АНАЛОГОВЫЙ И ЦИФРОВОЙ СИГНАЛЫ

Аналоговый электрический сигнал - это непрерывно изменяющийся во времени параметр той или иной электрической величины. Чаще всего, говоря об аналоговом сигнале имеют ввиду изменение напряжения.

Он описывается различными функциями от времени. В качестве простого примера можно привести синусоиду (рис.1 А).

На практике встречаются более сложные формы сигналов (рис. 1 Б).

Любой сложный аналоговый сигнал можно разложить на синусоидальные составляющие, но задача эта может быть чрезвычайно сложной.

Основными характеристиками при этом являются:

• амплитуда – максимальное отклонение от нулевого значения;
• частота – количество циклов (полных колебаний) в единицу времени (секунду).

Таким образом, сигнал называют аналоговым, если его величина плавно изменяется во времени и в каждый момент может принимать любое значение от 0 до амплитудного.

Преимуществами "аналога" являются высокая информативность и точность передачи значений.

Недостатки – подверженность помехам и невозможность полного восстановления при приеме. Применение средств шумоподавления решает проблему только частично.

Но отказаться от его применения нельзя, поскольку звук, радиоволны (электромагнитное излучение), свет (углубляться в квантовую природу света не будем) и пр. имеют аналоговую природу.

Цифровой сигнал – это последовательность различных, вполне конкретных значений (уровней) электрической величины. Опять же, как правило, это напряжение.

На практике используют двоичный код, то есть формируют последовательность двух уровней – высокого (логическая "1") и низкого ("0") (рис.2 Б).

Внимание! Логический ноль не есть нулевое значение напряжения. В зависимости от технологии чипсета он может принимать значения до 1 Вольта (0,4-0,7 В).

Соответственно, логическая 1 может быть несколько ниже напряжения питания радиоэлементов. Все это оговаривается в технических параметрах конкретных изделий.

Таким образом, разница между аналоговым и цифровым сигналом заключается, прежде всего, в способе его формирования, а проще всего это понять визуально по приведенным графикам.

Кроме того, цифровой сигнал отличается от аналогового возможностью полного восстановления, если он не окончательно "забит" помехами до невозможности приема.

Для предотвращения такой ситуации в линию связи на определенном расстоянии (классический вариант – 100 м) устанавливаются промежуточные устройства – сетевые коммутаторы. При соблюдении этого условия дальность передачи "цифры" практически не ограничена.

Это что касается проводных линий связи. Как видите, организация ее с установкой коммутаторов представляет значительные технические проблемы и является затратным мероприятием.

Поэтому для магистральных сетей применяют оптическое волокно – среду в которой свет может без ощутимых потерь распространяться на большие расстояния. В этом случае цифровые данные преобразуются в последовательность световых импульсов.

При этом дальность передачи без промежуточных ретрансляторов составляет многие сотни километров.

Кстати, аналогов цифровым сигналам в природе я не знаю. Это целиком людская придумка.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

Поскольку передача данных в цифровом виде имеет ряд преимуществ резонно заняться преобразованием "аналога" в "цифру" и наоборот.

Для этой цели служат элементы, называемые аналого- цифровыми преобразователями (АЦП).

Принцип их действия, если уж совсем простыми словами, заключается в преобразовании значения входного сигнала в двоичный код (рис.3).

Обратите внимание – код получается параллельный и в нашем случае имеет 4 разряда. Чем выше разрядность, тем точнее результат. Например, 4 разряда позволяют записать только 16 (2⁴) значений, что, безусловно мало.

На примере компьютера: в настоящее время применяются 64 разрядные системы, в крайнем случае, 32-х, но они уже уходят в прошлое.

Кстати, для передачи параллельного кода для каждого разряда нужна отдельная линия и если на небольших расстояниях можно использовать соответствующий шлейф, то для удаленной передачи данных их преобразовывают в последовательную форму.

Тема эта емкая, за рамки данной статьи выходит, поэтому конспективно ограничимся этими сведениями.

В обратную сторону работает цифро- аналоговый преобразователь (ЦАП).

В принципе, он дешифрует двоичный код и на выходе формирует сигнал с соответствующим значением. Но преобразование это дискретно, поэтому результат будет иметь ступенчатую форму (рис.4).

Именно поэтому любой цифровой формат звукозаписи идеального качества никогда не обеспечит.

© 2010-2024 г.г.. Все права защищены.
Материалы, представленные на сайте, имеют ознакомительно-информационный характер и не могут использоваться в качестве руководящих документов