Преимущества цифрового сигнала: Аналоговый и цифровой сигналы — различия, преимущества и недостатки | Телекоммуникационная компания «АСВА»

Аналоговый и цифровой сигналы — различия, преимущества и недостатки | Телекоммуникационная компания «АСВА»

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче.

Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

• высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;
• легкость приема цифрового сигнала;
• отсутствие постороннего «шума»;
• цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;
• высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

Преимущества и недостатки цифрового вещания в сравнении с аналоговым

В этом году вся Россия переходит на цифровое вещание. Кубань перейдет «на цифру» 3 июня. Необходимость в переходе вызвана тем, что на сегодняшний день менее 10% граждан России всё ещё не используют цифровое телевидение. В итоге поддержание аналогового вещания становится попросту нецелесообразным.

Каковы всё-таки преимущества и недостатки цифрового вещания в сравнении с аналоговым?

Цифровое и аналоговое телевидение работает по разному принципу:

• при аналоговом вещании один телевизионный канал занимает одну конкретную частоту вещания;

• при цифровом вещании на одной частоте может передаваться целый комплекс каналов одновременно.

Подобная разница в подходах приводит к появлению определённых преимуществ у цифрового телевидения перед аналоговым:

• высокое качество изображения — картинка у цифрового телевидения значительно более качественная и яркая, разрешение изображения выше;

• обширный выбор каналов — разумеется, в цифровом вещании не так много каналов, как можно подключить к кабельному. Но их точно больше, чем может принять обычная антенна аналогового вещания;

• отсутствие помех — из-за другого принципа передачи сигнала, помех или искажений картинки не может быть. Изображение или передаётся, или же сигнал не доходит, и изображение не передаётся вовсе. Но при этом стабильность всё же выше и проблемы с сигналом возникают куда реже, чем помехи при аналоговом вещании;

• дополнительные сервисы — цифровой сигнал может быть дополнен различными сервисами. Например, голосованием зрителей во время трансляции или опциональным текстом субтитров и т.д.

При этом минусы у цифрового вещания всё же имеются:

• для приёма цифрового вещания требуется, чтобы ваш телевизор поддерживал приём такого сигнала. И у старых телевизоров такая возможность может отсутствовать, а значит Вам придётся заменить устройство. Другой вариант если возможности подключения нет — приобрести для телевизора специальную приставку;

• в отдалённых регионах подключение будет позднее, а качество сигнала может быть хуже. Впрочем, там оно хуже и у аналогового вещания.

Плюсы цифрового сигнала — Tele-kadr.ru Преимущества digital TV

Цифровым форматам видеозаписи необходимо сохранять баланс между размерами файла подходящим для передачи выбранным способом и правильностью имитации аналогового сигнала. Вместе с тем за счет отличий в технологических процессах и апгрейда оборудования, используемого на телевидение, запись и воспроизведение, а также хранение видео в цифровом виде имеет много преимуществ.

Сравнение цифровых и аналоговых телевизионных форматов видеозаписи и хранения.

Преимущество цифрового телевизионного сигнала

При цифровом кодировании видео представляется последовательность чисел, которые изменяются с достаточной частотой, чтобы отразить непрерывный аналоговый сигнал.

Такая последовательность целых чисел записывается или передается лучше, чем исходный волновой сигнал. Для трансляции на большие расстояния в телевизионном эфире, преимущество использования целых чисел состоит в том, что они не подвержены изменениям, и исходная информация, закодированная в целых числах, лучше противостоит нежелательным преобразованиям во время вещания. Цифровая антенна своими руками.

Преобразование цифрового сигнала

Монохроматическое цифровое изображение состоит из прямоугольной матрицы дискретных значений яркости, закодированных в виде чисел. Эти значения носят названия элементов изображения, или сокращенно пикселей.

Черно-белое цифровое пиксельное изображение.

Чем ближе пиксели друг к другу, тем выше разрешение, и тем более непрерывное изображение может быть получено. Однако чем больше пикселей, тем

больше данных требуется сохранить, соответственно увеличивается и дороговизна оборудования. Стандартный кадр 625/50 состоит примерно из трети миллиона пикселей. Для цветного изображения требуется три различные величины, содержащие информацию о яркости, цветном тоне и насыщенности цвета для каждого дискретного элемента изображения. Эти три величины могут характеризовать сигналы красного, зеленого и синего цветов или цветоразностные сигналы яркости, «красный минус яркость» и «синий минус яркость». Для передачи движущегося изображения требуется непрерывное изменение этих трех величин.

Копирование цифрового видеосигнала

При копировании цифровой записи такие же числа появляются и на копии. Это не дубль, это клон. Поскольку копия неотличима от оригинала, она не является вторым поколением, что является важным

достоинством digital. Цифровое телевидение легко совместимо с компьютерными технологиями, что превращает его в разновидность обработки данных. Что дает развитие в ассортименте и функциональности программ для монтажа видео.

Получение цифрового сигнала

Непрерывно изменяющееся напряжение аналогового телевизионного сигнала измеряется определенное число раз на протяжении телевизионной строки и преобразуется в последовательность чисел (цифровой сигнал), которые изменяются по величине пропорционально изменениям в исходном сигнале.

Получение цифрового сигнала из аналогового

Хранение цифрового сигнала

Хранение сигнала в виде двоичных чисел  (единиц и нулей)  имеет два преимущества. Во-первых, оно позволяет получить качественный и устойчивый к шумам и искажениям сигнал, который может быть при необходимости преобразован к своему

исходному виду. Во- вторых, дает возможность применения компьютерной техники, что расширяет возможности обработки изображения и получения такого же изображения при переходе от одного стандарта к другому.

Преимущества и недостатки цифрового телевидения по сравнению с аналоговым

Аналоговые системы и её устаревшие недостатки уходят в прошлое. Так как цифровое телевидение имеет дело только с двоичным представлением (0 и 1), не требуется никаких сложных микросхем, которые необходимы для качественной обработки непрерывно изменяющегося напряжения аналогового сигнала. Новые технологии и упрощение цифровой аппаратуры позволили сделать телевизионное оборудование значительно дешевле, а исправлением ошибок можно скомпенсировать искажения цифрового сигнала, которые он претерпевает на протяжении всего тракта передачи.

Недостатки цифрового телевидения

Минусы цифрового ТВ связанны с тем что для передачи и хранения цифрового сигнала приходится иметь дело с большими пакетами данных. Для системы PAL 625, формат 4:3, активная часть изображения содержит: 720 пикселей (Y, яркость) + 360 пикселей (Cr, красный цветоразностный сигнал цветности, ЦРС) + 360 пикселей (Cb, синий ЦРС цветности) = 1440 пикселей на строку.
В результате получается, что 576 активных строк каждого кадра содержат: 1440 пиксель / строка * 576 строк = 829440 пиксель / кадр.

При дискретизации на 8 бит кадр занимает 829440 байт, или 830 Кбайт памяти. 1 секунда материала потребует для хранения 830*25=20750 Кбайт, или примерно 21 Мбайт. Системы, использующие как 625, так и 525 строк, требуют примерно одинаковый объем памяти для хранения материала заданной длительности. Для хранения 1 минуты потребуется уже 1,26 Гбайт, а 1 часа — 76 Гбайт. Емкость стандартной видеоленты при такой плотности записи позволяет записать лишь несколько минут материала.

Недостаток цифрового телевидения связанный с большими объемами данных был решен за счет технологии сжатия и развития разных стандартов сжатия. Поэтому за цифровым телевидением остаются одни плюсы и преимущества над аналоговым.

Основные плюсы цифрового телевидения

1. На данный момент в мультиплексах цифрового телевидения только федеральные телеканалы, но закон об организации включения региональных каналов в третий мультиплекс уже вышел, и прошел конкурсный отбор, осталось дождаться финансов. Но даже эта незаконченная идея об усовершенствование региональных СМИ является большим достоинством цифрового телевидения.
2. Благодаря стандартам сжатия и цифровым технологиям сразу 10 каналов входит в один мультиплекс который занимает полосу 1 канала аналогового телевидения, что дает возможность освободить эфирные частоты для развития других коммуникаций и услуг использующих тот же принцип передачи данных — например мобильная связь.
3. За счет хорошего сопротивления шумам и отсутствия искажения сигнала во время передачи сигнала, огромным преимуществом цифрового телевидения является максимальное качество картинки и звука. Это меняет представление о понятие — вещательное качество.

   Преимущества цифрового телевидения

4. Также в этом качественном и неуязвимом цифровом сигнале достаточно места и возможностей для  передачи дополнительных функций и полезной информации, что не возможно осуществить в аналоговом варианте.
5. Все телевизионные технологии постепенно растут, о чем свидетельствует замена аналогового вещания цифровым, но также этот прогресс дает возможность осуществления дальнейшего развития до уровня телевидения высокой четкости. Тем более что, переход всех каналов на формат 16:9 уже состоялся.

Отличия аналогового и цифрового сигналов для пользователя

 Простому потребителю совсем необязательно знать, какова природа сигналов. Но порой необходимо знать разницу между аналоговым и цифровым форматами, чтобы с открытыми глазами подходить к выбору того или иного варианта, ведь сегодня на слуху, что время аналоговых технологий прошло, на смену им приходят цифровые. Следует понять разницу, чтобы знать от чего уходим и чего ожидать.

 Сигнал аналоговый —  это сигнал непрерывный, имеющий бесконечное число близких по значению данных в пределах максмальных, все параметры которого описываются временной зависимой переменной.

 Сигнал цифровой – это раздельный сигнал,  описываемый раздельной функцией времени, соответственно в каждый момент времени, величина амплитуды сигнала имеет строго определенное значение. 

 Практика показала, что при аналоговых сигналах возможны помехи, устраняемые при цифровом сигнале. Кроме того, цифровой может восстановить изначальные данные. При непрерывном аналоговом сигнале проходит много информации, зачастую излишней. Вместо одного аналогового можно передать несколько цифровых.

 На сегодняшний день потребителя интересует вопрос телевидения, так как именно в этом контексте чаще и произносится фраза «переход на цифровой сигнал». В этом случае аналоговый можно считать пережитком прошлого, но ведь именно его принимает существующая техника, а для приема цифрового необходима специальная. Конечно, в связи с появлением и расширением использования «цифры», аналоговые телевизоры теряют былую популярность.

Преимущества и недостатки видов сигналов

 Немаловажную роль в оценке параметров того или иного сигнала имеет безопасность. Различного характера влияния, посторонние вторжения делают аналоговый сигнал беззащитным. При цифровом подобное исключается, так как он кодируется из радиоимпульсов. Для больших расстояний передача цифровых сигналов усложнена, приходится использовать схемы модуляции-демодуляции.

