Analog ve dijital sinyaller hakkında genel soru

Acemi uyarısı: Elektrik mühendisi değilim, elektrik mühendisliği de almadım, bu yüzden lütfen bana katlan.

Dijital ve analog sinyaller arasındaki farkı okuduğumda, bunun gibi bir grafik (veya buna benzer) genellikle eklenir:

Bir an için alttaki resmi düşünün (Dijital Sinyal). En iyi anlayışımla, elektrik akımı süreklidir, bu durumda, herhangi bir ortamda bu şekilde akması mümkün değildir. Başka bir deyişle: "kare dalga" yoktur.
Peki bu tam olarak ne gösteriyor?
Gerilim bir bariyeri geçtiğinde veya altına düştüğünde sadece yorum mu? Yani, gerilim keyfi olarak seçilmiş bir eşiğin üzerinde olduğunda bunu "yüksek" olarak kabul ederiz, aksi halde "düşük" olarak kabul ederiz?

Lütfen, bunun her zaman mümkün olmadığını biliyorum, ama bir meslekten olmayanların anlayacağı şekilde cevap vermeye çalışın.

Temel olarak, elektriksel açıdan bakıldığında, her "dijital" sinyal sizin söylediğiniz gibi, sadece bir kare dalganın yaklaşık değeridir. Özellikle sonlu yükselme ve düşme sürelerine sahip olacaktır.

Yüksek hızlarda, teorinin istediği kadar güzel görünmesini sağlamak zor olabilir. Sinyali halen (yani alıcı tamamen bir korkunç şekilli sinyali ile karışık değildir) dijital olarak tespit edilmesini sağlamak için, adlandırılan göz diyagramı (aka göz desen ) numune sayısı üzerinden özelliklerini ölçmek için kullanılmaktadır.

Birçok standart (örn. USB ve diğerleri) bu şema için kabul edilebilir bazı özellikleri tanımlar.

Bir göz modelinin / diyagramının sadece iki [voltaj] seviyesiyle sınırlı olmadığını unutmayın. Herhangi bir sayıda ayrık çıkış seviyeniz olduğunda da geçerlidir . Örneğin, bükümlü çiftler (1000BASE-T) üzerinden Gigabit Ethernet iki değil 5 farklı voltaj seviyesi kullanır.

Gerilim bir bariyeri geçtiğinde veya altına düştüğünde sadece yorumumuz mudur? Yani, gerilim keyfi olarak seçilmiş bir eşiğin üzerinde olduğunda bunu "yüksek" olarak kabul ederiz, aksi halde "düşük" olarak kabul ederiz?

Temel olarak, evet, böyle çalışır, "1" ve "0" için bazı voltaj eşikleri bir standart tarafından belirlenir.

Dijital sinyaller ikilidir . Onlara ne demek isterseniz, sadece iki durumu vardır - açık veya kapalı, yüksek veya düşük, yukarı veya aşağı. Çıkardığınız gibi, değerin yüksek olduğu kabul edilen bir eşik ve altında değerin düşük olduğu kabul edilen başka bir eşik vardır. Dijital, transistörlerle tamamen açarak veya tamamen kapatarak çok kolaydır.

Analog sinyaller ölçtükleri miktara benzer . örneğin, bir tartı terazisi yükle orantılı bir voltaj verebilir - 0 ila 200 kg yük için 0 ila 10 V. Başka bir örnek, mikrofon diyaframını etkileyen ses basıncına göre değişen bir mikrofondan gelen sinyaldir. Bu durumda, frekans ses perdesine ve genlik ses şiddetine göre değişir.

Her nasılsa biraz kafa karışıklığı yakaladınız; yardım edip edemeyeceğimi göreyim.

"Dijital sinyaller" söz konusu olduğunda, bu terimin geçerli olduğu birden fazla seviye vardır. Görünüşe göre analog sinyaller fikrini alıyorsunuz - zaman içinde değişen sürekli bir değer.

Dijital "analog" (pardon pun), bunun yerine bir dizi sayısal değerdir; her sayısal değer zaman içindeki bir noktaya karşılık gelir ve genellikle noktalar düzenli zaman aralıklarında aralıklı yerleştirilir. Ayrıca, işlem için bir dizi sayısal değer mevcuttur ve genellikle bu iki güçtür - örneğin, sekiz bit için 256 değer veya değerleri temsil etme şekliniz ikili sözcüklerle ise 16 bit için 65.536 değer.

