จะตัดสินใจได้อย่างรวดเร็วว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นก่อนหรือหลังขอบเขตของวงจรนาฬิกามักจะเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจแม้ว่าจะมีการตัดสินใจปิดสายอย่างปลอดภัยก็ตาม การตัดสินใจสำหรับรอบสัญญาณนาฬิกาเสริมทำให้สิ่งต่าง ๆ ง่ายขึ้น) ซึ่งโดยปกติจะเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของเวลาแฝงที่พบในระบบดิจิตอลหลายระบบ

ปัจจัยที่ใหญ่กว่าในความหน่วงแฝงของระบบดิจิทัลจะหมุนรอบข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยเหตุผลหลายประการที่ระบบจำนวนมากสามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่นในขณะที่เป็นไปได้ที่จะบันทึกสตรีมข้อมูลเสียงสเตอริโอ 44KHz ด้วยการขัดจังหวะตัวประมวลผล 88,200 ครั้ง / วินาทีซึ่งจะต้องให้หน่วยประมวลผลหยุดสิ่งที่ทำ 88,200 ครั้ง / วินาทีบันทึกการลงทะเบียนทั้งหมดเปลี่ยนเป็นอินเตอร์รัปต์ บริบทคว้าตัวอย่างเปลี่ยนกลับ ฯลฯ แม้แต่การขัดจังหวะการเข้าและออกใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีแต่ละระบบจะใช้เวลา 22% ในการเข้าและออกจากการขัดจังหวะแทนที่จะทำสิ่งที่มีประโยชน์ หากระบบใช้ฮาร์ดแวร์แทนบัฟเฟอร์กลุ่มตัวอย่าง 512 (256 จากแต่ละช่องสัญญาณ) และแจ้งให้โปรเซสเซอร์ทราบเมื่อแต่ละกลุ่มพร้อม

โปรดทราบว่าการรับกลุ่มตัวอย่าง 256 ช่องต่อช่องอาจไม่ฟังดูล่าช้ามาก (ประมาณ 6ms) หากสัญญาณส่งผ่านอุปกรณ์หลายเครื่องและแต่ละเครื่องทำให้เกิดความล่าช้าดังกล่าวความล่าช้าอาจเพิ่มขึ้นได้ นอกจากนี้หากขั้นตอนใด ๆ ที่สัญญาณส่งผ่านใช้การแบ่งเวลาแบบแปรผันใด ๆ ความล่าช้าอาจเป็นตัวแปร การส่งข้อมูลเสียงแบบเรียลไทม์ผ่านช่องทางที่บางครั้งมีความล่าช้านานกว่าเวลาอื่นอาจทำให้เกิด "warbling" หรือ "garbling" ที่เห็นได้ชัดเจนทุกครั้งที่ความล่าช้าเปลี่ยนไป เพื่อป้องกันไม่ให้ระบบบางแท็กบล็อกของข้อมูลเสียงที่มีการประทับเวลาที่ระบุเมื่อพวกเขาถูกจับและมีผู้รับสุดท้ายของข้อมูลดิจิตอลที่จะแปลงมันกลับไปเป็นรูปแบบอะนาล็อกถือไว้จนกว่าระยะเวลาที่กำหนดไว้นับตั้งแต่ถูกจับ . หากผู้รับสุดท้ายล่าช้าออกไปจนกว่าจะถึงวินาทีหลังจากการจับแล้วความผันแปรของความล่าช้าในส่วนต่าง ๆ ของการเดินทางจะไม่ส่งผลกระทบต่อเอาต์พุตเว้นแต่ว่าพวกเขาจะรวมกันมากกว่าหนึ่งวินาที หากหนึ่งตัวเลขที่การหน่วงเวลาสั้น ๆ แบบสุ่มในการส่งข้อมูลจะเกิดขึ้นบ่อยครั้ง แต่ความล่าช้าอีกต่อไปจะน้อยลงการเพิ่มความล่าช้าก่อนผู้รับผลลัพธ์สุดท้ายเสียงจะลดความถี่ของการหยุดชะงักของเสียง แต่ก็หมายความว่าเสียงจะไม่ออกมาทันที อย่างอื่นอาจมี

นอกจากนี้ระบบดิจิตอลมีแนวโน้มที่จะตอกบัตร - ในเวลาที่กำหนดปริมาณซึ่งหมายความว่าเหตุการณ์ดิจิตอลไม่เผยแพร่จนกว่าจะถึงเวลานาฬิกาถัดไป