Поводя итог, можно сказать, что отличия аналогового и цифрового сигнала состоят:

• В непрерывности аналогового и дискретности цифрового;
• В большей вероятности помех при передаче аналогового;
• В избыточности аналогового сигнала;
• В способности цифрового фильтровать помехи и восстанавливать исходую информацию;
• В передаче цифрового сигнала в закодированной форме. Один аналоговый сигнал замещается несколькими цифровыми.

Смотрите раздел «аренда проекторов».

Цифровой и аналоговый сигнал: в чем сходство и различие, достоинства и недостатки?

Аналоговый сигнал – это функция непрерывного аргумента (времени). Если график периодически прерывается, как происходит в последовательности импульсов, к примеру, уже говорят о некой дискретности пачки.

История появления термина

Вычислительная техника

Если вчитаться, нигде не написано, откуда пришло в мир определение — аналоговый. На западе термин употреблялся с сороковых годов профессионалами вычислительной техники. Именно в период Второй мировой войны появились первые компьютерные системы, называемые цифровыми. И для различения пришлось придумать новые эпитеты.

В мир бытовой техники понятие аналоговый вошло лишь в начале 80-х, когда на свет вышли первые процессоры Intel, а мир игрался в игрушки на ZX-Spectrum, эмулятор для устройств сегодня возможно раздобыть в интернете.

Геймплей требовал необыкновенного упорства, сноровки и отменной реакции. Наравне с детворой собирали ящики и били вражеских инопланетян и взрослые.

Современные игры намного уступают первым пташкам, захватившим на некоторое время умы игроков.

Звукозапись и телефония

К началу 80-х на свет стала появляться поп-музыка в электронной обработке. Музыкальный телеграф представлен на суд публики в 1876 году, не обрёл признания. Популярная музыка нравится аудитории в широком понимании слова.

Телеграф умел издавать единственную ноту, передавать на расстояние, где та воспроизводилась динамиком специальной конструкции. И хотя Битлз использовали при создании Сержанта Пеппера электронный орган, синтезатор вошёл в обиход в поздние 70-е годы.

По-настоящему популярным и цифровым инструмент стал уже в середине 80-х: вспомним Modern Talking. Ранее использовались синтезаторы на аналоговых схемах, начиная с Novachord в 1939 году.

Итак, потребности в различении аналоговых и цифровых технологий у рядового гражданина не возникало, пока последние не вошли прочно в обиход. Слово аналоговый стало достоянием публики с начала 80-х.

Что касается происхождения термина, традиционно считается, что указатель заимствован из телефонии, позже перекочевал в звукозапись. Аналоговые колебания непосредственно подаются на динамик, немедленно раздается голос.

Сигнал похож на человеческую речь, становится электрическим аналогом.

Если подать на динамик цифровой сигнал, раздастся непередаваемая какофония из нот разной тональности. Эта «речь» знакома любому, кто грузил в память компьютера программы и игры с магнитной ленты.

На человеческую не походит, потому что цифровая. Что касается дискретного сигнала, в простейших системах он подается прямо на динамик, служащий интегратором.

Удача или неуспех предприятия всецело зависят от правильно подобранных параметров.

Одновременно термин фигурировал в звукозаписи, где непосредственно с микрофона музыка и голос шли на ленту. Магнитная запись стала аналогом реальных артистов.

Виниловые пластинки подобны музыкантам и поныне считаются лучшим носителем для любых композиций. Хотя показывают ограниченный срок службы. CD нынче часто содержат цифровой звук, расшифровываемый декодером.

Согласно Википедии, новая эра началась в 1975 году (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Электрические измерения

В аналоговом сигнале наблюдается пропорциональность между напряжением, либо током и откликом на воспроизводящем устройстве. Термин тогда сочтём произошедшим от греческого analogos. Что означает пропорциональный. Впрочем, сравнение аналогично указанному выше: сигнал подобен голосу, воспроизводимому колонками.

Вдобавок в технике применяется для обозначения аналоговых сигналов иной термин – непрерывные. Что соответствует данному выше определению.

Общая информация

Энергия сигнала

Как следует из определения, аналоговый сигнал обладает бесконечной энергией, не ограничен во времени. Посему его параметры усредняются. К примеру, 220 В, присутствующие в розетки называются действующим значением по указанной причине. Поэтому применяют действующие (усредненные на некотором интервале) значения. Уже понятно, что в розетке присутствует аналоговый сигнал частоты 50 Гц.

Когда речь заходит о дискретности, применяют конечные значения. К примеру, при покупке электрошокера нужно убедиться, что энергия удара не превосходит частного значения, измеряемого в джоулях.

В противном случае возникнут неприятности с использованием либо при досмотре. Поскольку, начиная с конкретного значения энергии, электрошокер применяется лишь спецподразделениями, с установленным верхним лимитом.

Прочее – противозаконно в принципе, способно повлечь смертельные исход при применении.

Энергия импульса находится перемножением тока и напряжения на длительность. И это показывает конечность параметра для дискретных сигналов. В технике встречаются и цифровые последовательности. От дискретного цифровой сигнал отличается жестко заданными параметрами:

1. Длительность.
2. Амплитуда.
3. Наличие двух заданных состояний: 0 и 1.
4. Машинные биты 0 и 1 складываются в заранее оговоренные и понятные участникам слова (язык ассемблера).

Взаимное преобразование сигналов

Дополнительным определением аналогового сигнала становится его кажущаяся случайность, отсутствие видимых правил, либо схожесть с некими природными процессами. К примеру, синусоида может описать вращение Земли вокруг Солнца.

Это аналоговый сигнал. В теории цепей и сигналов синусоида представляется вращающимся вектором амплитуды. А фаза тока и напряжения отличается – это два разных вектора, порождая реактивные процессы.

Что наблюдается в индуктивностях и конденсаторах.

Из определения следует, что аналоговый сигнал легко преобразуется в дискретный. Любой импульсный блок питания нарезает входное напряжение из розетки на пачки. Следовательно, занимается преобразованием аналогового сигнала частоты 50 Гц в дискретные ультразвуковые пачки. Варьируя параметры нарезки, блок питания подстраивает выходные величины под требования электрической нагрузки.

Внутри приемника радиоволн с амплитудным детектором происходит обратный процесс. После выпрямления сигнала на диодах образуются импульсы различной амплитуды. Информация заложена в огибающей такого сигнала, линии, соединяющей вершины посылки.

Преобразованием дискретных импульсов в аналоговую величину занимается фильтр. Принцип основан на интегрировании энергии: в период наличия напряжения возрастает заряд конденсатора, потом, в промежутке между пиками, ток образуется за счет накопленного ранее запаса электронов.

Полученная волна подается на усилитель низких частот, позднее на динамики, где результат слышен окружающим.

Цифровой сигнал кодируется по-другому. Там амплитуда импульса заложена в машинной слове. Оно состоит из единиц и нулей, требуется декодирование. Операцией занимаются электронные устройства: графический адаптер, программные продукты. Каждый качал из интернета K-Lite кодеки, это тот случай. Драйвер занимается расшифровкой цифрового сигнала и преобразованием для выдачи на колонки и дисплей.

Не нужно спешить с путаницей, когда адаптер называют 3-D ускорителем и наоборот. Первый лишь преобразует поданный сигнал. К примеру, за цифровым входом DVI всегда находится адаптер. Он занимается лишь преобразованием цифр из единиц и нулей для отображения на матрице экрана.

Извлекает информацию о яркости и значениях пикселей RGB. Что касается 3D-ускорителя, устройство в составе вправе (но не обязано) содержать адаптер, но главной задачей становятся сложные вычисления для построения трёхмерных изображений.

Подобный приём позволяет разгрузить центральный процессор и ускорить работу персонального компьютера.

Из аналогового в цифровой сигнал преобразуется в АЦП. Это происходит программно либо внутри микросхемы. Отдельные системы сочетают оба способа.

Процедура начинается взятием отсчётов, умещающихся внутри заданной области. Каждый, преобразуясь, становится машинным словом, содержащим вычисленную цифру.

Потом отсчёты пакуются посылками, становится возможной пересылка другим абонентам сложной системы.

Правила дискретизации нормируются теоремой Котельникова, показывающей максимальную частоту взятия замера. Чаще отсчёт брать запрещается, поскольку происходит потеря информации. Упрощённо считают достаточным шестикратное превышение частоты отсчётов над верхней границей спектра сигнала.

Больший запас считается дополнительным преимуществом, гарантирующим хорошее качество. Любой видел указания частоты дискретизации звукозаписи. Обычно параметр выше 44 кГц. Причиной служат особенности человеческого слуха: верхняя граница спектра 10 кГц.

Следовательно, частоты дискретизации 44 кГц хватит для посредственной передачи звучания.

Отличие дискретного и цифрового сигнала

Наконец, человек из окружающего мира воспринимает обычно аналоговую информацию. Если глаз видит мигающий огонёк, периферическое зрение ухватит окружающий пейзаж. Следовательно, конечный эффект не видится дискретным.

Разумеется, возможно попытаться создать иное восприятие, но это сложно и окажется целиком искусственным. На этом основано применение азбуки Морзе, состоящей из легко различимых на фоне помех точек и тире.

Дискретные удары телеграфного ключа сложно спутать с естественными сигналами, даже при наличии сильного шума.

Аналогичным образом цифровые линии введены в технике для исключения помех. Любой любитель видео пытается раздобыть кодированную копию фильма в максимальном разрешении.

Цифровая информация способна передаваться на дальние дистанции без малейших искажений. Помощниками становятся известные на обеих сторонах правила для формирования заранее оговорённых слов.

Порой в цифровой сигнал закладывается избыточная информация, позволяющая исправлять или замечать ошибки. Этим устраняется неправильное восприятие.

Импульсные сигналы

Если говорить точнее, дискретные сигналы задаются отсчётами в определённые моменты времени. Понятно, что такая последовательность в реальности не формируется по причине, что фронт и спад имеют конечную длину. Импульс не передаётся мгновенно. Потому спектр последовательности не считается дискретным. Значит, сигнал так называть нельзя. На практике выделяют два класса:

1. Аналоговые импульсные сигналы – спектр которых находится преобразованием Фурье, следовательно, непрерывный, по крайней мере, на отдельных участках. Результат действия напряжения или тока на цепь находится операцией свёртки.
2. Дискретные импульсные сигналы показывают и спектр дискретный, операции с ними проводятся через дискретные преобразования Фурье. Следовательно, применяется и свёртка дискретная.

Эти уточнения важны для буквоедов, прочитавших, что импульсные сигналы бывают аналоговыми. Дискретные получили название по особенностям спектра. Термин аналоговые применяется для различения. Эпитет непрерывные применим, о чем уже сказано выше, и в связи с особенностями спектра.

Уточнение: строго дискретным считается исключительно спектр бесконечной последовательности импульсов. Для пачки гармонические составляющие всегда расплывчатые. Такой спектр напоминает последовательность импульсов, модулированных по амплитуде.