Şimdi az önce tarif ettiğim şey bir soyutlama; biri seçerse semafor bayrakları sallayarak dijital bir sinyal iletilebilir. Fakat bunun yerine, bir dijital sinyali, paralel olarak bit başına bir iletken düzenlenmiş bir dizi elektrik sinyali aracılığıyla temsil etmeyi seçersek, o zaman bu sinyallerin her biri aslında burada başkalarının önerdiği gibi analog bir sinyaldir. O halde bu sinyalleri üretmek ve uygun şekilde almak / kodunu çözmek elektroniğin görevidir.

Ayrıca, her bir değerin her bir bitini sırayla göndererek paralel olarak dijital sinyalleri seri olarak iletebilirsiniz; bunu kullandığınız birçok bitin değeri yerine tek bir iletken üzerinden yapabilirsiniz ve burada da belirtildiği gibi, "1" i belirtmek için yalnızca bir "yüksek" voltaj veya akım kullanmaktan daha karmaşık şemalar vardır veya "true" ve "0" veya "false" anlamına gelen "düşük" veya sıfır voltaj veya akım.

Ve haklısınız - analog bir sinyal hiçbir zaman anlık bir değişime sahip olamaz; bunun nedenleri çoktur ve hepsine burada bir tane kaydetmeyeceğim: bir iletkendeki akım değişiklikleri her zaman kendilerine direnir (Faraday denklemlerinden hemen sonra gelir). Ancak pratikte dijital devreler tasarlanırken fikir, durumlar arasındaki geçişin, önemli olmayan geçişler arasındaki en küçük aralığın uzunluğuna göre yeterince kısa olmasını sağlamaktır. Örneğin, çok uzun bir Ethernet kablosu kullandığınızda bu varsayım başarısız olmaya başlar.

Dijital sinyal, analog sinyali "kare şeyler" olarak göstermek istemez, bu nedenle dijital bir sinyalde 1'i gördüğünüzde, anlog singalındaki yüksek bir genliğe eşdeğer değildir, ancak genliğin yüksekliğini temsil etmek ister. sayı olarak farklı zamanlar (ancak ikili biçimde). Pek çok ikili sayı, genliğin belirli bir zamanın yüksekliğini temsil etmek ister.

BBC'nin şu resmini düşünün:

Yukarıdaki grafik analog formdur. Bundan, her saniye bir değer alınır (ancak bu 40mio'ya kadar bir saniyeye kadar çıkabilir ve çok daha fazlası). Bu değer, analog sinyalin genlik yüksekliğidir.

Değeri aldığımızda buna "adım" diyelim.

Her adımda, genliğin yüksekliği kaydedilir. Yükseklik, 0 ve 1 olarak temsil edilebilecek bir sayıdır (örneğin 10, 1010 olacaktır).

Gördüğünüz gibi, saniyede daha fazla değer ölçtüğümüzde, daha fazla veri kaydedilmesi / iletilmesi gerekir ve bu analog sinyalin elde edilen dijital biçimi o kadar doğru olur.

Ayrıca, değer ne kadar yüksek olursa, elde edilen dijital format da o kadar doğru olur. (örneğin, 0'dan 10'a kadar değerler aldığımızda, sadece 10 değer vardır - çok doğru değil. Bu dijital sinyali analog bir modele dönüştürdüğümüzde, eğri çok "iyi" olmaz. Ama değerleri aldığımızda 0'dan 16000'e kadar, bu çok daha doğru olacaktır.) Ayrıca her adımda daha fazla bit kaydedilmelidir.

Her adımda 64Bit kaydederseniz ve adım saniyede bir yapılırsa 64Bit / s kaydedersiniz. Her adımda 32Bit kaydederseniz ve adım saniyede iki kez yapılırsa, 64Bit / s de kaydedersiniz. Her adımda 16Bit kaydederseniz ve adım saniyede 4 kez yapılırsa, 64Bit / s değerine de sahip olursunuz.

Dijital bir sinyal iletmenin birçok yolu vardır. Örneğin, grafiğinizde gösterilen "Genlik Modülasyonu" olarak adlandırılan "voltajı değiştirerek" (ancak elbette ASLA mükemmel bir kare değildir!). Genlik Modülasyonu sadece yüksek genlikte 1 (yüksek voltaj) ve düşük 0'da 0 olduğunu belirttiğiniz anlamına gelir.

Frekans Modülasyonu (radyolarla kullanılan FM - yüksek frekanslı bir 1 ve düşük olanla 0) veya Ethernet'te kullanılan Darbe Genlik Modülasyonu ve çok daha fazlası gibi oder modülasyon teknikleri vardır!