有关模拟和数字信号的一般问题


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新手提醒:我不是电气工程师,也没有参加过电气工程,所以请多多包涵。

每当我读到数字信号和模拟信号之间的区别时,通常都会附上这样的图形(或类似图形):

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考虑一下下面的图示(数字信号)。据我所知,电流是连续的,因此,在任何情况下,电流都不会以这种方式流动。换句话说:没有“方波”。
那么,这到底描绘了什么?
每当电压通过某个势垒或下降到该势垒以下时,这仅仅是解释吗?意思是,当电压高于任意选择的阈值时,我们认为它是“高”,否则我们认为它是“低”?

拜托,我知道这并不总是可能的,但是请尝试以一种外行会理解的方式回答。

Answers:


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基本上,从电气角度来看,每个“数字”信号都只是一个方波的近似值。特别是它将有有限的上升和下降时间。

在高速下,可能很难确保它看起来像理论所希望的那样好。为了确保仍将信号检测为数字信号(即接收机不会被可怕形状的信号完全弄糊涂),使用所谓的眼图(也称为眼图)来测量多个样本的信号特性。

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许多标准(例如USB和其他标准)为该图定义了一些可接受的特性。

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请注意,眼图/图表不仅限于两个[电压]电平。当您有任意数量的离散输出电平时,它也适用。例如,双绞线千兆以太网(1000BASE-T)使用的电压电平不是2个而是5个。

这是我们对电压何时通过某个势垒或低于该势垒的解释吗?意思是,当电压高于任意选择的阈值时,我们认为它是“高”,否则我们认为它是“低”?

基本上,是的,这就是它的工作原理,“ 1”和“ 0”的某些电压阈值由某个标准决定。


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+1不知道为什么这被否决了。这是一个很好的答案,它扩展了问题并涉及了背后的工程问题。感谢眼图链接,它确实有助于理解工程师如何处理现实世界,并且对我很有帮助。
Mike S

确实是一个很好的答案。谢谢你的努力。链接也非常有用!
so.very.tired

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数字信号是二进制的。无论您想称呼它们如何,它们只有两种状态-开或关,高或低,上或下。正如您所推论的,有一个阈值被认为是较高的阈值,还有一个阈值被认为是较低的阈值。通过完全打开或完全关闭晶体管,数字非常简单。

模拟信号类似于它们正在测量的数量。例如,秤可能会给出与负载成比例的电压-例如,对于0至200 kg的负载,为0至10V。另一个示例是来自麦克风的信号,该信号随影响麦克风振膜的声压而变化。在这种情况下,频率将随着声音的音高而变化,幅度将随着响度而变化。


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不知何故,您有点困惑。让我看看是否可以帮忙。

当涉及“数字信号”时,该术语适用于多个级别。似乎您了解了模拟信号的概念-一个随时间变化的连续值。

相反,数字“模拟”(双关语)是一系列数值。每个数值对应一个时间点,通常这些点以规则的时间间隔间隔开。此外,该过程还有一系列数值可用,通常这是2的幂次,例如,如果您用二进制字表示值,则8位为256个值,而16位为65,536个值。

现在,我刚刚描述的是一个抽象;如果有人选择,可以通过挥动信号灯标志来传达数字信号。但是,如果取而代之的是,我们选择通过一组电信号来表示数字信号,则该电信号每位并行布置一个导体,那么这些信号中的每一个确实都是模拟信号,就像这里暗示的那样。然后,电子设备的工作就是生成这些信号并相应地接收/解码它们。

另外,您可以通过顺序发送每个值的每个位来串行而不是并行地发送数字信号。您可以通过一根导体来执行此操作,而不用使用多少位,并且正如这里已经说过的那样,有些方案比仅使用一个“高”电压或电流来表示“ 1”或“ “真”和“低”或零电压或电流表示“ 0”或“假”。

您是正确的-模拟信号永远不会有瞬时变化。造成这种现象的原因很多,在这里我将不一一赘述:导体中的电流变化总是会自我抵制(遵循法拉第方程式)。但是在实践中,当设计数字电路时,想法是使状态之间的过渡相对于过渡之间最小间隔的长度足够短,这无关紧要。例如,当您使用太长的以太网电缆时,该假设就会失败。


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数字信号不想将模拟信号表示为“平方的东西”,因此当您在数字信号中看到1时,它并不等于模拟信号中的高幅度,而是希望将幅度的高度表示为不同的时间作为数字(但以二进制格式)。这么多的二进制数字想要代表一个特定时间的幅度高度。

考虑一下英国广播公司的这张照片:

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上图是模拟形式。据此,每秒取一个值(但是每秒可以达到40mio。倍,甚至更多)。该值是模拟信号的幅度高度。

当我们取值时,我们称其为“步骤”。

在每个步骤中,记录振幅的高度。高度是一个数字,可以表示为0和1(例如10表示1010)。

您会看到,我们每秒测量的值越多,必须保存/传输的数据就越多,并且此模拟信号的最终数字格式将越准确。

同样,值越高,生成的数字格式也将越准确。(例如,当我们从0到10取值时,只有10个值-不太准确。当我们将该数字信号重新调制为模拟信号时,曲线就不是很“好”。但是当我们取值时从0到16000,这将更加准确。)每个步骤还必须在此处保存更多位。

如果每个步骤都保存64Bit,并且每秒执行一次该步骤,则可以节省64Bit / s。如果每步节省32Bit,并且每秒执行两次,则也节省64Bit / s。如果每个步骤节省16Bit,并且每秒执行4次该步骤,则您也拥有64Bit / s。

有很多方法可以传达数字信号。例如,通过在图表中显示的“改变电压”(称为“调幅”)(但它永远不会是一个完美的平方!)。振幅调制仅表示您高振幅(高电压)时为1,而低振幅为0。

有很多调制技术,例如频率调制(与无线电一起使用的FM-表示1代表高频,0代表低频1)或用于以太网的脉冲幅度调制等等!

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