Аналоговый сигнал —
сигнал данных, у которого каждый из
представляющих параметров описывается
функцией времени и непрерывным множеством
возможных значений.

Различают два
пространства сигналов — пространство
L (непрерывные сигналы), и пространство
l (L малое) — пространство последовательностей.

Пространство l (L малое) есть пространство
коэффициентов Фурье (счетного набора
чисел, определяющих непрерывную функцию
на конечном интервале области определения),
пространство L — есть пространство
непрерывных по области определения
(аналоговых) сигналов.

При некоторых
условиях, пространство L однозначно
отображается в пространство l (например,
первые две теоремы дискретизации
Котельникова).

Аналоговые сигналы
описываются непрерывными функциями
времени, поэтому аналоговый сигнал
иногда называют непрерывным сигналом.
Аналоговым сигналам противопоставляются
дискретные (квантованные, цифровые).
Примеры непрерывных пространств и
соответствующих физических величин:

• прямая: электрическое напряжение
• окружность: положение ротора, колеса, шестерни, стрелки аналоговых часов, или фаза несущего сигнала
• отрезок: положение поршня, рычага управления, жидкостного термометра или электрический сигнал, ограниченный по амплитуде различные многомерные пространства: цвет, квадратурно-модулированный сигнал.

Свойства аналоговых
сигналов в значительной мере являются
противоположностью свойств квантованных
или цифровых сигналов.

Отсутствие чётко
отличимых друг от друга дискретных
уровней сигнала приводит к невозможности
применить для его описания понятие
информации в том виде, как она понимается
в цифровых технологиях. Содержащееся
в одном отсчёте «количество информации»
будет ограничено лишь динамическим
диапазоном средства измерения.

Отсутствие избыточности.
Из непрерывности пространства значений
следует, что любая помеха, внесенная в
сигнал, неотличима от самого сигнала
и, следовательно, исходная амплитуда
не может быть восстановлена. В
действительности фильтрация возможна,
например, частотными методами, если
известна какая-либо дополнительная
информация о свойствах этого сигнала
(в частности, полоса частот).

Применение:

Аналоговые сигналы
часто используют для представления
непрерывно изменяющихся физических
величин. Например, аналоговый электрический
сигнал, снимаемый с термопары, несет
информацию об изменении температуры,
сигнал с микрофона — о быстрых изменениях
давления в звуковой волне, и т.п.

2.2 Цифровой сигнал

Цифровой сигнал —
сигнал данных, у которого каждый из
представляющих параметров описывается
функцией дискретного времени и конечным
множеством возможных значений.

Сигналы представляют
собой дискретные электрические или
световые импульсы. При таком способе
вся емкость коммуникационного канала
используется для передачи одного
сигнала. Цифровой сигнал использует
всю полосу пропускания кабеля.

Полоса
пропускания — это разница между
максимальной и минимальной частотой,
которая может быть передана по кабелю.
Каждое устройство в таких сетях посылает
данные в обоих направлениях, а некоторые
могут одновременно принимать и передавать.

Узкополосные системы (baseband) передают
данные в виде цифрового сигнала одной
частоты.

Дискретный цифровой
сигнал сложнее передавать на большие
расстояния, чем аналоговый сигнал,
поэтому его предварительно модулируют
на стороне передатчика, и демодулируют
на стороне приёмника информации.
Использование в цифровых системах
алгоритмов проверки и восстановления
цифровой информации позволяет существенно
увеличить надёжность передачи информации.

Замечание. Следует
иметь в виду, что реальный цифровой
сигнал по своей физической природе
является аналоговым.

Из-за шумов и
изменения параметров линий передачи
он имеет флуктуации по амплитуде,
фазе/частоте (джиттер), поляризации. Но
этот аналоговый сигнал (импульсный и
дискретный) наделяется свойствами
числа.

В результате для его обработки
становится возможным использование
численных методов (компьютерная
обработка).

Сигнал определяется как напряжение или ток, который может быть передан как сообщение или как информация. По своей природе все сигналы являются
аналоговыми, будь то сигнал постоянного илипеременного тока, цифровой или импульсный. Тем не менее, принято делать различие между аналоговыми и
цифровыми сигналами.

Цифровым сигналом называется сигнал, определённым образом обработанный и преобразованный в цифры. Обычно эти цифровые сигналы связаны с реальными
аналоговыми сигналами, но иногда между ними и нет связи. В качестве примера можно привести передачу данных в локальных вычислительных сетях (LAN) или
в других высокоскоростных сетях.

В случае цифровой обработки сигнала (ЦОС) аналоговый сигнал преобразуется в двоичную форму устройством, которое называется аналого-цифровым
преобразователем (АЦП).

На выходе АЦП получается двоичное представление аналогового сигнала, которое затем обрабатывается арифметическим цифровым
сигнальным процессором (DSP).

После обработки содержащаяся в сигнале информация может быть преобразована обратно в аналоговую форму с использованием
цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Другой ключевой концепцией в определении сигнала является тот факт, что сигнал всегда несет некоторую информацию. Это ведет нас к ключевой проблеме
обработки физических аналоговых сигналов — проблеме извлечения информации.

Цели обработки сигналов

Главная цель обработки сигналов заключается в необходимости получения содержащейся в них
информации. Эта информация обычно присутствует в амплитуде сигнала (абсолютной или относительной),
в частоте или в спектральном составе, в фазе или в относительных временных зависимостях
нескольких сигналов.

Как только желаемая информация будет извлечена из сигнала, она может быть использована
различными способами. В некоторых случаях желательно переформатировать информацию, содержащуюся
в сигнале.

Аналоговый и цифровой сигналы — различия, преимущества и недостатки

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника.

В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук.

К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

• высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;
• легкость приема цифрового сигнала;
• отсутствие постороннего «шума»;
• цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;
• высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала.

Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

Аналоговые и цифровые технологии — xBB.uz

Мы живём в эпоху бурной эволюции аналоговых технологий в цифровые. Тем не менее, многие устройства по-прежнему остаются аналоговыми, не спеша переходить на новую ступень развития техники. Более того, бытовые приборы нередко совмещают в себе обе технологии. Попытаемся разобраться, какова разница между аналоговым и цифровым, в чём их преимущества и недостатки.

Естественно, разговор пойдёт с точки зрения обычного пользователя, без заумных терминов и с уклоном на практическое применение в повседневной жизни.

Суть аналоговых технологий

В двадцатом веке, ближе к его середине, появились аналоговые компьютеры — вычислительные устройства. Всяческая информация в них выражалась и обрабатывалась в виде разницы в напряжении сигнала. Причём, даже при обработке числовых данных и совершении подсчётов.

На выходе могли быть графики, различные синусоиды, управляющие сигналы для механизмов и прочие полезности для производственного процесса. Предположим, везде расставили датчики. Изменилось где-то напряжение — и аналоговый компьютер тут же отреагировал, включил что надо (или выключил).

Суть аналоговой технологии в том, что информация не трансформируется в цифровую. Электрический импульс остаётся самим собой, со всеми своими параметрами, даже если чем-то измеряется и что-то означает. Кроме того, сигналы могут варьироваться как угодно, в зависимости от особенностей устройств.

Суть цифровых технологий

Первый прототип цифровой передачи данных — азбука Морзе. Буквы кодируются комбинациями коротких сигналов («точек»), длинных («тире») и разделяющих пауз (тишины) между ними. Неважно, каков уровень сигнала, каково его напряжение и частота, ведь есть только три компонента, передающие информацию.

Теперь представьте себе, что количество компонентов сокращено до двух: «сигнал и тишина». Наличие сигнала — единица, отсутствие — ноль. Параметры тоже не имеют значения.

Так вот, нули и единицы — это биты. Их последовательности объединяются в группы по восемь штук — байты. Ну и, конечно, килобайты, мегабайты, гигабайты.

Работа аналогового устройства

Возьмём, к примеру, звук. Сигнал с микрофона записывается на магнитную ленту в исходном виде. То есть, со всеми частотами, поступающими по проводу. Затем магнитофон (старинный аппарат для воспроизведения звука) считывает записанное с ленты, усиливает и отправляет в динамики, откуда мы всё слышим.

Или же звук транслируется в эфир. Антенна ловит радиоволну и преобразовывает её в такие же электрические сигналы, которые поступали на микрофон. Ну и мембраны динамиков работают точно так же, как в магнитофоне: колеблются под воздействием тока, передающего звуковые частоты.

Другой способ аналоговой записи — виниловые пластинки, большие такие диски, обычно чёрные. На них вырезаются тонкие дорожки, а считывающая игла потом колеблется именно с такими частотами, которые были у исходного звука. Колебания преобразуются в электрические, усиливаются и отправляются, как нетрудно догадаться, на динамики.

То есть, сигнал остаётся таким, как был изначально, не кодируется в цифровой вид. К нему добавляются помехи, шипение усилителей, он искажается некачественной магнитной лентой и аппаратурой. Лента постепенно размагничивается (особенно если эксплуатируется часто), а пластинка — изнашивается (ведь по ней ездит игла).

Работа цифрового устройства

Микрофон подключается к преобразователю, который все звуковые частоты кодирует в форму нулей и единиц. Кроме того, эти нули и единицы идут не сплошным потоком, а дискретно, порциями. Например, 44 тысячи раз в секунду (с частотой 44 килогерца), как на музыкальном компакт-диске.

Кроме того, чем больше нулей и единиц (килобит) используется для одной секунды, тем выше качество звука (тем полнее, адекватнее его описание в цифровой форме).

Оцифрованный звук копируется на CD, транслируется в сети интернет-радиостанциями, распространяется в виде файлов. В общем, тем или иным образом поступает в устройство, способное его воспроизвести.

При воспроизведении нет ни шума магнитной плёнки, ни треска от царапин на виниловой пластинке, потому что обрабатываются только последовательности нулей и единиц.

Однако для того, чтобы из динамиков что-либо зазвучало, на них необходимо подать аналоговый сигнал. То есть, звук, описанный не нулями и единицами, а частотами электрических колебаний.

Поэтому в любом плеере, компьютере и мобильном телефоне происходит преобразование звука из цифровой ипостаси в аналоговую, поступающую в динамики и наушники. Вот вам и объединение обеих технологий.

Продолжение этой статьи: «Аналоговые и цифровые технологии. Часть 2».

vanilinkin, специально для xBB.uz, 31.01.2012

Предыдущие публикации:

Последнее редактирование: 2012-02-01 13:19:27

Метки материала: технологии, цифровые технологии, аналоговые и цифровые технологии, it, информатика, электроника, информационные технологии, ит, hi tech, высокие технологии, информация и информатика, high tech

1 комментарий

http://foxterhd.ru

Оставьте, пожалуйста, свой комментарий к публикации

Аналоговая запись — Analog recording

Аналоговые записи (греческая, ана является « в соответствии с» и логотипами «отношений», «слово») является методом , используемым для записи аналоговых сигналов , которые, среди многих возможностей, позволяют аналоговое аудио и аналоговое видео для последующего воспроизведения.

Аналоговый аудио запись началась с механическими системами , такими как фоноавтограф и фонограф . Позже, электронные методы , такие как провода запись и магнитофон были разработаны.

Аналоговые методы записи хранения сигналов в качестве непрерывного сигнала в или на средствах массовой информации. Сигнал может быть сохранен в виде физической текстуры на граммофонной записи , или флуктуации в напряженности поля в виде магнитной записи . Это отличается от цифровой записи , где цифровые сигналы являются квантуется , и представлены в виде дискретных чисел .

фоноавтограф

Фоноавтограф является самым ранним известным устройством для записи звука .

фонограф

Эдисон и его фонограф машины

Фонограф был первый станок используется для захвата и воспроизведения аналогового звука, и был изобретен известным изобретателем Томасом Эдисоном в 1877 году Эдисон включены различные элементы в его Phonograph , которые станут главными продуктами , которые могут быть найдены в записывающих устройств и по сей день.

запись

Для звукового сигнала для записи на Phonograph , он должен пройти через три различных этапа. Во- первых, звук поступает компонент конусообразную устройства, называемого диафрагма микрофона.

Этот звук вызывает диафрагму микрофона, который подключен к небольшой металлической игле, чтобы вибрировать.

Иглы затем вибрирует таким же образом, вызывая его острый кончик , чтобы гравировать отличительную канавку в цилиндр , который был сделан из фольги.

воспроизведение

Для того , чтобы воспроизводить звук , записанный на одном из цилиндров фольги, процесс записи по существу обратные. При вращении цилиндра, игла следует канавку , созданную предыдущей записи сессии.

Это приводит к тому иглы вибрировать, а затем диафрагму. Эта вибрация выходит из диафрагмы, которая в настоящее время функционирует как своего родом звукового устройства усиления , так же, как колокол на любом духовом инструменте.

Результатом является слышимым воспроизведение первоначально записанного звука.

проблемы фонограф

Эдисона Фонограф был первым в своем роде, но недостатки все же были очевидны. Самый большой из них, и тот , который в конечном итоге фиксируется первым пришел от физического контакта между граммофонной иглой и фольге диафрагмы .

Поскольку игла приходилось постоянно вступать в контакт с канавкой в диафрагме каждый раз , когда была сыграна запись, канавка будет изнашиваться. Это означало , что каждый раз , когда была сыграна запись, это был один шаг ближе к тому , ушел навсегда. Еще одна проблема , с фонографа был неизменность его записей.

В отличие от музыки сегодня, который можно редактировать бесконечно, музыка захвачена граммофонных машины были одной взять, живые записи.

Последняя проблема с фонографа была связана с верностью . Fidelity является сходство / различие между первоначальным записанным звуком, и в тот же звук после него был воспроизведен с помощью устройства воспроизведения, в этом случае фонографа.

Как и следовало ожидать от такой ранней машины записи аудио, верность фонографа Эдисона была крайне низкой. Это отсутствие качества звука поэтому фонограф первоначально использовались для записи выступлений, встреч и телефонных звонков, а не музыки.

граммофон

Поклонники современных проигрывателей уже знакомы с одним из самых раннего улучшения на фонографе, известный как граммофон . Изобретатель Emile Berliner создал устройство в 1887 году, всего десять лет после того, как оригинальное устройство Эдисона.

преимущества

Берлинер основного усовершенствование фонографа было связанно с компонентом устройства , которое фактически удерживал записанную информацию. Ранее используемые Tinfoil цилиндры были неловко форме, что делает их трудно хранить.

Они не могли также быть воспроизведен экономически, что была еще одна причина , почему они не были замечены как жизнеспособный вариант для записи музыки. Berliner понял эти недостатки, и решил создать лучшую версию фольги цилиндра.

То , что он придумал не цилиндр вовсе, а скорее плоский круглый диск так же, как современные виниловые пластинки . Эти диски могут не только быть легко сложены и сохранены для безопасного хранения, но также сравнительно легко воспроизвести.

Это качество разрешено для массового производства записанных дисков, который был первым шагом на пути к коммерчески записанной музыке.

Проблемы

К сожалению, хотя граммофон был большой шаг вперед по сравнению с Phonograph коммерчески, он все еще имел многие из тех же проблем.

Массовые производственные возможности , созданные Berliner плоских дисков «s получили компанию думать о записи музыки, но с тех пор ничего не было сделано для решения проблемы низкого вопроса верности, промышленность была еще по — настоящему взлететь.

Проблемы , связанные с завершенностью и разрушением записей , начатых Phonograph были столь же видным с граммофоном.

Telegraphone

Первые механические чертежи telegraphone

Следующий большой прогресс в аналоговой записи звука пришел в виде telegraphone , который был создан датский изобретатель Вальдемар Poulsen между 1898 и 1900 Эта машина была сильно отличается от граммофона или патефона, в том , что вместо записи звука механически, его записанные с помощью процесса , называемого электромагнитизма .

Поульсен был способен передавать электрический сигнал, так же, как тот , который будет транслироваться по радио или по телефону, а затем захватить его на намагничиванию элемента, в этом случае длиной стальной проволоки, которая была завернута вокруг басового барабана .

Проблемы

Поульсен telegraphone не без доли проблем. Во- первых, бобины стальной проволоки были крайне тяжелыми, весом приблизительно 40 фунтов (18 кг) каждый.

Во- вторых, дефицит сталелитейного в то время подняли цену записи; одна минута записи будет стоить полный доллар, а цена была увеличена , так как несколько записей были необходимы для того , чтобы захватить лучшее исполнение.

Кроме того, стальная проволока может быть опасной, с риском , сравнимым с из ленточной пилы .

Как и записывающие устройства , которые были до него, записи telegraphone была почти невозможно изменить. Вместо того , чтобы резать и соединять вместе несколько дублей, так как можно было бы легко сделать с помощью ножниц или компьютера в будущих устройствах записи, эту машину необходим и сварочной горелки и пайки инструмент для изменения.

Magnetophon

В 1935 году изобретатель Фриц Пфлеумер взял электромагнитную записи идею и взял его на следующий уровень. Вместо того чтобы использовать тяжелый, дорогой и опасный стальной проволоки , как Poulsen, Pfleumer понял , что он мог пальто нормальной полоски бумаги с мелкими частицами железа . Железа позволила бы бумаге , чтобы быть намагничена таким же образом , как стальная проволока, но позволит устранить большинство его недостатков. Magnetophon работает с процессом , практически идентичным тому , который из telegraphone. Inscriber, называется записывающая головка , проходит над электромагнитной бумажной полосы, создавая образцы различной магнитной полярности внутри него, который впоследствии может быть воспроизведен. Воспроизведения достигаются при использовании реверсирования процесса записи. Предварительно намагничен бумаги, которые стали известны , как ленты , пропускают через катушку, создавая изменения магнитного потока . Эти изменения были переведены в электрический ток, который , когда усиленное производство реплики из ранее записанных звуков.

преимущества

Было много преимуществ записи на магнитной ленте, но самое главное в том , что это привело к развитию multitracking .

Multitracking происходит , когда несколько дублей выступления, которые были записаны в разное время, собраны вместе , чтобы играть одновременно.

Это метод , все студии звукозаписи используют по сей день, для того , чтобы записать все отдельные инструменты песни, и получить наилучший берет от всех музыкантов.

Катушка ленты также может провести гораздо больше записанную информацию, чем предыдущие среды.

Например, диски Берлинера провел всего несколько минут записи, а это означает, что каждый диск обычно содержит одну песню или несколько коротких клипов.

ленточные катушки Pfleumer, в с другой стороны, могут вместить до тридцати минут звука. Эта способность, что в конечном итоге привело к концепции музыкального альбома «», или сбор нескольких песен.

Проблемы

Оригинальный magnetophon имел свою долю неудач , а также. А именно, проблема низкой точности в предыдущих устройствах до сих пор не решена. Хотя зрители и изобретатели еще не испытал то , что высокая точность записи даже звучать как они знали , что звук , который они слышали от записи необходимо улучшить , прежде чем любой вид записанной музыкальной индустрии можно было бы ожидать.

Современный магнитофона

Введение смещения ленты к системам записи улучшена точность до приемлемого и в конечном счете высокой точности исполнения. Добавление смещения постоянного тока в сигнал , посылаемый к головке записи уменьшается искажение в записи. Использование смещения переменного тока дополнительно уменьшить искажение и значительно улучшило частотные характеристики систем записи.

Смотрите также

Рекомендации

Отличия аналогового звука от цифрового / Блог компании Soundpal / Хабр

Очень часто мы слышим такие определения, как «цифровой» или «дискретный» сигнал, в чем его отличие от «аналогового»?

Суть различия в том, что аналоговый сигнал непрерывный во времени (голубая линия), в то время как цифровой сигнал состоит из ограниченного набора координат (красные точки). Если все сводить к координатам, то любой отрезок аналогового сигнала состоит из бесконечного количества координат.

У цифрового сигнала координаты по горизонтальной оси расположены через равные промежутки времени, в соответствии с частотой дискретизации. В распространенном формате Audio-CD это 44100 точек в секунду. По вертикали точность высоты координаты соответствует разрядности цифрового сигнала, для 8 бит это 256 уровней, для 16 бит = 65536 и для 24 бит = 16777216 уровней. Чем выше разрядность (количество уровней), тем ближе координаты по вертикали к исходной волне.

Аналоговыми источниками являются: винил и аудиокассеты. Цифровыми источниками являются: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) и файлы в WAVE и DSD форматах (включая производные APE, Flac, Mp3, Ogg и т.п.).

Преимущества и недостатки аналогового сигнала

Преимуществом аналогового сигнала является то, что именно в аналоговом виде мы воспринимаем звук своими ушами. И хотя наша слуховая система переводит воспринимаемый звуковой поток в цифровой вид и передает в таком виде в мозг, наука и техника пока не дошла до возможности именно в таком виде подключать плееры и другие источники звука напрямик. Подобные исследования сейчас активно ведутся для людей с ограниченными возможностями, а мы наслаждаемся исключительно аналоговым звуком.

Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала. При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель (лента или винил), устройства считывания, записи и передачи сигнала.

Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать.

Преимущества и недостатки цифрового сигнала

К преимуществам цифрового сигнала относится точность при копировании и передачи звукового потока, где оригинал ничем не отличается от копии.

Основным недостатком можно считать то, что сигнал в цифровом виде является промежуточной стадией и точность конечного аналогового сигнала будет зависеть от того, насколько подробно и точно будет описана координатами звуковая волна. Вполне логично, что чем больше будет точек и чем точнее будут координаты, тем более точной будет волна. Но до сих пор нет единого мнения, какое количество координат и точность данных является достаточным для того, что бы сказать, что цифровое представление сигнала достаточно для точного восстановления аналогового сигнала, неотличимого от оригинала нашими ушами.

Если оперировать объемами данных, то вместимость обычной аналоговой аудиокассеты составляет всего около 700-1,1 Мб, в то время как обычный компакт диск вмещает 700 Мб. Это дает представление о необходимости носителей большой емкости. И это рождает отдельную войну компромиссов с разными требованиями по количеству описывающих точек и по точности координат.

На сегодняшний день считается вполне достаточным представление звуковой волны с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядности 16 бит. При частоте дискретизации 44,1 кГц можно восстановить сигнал с частотой до 22 кГц. Как показывают психоакустические исследования, дальнейшее повышение частоты дискретизации мало заметно, а вот повышение разрядности дает субъективное улучшение.

Как ЦАП строят волну

ЦАП – это цифро-аналоговый преобразователь, элемент, переводящий цифровой звук в аналоговый. Мы рассмотрим поверхностно основные принципы. Если по комментариям будет виден интерес более подробно рассмотреть ряд моментов, то будет выпущен отдельный материал.

Мультибитные ЦАП

Очень часто волну представляют в виде ступенек, что обусловлено архитектурой первого поколения мультибитных ЦАП R-2R, работающих аналогично переключателю из реле.

На вход ЦАП поступает значение очередной координаты по вертикали и в каждый свой такт он переключает уровень тока (напряжения) на соответствующий уровень до следующего изменения.

Хотя считается, что ухо человека слышит не выше 20 кГц, и по теории Найквиста можно восстановить сигнал до 22 кГц, остается вопрос качества этого сигнала после восстановления. В области высоких частот форма полученной «ступенчатой» волны обычно далека от оригинальной. Самый простой выход из ситуации – это увеличивать частоту дискретизации при записи, но это приводит к существенному и нежелательному росту объема файла.

Альтернативный вариант – искусственно увеличить частоту дискретизации при воспроизведении в ЦАП, добавляя промежуточные значения. Т.е. мы представляем путь непрерывной волны (серая пунктирная линия), плавно соединяющий исходные координаты (красные точки) и добавляем промежуточные точки на этой линии (темно фиолетовые).

При увеличении частоты дискретизации обычно необходимо повышать и разрядность, чтобы координаты были ближе к аппроксимированной волне.

Благодаря промежуточным координатам удается уменьшить «ступеньки» и построить волну ближе к оригиналу.

Когда вы видите функцию повышения частоты с 44.1 до 192 кГц в плеере или внешнем ЦАП, то это функция добавления промежуточных координат, а не восстановления или создание звука в области выше 20 кГц.

Изначально это были отдельные SRC микросхемы до ЦАП, которые потом перекочевали непосредственно в сами микросхемы ЦАП. Сегодня можно встретить решения, где к современным ЦАП добавляется такая микросхема, это сделано для того, чтобы обеспечить альтернативу встроенным алгоритмам в ЦАП и порой получить еще более лучший звук (как например это сделано в Hidizs AP100).

Основной отказ в индустрии от мультибитных ЦАП произошел из-за невозможности дальнейшего технологического развития качественных показателей при текущих технологиях производства и более высокой стоимости против «импульсных» ЦАП-ов с сопоставимыми характеристиками. Тем не менее, в Hi-End продуктах предпочтение отдают зачастую старым мультибитным ЦАП-ам, нежели новым решениям с технически более хорошими характеристиками.

Импульсные ЦАП

В конце 70-тых широкое распространение получил альтернативный вариант ЦАП-ов, основанный на «импульсной» архитектуре – «дельта-сигма». Технология импульсных ЦАП-ов стала возможной появлению сверх-быстрых ключей и позволила использовать высокую несущую частоту.

Амплитуда сигнала является средним значением амплитуд импульсов (зеленым показаны импульсы равной амплитуды, а белым итоговая звуковая волна).

Например последовательность в восемь тактов пяти импульсов даст усредненную амплитуду (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Чем выше несущая частота, тем больше импульсов попадает под сглаживание и получается более точное значение амплитуды. Это позволило представить звуковой поток в однобитном виде с широким динамическим диапазоном.

Усреднение возможно делать обычным аналоговым фильтром и если такой набор импульсов подать напрямую на динамик, то на выходе мы получим звук, а ультра высокие частоты не будут воспроизведены из-за большой инертности излучателя. По этому принципу работают ШИМ усилители в классе D, где плотность энергии импульсов создается не их количеством, а длительностью каждого импульса (что проще в реализации, но невозможно описать простым двоичным кодом).

Мультибитный ЦАП можно представить как принтер, способный наносить цвет пантоновыми красками. Дельта-Сигма – это струйный принтер с ограниченным набором цветов, но благодаря возможности нанесению очень мелких точек (в сравнении с пантовым принтером), за счет разной плотности точек на единицу поверхности дает больше оттенков.

На изображении мы обычно не видим отдельных точек из-за низкой разрешающей способности глаза, а только средний тон. Аналогично и ухо не слышит импульсов по отдельности.

В конечном итоге при текущих технологиях в импульсных ЦАП можно получить волну, близкую к той, что теоретически должна получится при аппроксимации промежуточных координат.

Надо отметить, что после появления дельта-сигма ЦАП исчезла актуальность рисовать «цифровую волну» ступеньками, т.к. так ступеньками волну современные ЦАП не строят. Правильно дискретный сигнал строить точками соединенной плавной линией.

Являются ли идеальными импульсные ЦАП?

Но на практике не все безоблачно, и существует ряд проблем и ограничений.

Т.к. подавляющее количество записей сохранено в многоразрядном сигнале, то перевод в импульсный сигнал по принципу «бит в бит» требует излишне высокую несущую частоту, которую современные ЦАП не поддерживают.

Основной функцией современных импульсных ЦАП является перевод многоразрядного сигнала в однобитный с относительно невысокой несущей частотой с прореживанием данных. В основном именно эти алгоритмы и определяют конечное качество звучания импульсных ЦАП-ов.

Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. Такие ЦАП называются мультибитными дельта-сигма.

Сегодня импульсные ЦАП-ы получили второе дыхание в быстродействующих микросхемах общего назначения в продуктах компаний NAD и Chord за счет возможности гибко программировать алгоритмы преобразования.

Формат DSD

После широкого распространения дельта-сигма ЦАП-ов вполне логичным было и появления формата записи двоичного кода напрямую дельта-сигма кодировке. Этот формат получил название DSD (Direct Stream Digital).

Широкого распространения формат не получил по нескольким причинам. Редактирование файлов в этом формате оказалось излишне ограниченным: нельзя микшировать потоки, регулировать громкость и применять эквализацию. А это значит, что без потери качества можно лишь архивировать аналоговые записи и производить двухмикрофонную запись живых выступлений без последующей обработки. Одним словом – денег толком не заработать.

В борьбе с пиратством диски формата SA-CD не поддерживались (и не поддерживаются до сих пор) компьютерами, что не позволяет делать их копии. Нет копий – нет широкой аудитории. Воспроизвести DSD аудиоконтент можно было только с отдельного SA-CD проигрывателя с фирменного диска. Если для PCM формата есть стандарт SPDIF для цифровой передачи данных от источника к отдельному ЦАП, то для DSD формата стандарта нет и первые пиратские копии SA-CD дисков были оцифровками с аналоговых выходов SA-CD проигрывателей (хоть ситуация и кажется глупой, но на деле некоторые записи выходили только на SA-CD, либо та же запись на Audio-CD специально была сделана некачественно для продвижения SA-CD).

Переломный момент произошел с выходом игровых приставок SONY, где SA-CD диск до воспроизведения автоматически копировался на жесткий диск приставки. Этим воспользовались поклонники формата DSD. Появление пиратских записей простимулировало рынок на выпуск отдельных ЦАП для воспроизведения DSD потока. Большинство внешних ЦАП с поддержкой DSD на сегодняшний день поддерживает передачу данных по USB используя формат DoP в виде отдельного кодирования цифрового сигнала через SPDIF.

Несущие частоты для DSD сравнительно небольшие, 2.8 и 5.6 МГц, но этот звуковой поток не требует никаких преобразований с прореживанием данных и вполне конкурентно-способен с форматами высокого разрешения, такими как DVD-Audio.

На вопрос что лучше, DSP или PCM однозначного ответа нет. Все упирается в качество реализации конкретного ЦАП и таланта звукорежиссера при записи конечного файла.

Общий вывод

Аналоговый звук – это то, что мы слышим и воспринимаем, как окружающий мир глазами. Цифровой звук, это набор координат, описывающих звуковую волну, и который мы напрямую услышать не можем без преобразования в аналоговый сигнал.

Аналоговый сигнал, записанный напрямую на аудиокассету или винил нельзя без потери качества перезаписать, в то время как волну в цифровом представлении можно копировать бит в бит.

Цифровые форматы записи являются постоянным компромиссом между количеством точностью координат против объема файла и любой цифровой сигнал является лишь приближением к исходному аналоговому сигналу. Однако при этом разный уровень технологий записи и воспроизведения цифрового сигнала и хранения на носителях для аналогового сигнала дают больше преимуществ цифровому представлению сигнала, аналогично цифровой фотокамере против пленочного фотоаппарата.

Автор Кузнецов Роман romanrex

Чем отличается цифровое телевидение от аналогового: преимущества и отличия кабельного от цифрового ТВ

1 октября 1931 года советские газеты сообщили о начале регулярных передач «движущихся изображений», которые начал Московский радиотехнический узел. Эту дату можно назвать точкой отсчета отечественного телевидения. В то время на всю Москву приходилось всего 30 телевизоров. И они были самодельными. Кстати, термина «телезрители» в то время еще на знали. Тех, кто смотрел трансляции, называли радиозрителями. Так что шутливое выражение «смотреть радио», знакомое с детства, не такое уж и шутливое.

А уже в 1939 году начал работу целый телецентр (в Шаболовке). Так по стране начало распространяться аналоговое телевидение. Сегодня его активно теснит цифровое. И на то есть свои причины. Специалисты «Телеком-Сервис» подготовили сравнение этих 2 технологий, чтобы вы смогли разобраться, чем отличается аналоговое телевидение от цифрового, и понять, почему будущее за вторым. Разбирать плюсы и минусы каждого варианта лучше, опираясь на конкретные характеристики и случаи. Именно такой подход мы и выбрали.

Что такое аналоговое телевидение, и как оно «доставляется» потребителям?

Начнем с того, что зрение, слух, вкус и прочие ощущения, которые испытывает человек — это аналоговые сигналы. В природе вся информация передается только с их помощью. Телевизионный аналоговый сигнал «доставляется» с помощью электромагнитной волны (знакомая всем со школы синусоида). Ее амплитуда меняется в зависимости от того, какая в данный момент передается информация (см. рисунок).

Например, если это синусоида, отвечающая за цвет изображения, то, к примеру, зеленый будет соответствовать одной амплитуде, красный — второй, синий — третей и т.д. Так же дела обстоят со звуком и другими составляющими телевизионного сигнала.

ГЛАВНОЕ ОТЛИЧИЕ аналогового телевизионного сигнала — его постоянное наличие (непрерывность во времени). Т.е. он есть всегда. Даже если амплитуда равна 0, сигнал присутствует. Это в том числе и рождает один из минусов такой технологии. О нем поговорим ниже при сравнении с «цифрой». Передача такого сигнала может осуществляться при помощи радиоволн («по воздуху») или по кабелю.

Цифровое телевидение. В чем его отличие?

Глвное отличие отличается цифрового телевидения от аналогового заключается в том, что сигнал в определенный момент времени либо есть («1»), либо его нет («0»). Т.е. информация передается все теми же радиоволнами (или по кабелю), но это уже не синусоида, а набор ноликов и единичек. Данные зашифровываются не при помощи уровня напряжения, а за счет набора этих самых «1» и «0» (можно провести аналогию с азбукой Морзе, в которой определенная комбинация точек и тире несет определенный смысл).

Причем получается такой сигнал все равно из аналогового. Например, как ни крути, но звук — изначально это аналоговый сигнал. Чтобы передать его в «цифре», требуется:

• «Разбить» синусоиду на множество небольших участков (этот процесс называется дискретизацией). Чем меньше длительность такого участка, тем лучше.

• Округлить полученные амплитуды участков к какому-то ближайшему значению, чтобы уровни в начале и конце каждого из них были одинаковыми. Этот процесс называется квантованием. После него сигнал представляется в форме «лестницы».

• Представить каждый из полученных уровней (отрезков) в виде набора единичек и ноликов (кодирование). И уже в таком виде сигнал передается в эфир.

Все эту работу выполняет АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). После получения такого сигнала, чтобы увидеть картинку и услышать звук, требуется обратная операция — преобразование из цифрового вида в аналоговый. За это отвечает ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Такие устройства встроены в современные телевизоры или приставки, которые нужно покупать, чтобы смотреть цифровое телевидение на более старых телеприемниках. Что дает такой подход? Давайте разберемся, сравнив «цифру» и аналоговый телевизионный сигнал по конкретным параметрам.

Каковы преимущества цифрового телевидения и есть ли они у аналогового?

Итак, аналоговый сигнал распространяется без какого-то «хитрого» кодирования. Вся информация зашифрована в амплитуде несущей волны. А на эту амплитуду оказывает влияние множество факторов:

• Рельеф местности. Волны могут переотражаться, накладываться друг на друга и пр.
• Электромагнитные помехи от электронных устройств.
• Наводки от других передач в соседнем диапазоне и множество других факторов.

В результате этого амплитуда сигнала может меняться. И он доходит до потребителя с искажениями. Кроме того, сигналы при передаче на большое расстояние нужно усиливать (при помощи ретрансляторов). В случае с аналоговой передачей вместе с полезным сигналом усиливаются и помехи, которые могут оказывать на него влияние.

А еще, как мы отмечали выше, эта технология предполагает непрерывную по времени передачу. Можно сравнить с потоком воды из крана. Стоит перекрыть его на время, и определенная часть информации просто не дойдет до пользователя. Как избежать этого? Как вариант — передавать сигнал через кабель. Да, помехи есть и здесь. Но их значительно меньше, чем при передаче «по воздуху».

Преимущества цифрового телевидения следующие:

• Закодированный сигнал доходит до потребителя в неизменном виде. Здесь уже нет привязки к амплитуде и прочим факторам — сколько ноликов и единичек отправили, столько пользователь и получил. Это обеспечивает стабильно высокое качество звука и картинки.
• Эффективная борьба с потерями информации. Используем все ту же аналогию со струей воды. Даже если «поток» на время перекрыть, потерянные данные дойдут до пользователя. Это обеспечивается за счет использования эффективных технологий кодирования/декодирования с проверкой контрольных сумм и других решений.
• На одной частоте можно передавать несколько каналов. Аналоговый сигнал «сел» на определенную синусоиду, и «посадить» на нее другой канал не получится (т.к. информация передается при помощи изменения амплитуды). В случае же с «цифрой» единички и нолики от одного источника могут «разбавляться» пакетами данных от другого.
• Возможность использования множества дополнительных опций. Среди них программа передач, доступ в интернет, запись, перемотка и пр.

Так почему же от аналогового ТВ не отказались полностью?

«Цифра» активно завоевывает позиции, вытесняя аналоговое ТВ. Но последнее еще не исчезло полностью (и исчезнет не скоро). Дело в том, что зона покрытия цифрового вещания еще недостаточно обширная. И в отдаленные районы «цифра» придет еще не скоро. А в некоторые может и не прийти — дело в затратах на организацию вещания (в ряде случаев они будут неоправданными). За время «господства» аналогового ТВ (на протяжении нескольких десятилетий) под него была создана мощная разветвленная инфраструктура. И там, куда еще пока не пришла «цифра», некоторое время будет работать аналоговое ТВ (пусть даже и кабельное, а не эфирное, передающееся «по воздуху»). И сколько это продлится, сказать никто не возьмется.

Как смотреть цифровое ТВ?

Если у вас современный телевизор, проблем никаких не возникнет. Подключаете кабель к устройству и вперед. Если же ТВ старый, без встроенного АЦП, каких-то сверхсложностей тоже возникнуть не должно. Потребуется только купить специальную приставку. Она будет декодировать цифровой сигнал в «понятный» для телевизора аналоговый вид.

Аналоговые и цифровые сигналы: использование, преимущества и недостатки | Статья

.

Получайте ценные ресурсы прямо на ваш почтовый ящик — рассылается один раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Сигнал — это электромагнитный или электрический ток, который переносит данные из одной системы или сети в другую. В электронике сигнал часто представляет собой изменяющееся во времени напряжение, которое также является электромагнитной волной, несущей информацию, хотя он может принимать другие формы, например ток.В электронике используются два основных типа сигналов: аналоговые и цифровые. В этой статье обсуждаются соответствующие характеристики, использование, преимущества и недостатки, а также типичные применения аналоговых и цифровых сигналов.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал изменяется во времени и обычно привязан к диапазону (например, от +12 В до -12 В), но в этом непрерывном диапазоне существует бесконечное количество значений. Аналоговый сигнал использует данное свойство среды для передачи информации о сигнале, например, электричество, движущееся по проводу.В электрическом сигнале напряжение, ток или частота сигнала могут изменяться для представления информации. Аналоговые сигналы часто представляют собой рассчитанные реакции на изменения света, звука, температуры, положения, давления или других физических явлений.

При построении графика зависимости напряжения от времени аналоговый сигнал должен давать плавную и непрерывную кривую. Не должно быть никаких дискретных изменений значений (см. Рисунок 1) .

Рисунок 1: Аналоговый сигнал

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал — это сигнал, который представляет данные как последовательность дискретных значений.Цифровой сигнал может принимать только одно значение из конечного набора возможных значений в данный момент времени. В случае цифровых сигналов физическая величина, представляющая информацию, может быть различной:

• Переменный электрический ток или напряжение
• Фаза или поляризация электромагнитного поля
• Акустическое давление
• Намагничивание магнитного носителя информации

Цифровые сигналы используются во всей цифровой электронике, включая вычислительное оборудование и устройства передачи данных.При нанесении на график зависимости напряжения от времени цифровые сигналы имеют одно из двух значений и обычно находятся в диапазоне от 0 В до VCC (обычно 1,8 В, 3,3 В или 5 В) (см. Рисунок 2) .

Аналоговая электроника

Большинство основных электронных компонентов — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и операционные усилители (операционные усилители) — по своей сути являются аналоговыми компонентами. Схемы, построенные из комбинации этих компонентов, представляют собой аналоговые схемы (см. Рисунок 3) .

Рисунок 3: Аналоговая схема

Аналоговые схемы могут иметь сложную конструкцию с несколькими компонентами или могут быть простыми, например, двумя резисторами, образующими делитель напряжения. Как правило, аналоговые схемы проектировать сложнее, чем цифровые схемы, выполняющие ту же задачу. Для разработки аналогового радиоприемника или аналогового зарядного устройства для батареи потребуется проектировщик, знакомый с аналоговыми схемами, поскольку для упрощения этих конструкций были приняты цифровые компоненты.

Аналоговые схемы обычно более восприимчивы к шуму, а «шум» — это любые небольшие нежелательные изменения напряжения.Небольшие изменения уровня напряжения аналогового сигнала могут привести к значительным ошибкам при обработке.

Аналоговые сигналы обычно используются в системах связи, которые передают голос, данные, изображение, сигнал или видеоинформацию с использованием непрерывного сигнала. Существует два основных типа аналоговой передачи, которые основаны на том, как они адаптируют данные для комбинирования входного сигнала с сигналом несущей. Двумя методами являются амплитудная модуляция и частотная модуляция. Амплитудная модуляция (AM) регулирует амплитуду несущего сигнала.Частотная модуляция (FM) регулирует частоту несущего сигнала. Аналоговая передача может быть достигнута многими способами:

1. Через витую пару или коаксиальный кабель
2. Через оптоволоконный кабель
3. По радио
4. По воде

Подобно тому, как человеческое тело использует глаза и уши для захвата сенсорной информации, аналоговые схемы используют эти методологии для взаимодействия с реальным миром, а также для точного захвата и обработки этих сигналов в электронике.

MPS производит множество аналоговых ИС и компонентов, таких как MP2322, синхронный понижающий преобразователь с низким I _Q в крошечном корпусе QFN размером 1,5 x 2 мм.

Цифровая электроника

Цифровые схемы реализуют такие компоненты, как логические вентили или более сложные цифровые ИС. Такие ИС представлены прямоугольниками с выходящими из них выводами (см. Рисунок 4) .

Рисунок 4: Цифровая схема

Цифровые схемы обычно используют двоичную схему.Хотя значения данных представлены только двумя состояниями (0 и 1), более крупные значения могут быть представлены группами двоичных битов. Например, в 1-битной системе 0 представляет значение данных 0, а 1 представляет значение данных 1. Однако в 2-битной системе 00 представляет 0, 01 представляет 1, 10 представляет 2, а 11 представляет 3. В 16-битной системе наибольшее число, которое может быть представлено, равно 216 или 65 536. Эти группы битов могут быть захвачены либо как последовательность последовательных битов, либо через параллельную шину.Это позволяет легко обрабатывать большие потоки данных.

В отличие от аналоговых схем, наиболее полезные цифровые схемы являются синхронными, что означает наличие опорных часов для координации работы схемных блоков, поэтому они работают предсказуемым образом. Аналоговая электроника работает асинхронно, то есть обрабатывает сигнал по мере его поступления на вход.

В большинстве цифровых схем для обработки данных используется цифровой процессор. Это может быть простой микроконтроллер (MCU) или более сложный процессор цифровых сигналов (DSP), который может фильтровать и обрабатывать большие потоки данных, например видео.

Цифровые сигналы обычно используются в системах связи, где цифровая передача может передавать данные по каналам передачи «точка-точка» или «точка-многоточка», таким как медные провода, оптические волокна, средства беспроводной связи, носители данных или компьютерные шины. Передаваемые данные представлены в виде электромагнитного сигнала, например микроволнового, радиоволны, электрического напряжения или инфракрасного сигнала.

В общем, цифровые схемы легче спроектировать, но они часто стоят дороже, чем аналоговые схемы, предназначенные для тех же задач.

Каталог цифровых компонентов

MPS включает MP2886A, цифровой многофазный ШИМ-контроллер с интерфейсом PWM-VID, совместимый со спецификацией NVIDIA Open VReg.

Преобразование аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) сигнала

Многие системы должны обрабатывать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Во многих системах связи обычно используется аналоговый сигнал, который действует как интерфейс для среды передачи для передачи и приема информации.Эти аналоговые сигналы преобразуются в цифровые, которые фильтруют, обрабатывают и сохраняют информацию.

На рисунке 5 показана общая архитектура, в которой аналоговый РЧ-интерфейс (AFE) состоит из всех аналоговых блоков для усиления, фильтрации и усиления аналогового сигнала. Между тем, секция процессора цифровых сигналов (DSP) фильтрует и обрабатывает информацию. Для преобразования сигналов из аналоговой подсистемы в цифровую подсистему в тракте приема (RX) используется аналого-цифровой преобразователь (ADC).Для преобразования сигналов из цифровой подсистемы в аналоговую подсистему в тракте передачи (TX) используется цифро-аналоговый преобразователь (DAC).

Рисунок 5: Система связи с аналоговыми и цифровыми подсистемами

Цифровой сигнальный процессор (DSP) — это специализированная микросхема микропроцессора, которая выполняет операции цифровой обработки сигналов. DSP изготавливаются на интегральных схемах MOSFET и широко используются в обработке аудиосигналов, телекоммуникациях, цифровой обработке изображений, телевизионных продуктах высокой четкости, обычных бытовых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, и во многих других важных приложениях.

DSP используется для измерения, фильтрации или сжатия непрерывных реальных аналоговых сигналов. Выделенные DSP часто имеют более высокую энергоэффективность, что делает их пригодными в портативных устройствах из-за ограничений по энергопотреблению. Большинство микропроцессоров общего назначения также могут выполнять алгоритмы цифровой обработки сигналов.

Работа АЦП

Рисунок 6 показывает работу АЦП. На вход поступает аналоговый сигнал, который обрабатывается схемой удержания выборки (S / H) для создания приближенного цифрового представления сигнала.Амплитуда больше не имеет бесконечных значений и была «квантована» до дискретных значений в зависимости от разрешения АЦП. АЦП с более высоким разрешением будет иметь более мелкие размеры шага и более точно представлять входной аналоговый сигнал. Последний каскад АЦП кодирует оцифрованный сигнал в двоичный поток битов, который представляет амплитуду аналогового сигнала. Цифровой вывод теперь можно обрабатывать в цифровом виде.

Рисунок 6: Типичная архитектура АЦП для преобразования аналогового сигнала в цифровой

Работа ЦАП

ЦАП обеспечивает обратную работу.Вход DAC представляет собой двоичный поток данных из цифровой подсистемы и выводит дискретное значение, которое аппроксимируется как аналоговый сигнал. По мере увеличения разрешения ЦАП выходной сигнал все больше приближается к истинному плавному и непрерывному аналоговому сигналу (см. Рисунок 7). Обычно в цепи аналогового сигнала есть постфильтр для дальнейшего сглаживания формы волны.

Рисунок 7: 6-битный ЦАП для цифро-аналогового преобразования сигнала

Как упоминалось ранее, многие системы, используемые сегодня, представляют собой «смешанные сигналы», что означает, что они полагаются как на аналоговые, так и на цифровые подсистемы.Эти решения требуют, чтобы АЦП и ЦАП преобразовывали информацию между двумя доменами.

Сравнение цифровых сигналов и аналоговых сигналов: преимущества и недостатки

Как и в большинстве инженерных тем, у аналоговых и цифровых сигналов есть свои плюсы и минусы. Конкретное приложение, требования к производительности, среда передачи и операционная среда могут определять, следует ли использовать аналоговую или цифровую сигнализацию (или их комбинацию).

Цифровые сигналы: преимущества и недостатки

Преимущества использования цифровых сигналов, включая цифровую обработку сигналов (DSP) и системы связи, включают следующее:

• Цифровые сигналы могут передавать информацию с меньшим шумом, искажениями и помехами.
• Цифровые схемы можно легко воспроизводить в массовых количествах при сравнительно небольших затратах.
• Цифровая обработка сигналов более гибкая, поскольку операции DSP можно изменять с помощью систем с цифровым программированием.
• Цифровая обработка сигналов более безопасна, поскольку цифровая информация может быть легко зашифрована и сжата.
• Цифровые системы более точны, и вероятность появления ошибки можно снизить за счет использования кодов обнаружения и исправления ошибок.
• Цифровые сигналы можно легко сохранить на любых магнитных или оптических носителях с использованием полупроводниковых микросхем.
• Цифровые сигналы могут передаваться на большие расстояния.

Недостатки использования цифровых сигналов, включая систему цифровой обработки сигналов (DSP) и системы связи, включают следующее:

• Для цифровой связи требуется более широкая полоса пропускания по сравнению с аналоговой передачей той же информации.
• DSP обрабатывает сигнал на высоких скоростях и содержит больше внутренних аппаратных ресурсов.Это приводит к более высокому рассеянию мощности по сравнению с обработкой аналогового сигнала, которая включает пассивные компоненты, потребляющие меньше энергии.
• Цифровые системы и обработка обычно более сложные.

Аналоговые сигналы: преимущества и недостатки

Преимущества использования аналоговых сигналов, включая системы обработки аналоговых сигналов (ASP) и системы связи, включают следующее:

• Аналоговые сигналы легче обрабатывать.
• Аналоговые сигналы лучше всего подходят для передачи аудио и видео.
• Аналоговые сигналы имеют гораздо более высокую плотность и могут предоставлять более точную информацию.
• Аналоговые сигналы используют меньшую полосу пропускания, чем цифровые сигналы.
• Аналоговые сигналы обеспечивают более точное представление изменений физических явлений, таких как звук, свет, температура, положение или давление.
• Аналоговые системы связи менее чувствительны с точки зрения электрических допусков.

Недостатки использования аналоговых сигналов, включая системы обработки аналоговых сигналов (ASP) и системы связи, включают следующее:

• Передача данных на большие расстояния может привести к нежелательным помехам сигнала.
• Аналоговые сигналы склонны к потере генерации.
• Аналоговые сигналы подвержены шумам и искажениям, в отличие от цифровых сигналов, которые имеют гораздо более высокую устойчивость.
• Аналоговые сигналы обычно имеют более низкое качество, чем цифровые сигналы.

Аналоговые и цифровые сигналы: системы и приложения

В традиционных аудиосистемах и системах связи используются аналоговые сигналы. Однако с развитием технологий обработки кремния, возможностей цифровой обработки сигналов, алгоритмов кодирования и требований к шифрованию — в дополнение к увеличению эффективности использования полосы пропускания — многие из этих систем стали цифровыми.Они по-прежнему являются некоторыми приложениями, в которых аналоговые сигналы имеют устаревшее использование или преимущества. Большинство систем, которые взаимодействуют с реальными сигналами (такими как звук, свет, температура и давление), используют аналоговый интерфейс для захвата или передачи информации. Несколько приложений аналогового сигнала перечислены ниже:

• Запись и воспроизведение аудиозаписей
• Датчики температуры
• Датчики изображения
• Радиосигналы
• Телефоны
• Системы управления

MPS предлагает широкий ассортимент аналоговых компонентов, включая MP2322, MP8714, MP2145 и MP8712.

Хотя многие оригинальные системы связи использовали аналоговую сигнализацию (телефоны), современные технологии используют цифровые сигналы из-за их преимуществ в отношении помехоустойчивости, шифрования, эффективности использования полосы пропускания и возможности использования ретрансляторов для передачи на большие расстояния. Несколько приложений цифрового сигнала перечислены ниже:

• Системы связи (широкополосная, сотовая)
• Сеть и передача данных
• Цифровые интерфейсы для программирования

Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше о цифровых компонентах MPS, таких как MP2886A, MP8847, MP8868, MP8869S и MP5416.

Заключение

В этой статье представлены некоторые основные концепции аналоговых и цифровых сигналов и их использование в электронике. У каждой технологии есть явные преимущества и недостатки, и знание потребностей вашего приложения и требований к производительности поможет вам определить, какой сигнал (ы) выбрать.

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Получить техническую поддержку

Преимущества и недостатки цифровых сигналов

Преимущества и недостатки цифровых сигналов

Сигнал — это электромагнитный или электрический ток, который переносит данные из одной системы или сети в другую.В электронике используются два основных типа сигналов: аналоговые и цифровые.

Цифровой сигнал:
Он может бороться только с одним среди жесткого и быстрого количества значений. Этот тип сигнала представляет собой истинное число в продолжающемся диапазоне значений. Цифровой сигнал может быть сигналом, который представляет данные как последовательность дискретных значений.

• Переменный электрический ток или напряжение.
• Фаза или поляризация электромагнитного поля.
• Акустическое давление.
• Намагничивание магнитных носителей информации.
• Цифровые сигналы используются во всей цифровой электронике, включая вычислительное оборудование и устройства передачи данных.

Ниже приведены основные характеристики цифровых сигналов.

• Цифровой сигнал — это непрерывный сигнал.
• Этот тип электронных сигналов часто обрабатывается и передается лучше, чем аналоговый сигнал.
• Цифровые сигналы универсальны, поэтому они широко используются.
• Точность цифрового сигнала лучше, чем у аналогового сигнала.

Преимущества цифровых сигналов:
Вот плюсы / преимущества цифровых сигналов.

• Цифровые данные легко сжимаются.
• Оборудование, использующее цифровые сигналы, более распространено и менее дорогое.
• Эти сигналы избавляют движущиеся инструменты от ошибок.
• Вы можете редактировать звук, не изменяя первую копию.
• Цифровые сигналы могут передавать информацию с меньшим шумом, искажениями и помехами.
• Цифровые сигналы можно легко воспроизводить в массовых количествах при сравнительно небольших затратах.
• Поскольку операции DSP часто меняются, цифровая обработка сигналов более гибкая.
• Цифровая обработка сигналов более безопасна, поскольку цифровая информация часто легко шифруется и сжимается.
• Цифровые системы более точны, поэтому вероятность появления ошибки часто снижается за счет использования кодов обнаружения и исправления ошибок.
• Цифровые сигналы часто легко сохраняются на любых магнитных или оптических носителях с использованием полупроводниковых микросхем.
• Цифровые сигналы могут передаваться на большие расстояния.

Недостаток цифровых сигналов:

• Выборка может вызвать потерю информации.
• A / D и D / A требуют оборудования для смешанных сигналов.
• Скорость процессора ограничена.
• Выявить ошибки квантования и округления.
• Системы и обработка более сложные.
• Для передачи данных требуется более широкая полоса пропускания по сравнению с аналоговой передачей эквивалентной информации.
• Цифровые системы и обработка обычно более сложные.

Аналоговые и цифровые: в чем разница?

Подробности

Последнее обновление: 26 марта 2021 г.

Что такое Signal?

Сигнал — это электромагнитный или электрический ток, который используется для передачи данных из одной системы или сети в другую.Сигнал — это функция, которая передает информацию о явлении.

В электронике и телекоммуникациях это относится к любому изменяющемуся во времени напряжению, которое представляет собой электромагнитную волну, несущую информацию. Сигнал также можно определить как наблюдаемое изменение качества, например количество

В этом руководстве вы узнаете:

Что такое аналоговый сигнал?

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал — это непрерывный сигнал, в котором одна изменяющаяся во времени величина представляет другую переменную, зависящую от времени.Такие сигналы работают с физическими величинами и природными явлениями, такими как землетрясение, частота, вулкан, скорость ветра, вес, освещение и т. Д.

Что такое цифровой сигнал?

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал — это сигнал, который используется для представления данных в виде последовательности отдельных значений в любой момент времени. Он может принимать только одно из фиксированного числа значений. Этот тип сигнала представляет собой действительное число в постоянном диапазоне значений.

КЛЮЧЕВЫЕ ОТЛИЧИЯ:

• Аналоговый сигнал — это непрерывный сигнал, тогда как цифровые сигналы — это сигналы, разделенные по времени.
• Аналоговый сигнал обозначается синусоидальными волнами, тогда как он обозначается прямоугольными волнами.
• Аналоговый сигнал использует непрерывный диапазон значений, которые помогают вам представлять информацию, с другой стороны, цифровой сигнал использует дискретные 0 и 1 для представления информации.
• Ширина полосы аналогового сигнала мала, тогда как ширина полосы цифрового сигнала высока.
• Аналоговые приборы дают значительные ошибки наблюдений, тогда как цифровые приборы никогда не вызывают каких-либо ошибок наблюдений.
• Аналоговое оборудование никогда не предлагает гибкой реализации, но цифровое оборудование предлагает гибкость в реализации.
• Аналоговые сигналы подходят для передачи аудио и видео, а цифровые сигналы подходят для вычислительной техники и цифровой электроники.

Характеристики аналогового сигнала

Вот основные характеристики аналогового сигнала

• Эти типы электронных сигналов изменяются во времени
• Минимальные и максимальные значения, которые могут быть положительными или отрицательными.
• Может быть периодическим или непериодическим.
• Аналоговый сигнал работает с непрерывными данными.
• Точность аналогового сигнала невысока по сравнению с цифровым сигналом.
• Помогает измерять натуральные или физические значения.
• Форма выходного аналогового сигнала похожа на кривую, линию или график, поэтому она может не иметь смысла для всех.

Характеристики цифровых сигналов

Вот основные характеристики цифровых сигналов

• Цифровой сигнал — это непрерывные сигналы
• Этот тип электронных сигналов может обрабатываться и передаваться лучше по сравнению с аналоговым сигналом.
• Цифровые сигналы универсальны, поэтому широко используются.
• Точность цифрового сигнала лучше, чем у аналогового сигнала.

Разница между аналоговым и цифровым сигналами

Вот важные различия между аналоговым и цифровым сигналами:

Аналоговый	Цифровой
Аналоговый сигнал — это непрерывный сигнал, представляющий физические измерения.	Цифровые сигналы — это разделенные по времени сигналы, которые генерируются с использованием цифровой модуляции.
Обозначается синусоидальными волнами	Обозначается прямоугольными волнами
Он использует непрерывный диапазон значений, которые помогают вам представлять информацию.	Цифровой сигнал использует дискретные 0 и 1 для представления информации.
Датчики температуры, радиосигналы FM, фотоэлементы, датчик освещенности, резистивный сенсорный экран являются примерами аналоговых сигналов.	Компьютеры, CD, DVD — некоторые примеры цифрового сигнала.
Низкая ширина полосы аналогового сигнала	Высокая ширина полосы цифрового сигнала.
Аналоговые сигналы ухудшаются из-за шума во время передачи, а также во время цикла записи / чтения.	Относительно помехоустойчивая система без ухудшения во время процесса передачи и цикла записи / чтения.
Аналоговое оборудование никогда не предлагает гибкой реализации.	Цифровое оборудование обеспечивает гибкость в реализации.
Подходит для передачи аудио и видео.	Подходит для вычислительной и цифровой электроники.
Обработка может выполняться в реальном времени и требует меньшей полосы пропускания по сравнению с цифровым сигналом.	Это никогда не дает гарантии, что цифровая обработка сигнала может выполняться в реальном времени.
Аналоговые инструменты обычно имеют шкалу, которая ограничена на нижнем конце и дает значительные ошибки наблюдений.	Цифровые приборы никогда не вызывают ошибок в наблюдениях.
Аналоговый сигнал не имеет фиксированного диапазона.	Цифровой сигнал имеет конечное число, то есть 0 и 1.

Преимущества аналоговых сигналов

Вот преимущества / преимущества аналоговых сигналов

• Простота обработки
• Лучше всего подходит для передачи аудио и видео.
• Отличается невысокой стоимостью и портативна.
• Он имеет гораздо более высокую плотность, поэтому может представлять более точную информацию.
• Не нужно покупать новую графическую плату.
• Использует меньшую полосу пропускания, чем цифровые звуки.
• Обеспечивает более точное представление звука.
• Это естественная форма звука.

Преимущества цифровых сигналов

Вот плюсы / преимущества цифровых сигналов:

• Цифровые данные можно легко сжать.
• Любая информация в цифровом виде может быть зашифрована.
• Оборудование, использующее цифровые сигналы, более распространено и менее дорогое.
• Цифровой сигнал избавляет работающие инструменты от ошибок наблюдения, таких как ошибки параллакса и приближения.
• Доступно множество инструментов для редактирования
• Вы можете редактировать звук, не изменяя исходную копию
• Легко передавать данные по сети

Недостатки аналоговых сигналов

Вот минусы / недостатки аналоговых сигналов:

• Аналоговый, как правило, имеет более низкое качество сигнала, чем цифровой.
• Кабели чувствительны к внешним воздействиям.
• Аналоговый провод стоит дорого, и его сложно переносить.
• Низкая доступность моделей с цифровыми интерфейсами.
• Запись аналогового звука на ленту обходится довольно дорого, если лента повреждена
• Она имеет ограничения при редактировании
• Ленту становится все труднее найти
• Синхронизировать аналоговый звук довольно сложно
• Качество легко теряется
• Данные могут повреждены
• Множество записывающих устройств и форматов, которые могут сбивать с толку при хранении цифрового сигнала
• Цифровые звуки могут обрезать аналоговую звуковую волну, что означает, что вы не можете получить идеальное воспроизведение звука
• Предлагает плохую многопользовательскую интерфейсы

Недостаток цифровых сигналов

• Выборка может вызвать потерю информации.
• A / D и D / A требуют оборудования со смешанными сигналами
• Скорость процессора ограничена
• Ошибка квантования и округления
• Требуется большая полоса пропускания
• Системы и обработка более сложны.

Преимущества и преимущества цифровой обработки сигналов

В стремлении к повышению производительности, гибкости, конфигурируемости, связи, а также удаленного мониторинга и управления промышленность силовой электроники все чаще переходит от аналоговых преобразователей мощности к цифровым, особенно когда требуется выходная мощность с высокой плотностью.

Многие критически важные операции в аэрокосмической и оборонной промышленности, а также некоторые промышленные приложения требуют высокой выходной мощности в несколько киловаттном диапазоне. Учитывая критически важный характер этих приложений и чрезвычайно суровые условия, в которых они должны работать, эти преобразователи мощности также должны выдерживать жесткую вибрацию, удары, электромагнитные помехи, влажность и другие параметры окружающей среды, не ломаясь.

Для выполнения всех этих требований часто требуется индивидуальное решение от разработчика преобразователя мощности, обладающего знаниями в области технологий цифровой обработки сигналов (DSP), а также военных и аэрокосмических спецификаций и стандартов высокой надежности (hi-rel).

«Обычно вы не просто идете в каталог и не выбираете что-то, что обеспечит вам мощность в 50 000 Вт. Практически все делается на заказ в этой сфере », — сказал Камран Казем, вице-президент и главный технический директор компании Magnetic Design Labs (MDL), которая разрабатывает и производит аналоговые и цифровые коммутационные и линейные источники питания, инверторы постоянного и переменного тока и постоянного тока. конвертеры.

По словам Казема, цифровые силовые устройства способны работать в очень широком рабочем диапазоне, требуют небольшого количества внешних компонентов, просты в обмене данными и обеспечивают некоторую степень гибкости в управлении, ранее недоступную для аналоговых технологий.

«Основная причина перехода на цифровое вместо аналогового заключается в том, что почти все можно довольно легко настроить с помощью всего лишь небольшого количества кода», — говорит Казем. «Принимая во внимание, что с аналоговым типом преобразователя, когда он спроектирован, довольно сложно изменить или получить от него какую-либо дополнительную информацию, а связь в реальном времени отсутствует».

Цифровая обработка сигналов (DSP) также намного точнее аналоговой. Настройки не меняются со временем и изменениями температуры, так как они контролируются только часами DSP и программным обеспечением, а не значениями конденсаторов или резисторов, которые изменяются в зависимости от температуры и времени.

«Возможно, наиболее важной особенностью цифрового преобразователя является его гибкость», — сказал Казем. Цифровые преобразователи мощности предлагают набор программируемых параметров, включая настройки выходного напряжения, выходной ток, точку срабатывания ограничения тока, процедуры последовательного включения питания, запас напряжения и несколько пороговых значений для предупреждений и состояний неисправности для перегрузки по току, перегрева, а также пониженного и повышенного напряжения. Условия сбоя и энергопотребление также могут быть сохранены в энергонезависимой флэш-памяти для последующего вызова.

Дизайнеры могут запрограммировать любой из этих параметров в любой момент в течение жизненного цикла продукта. Эти и другие изменения функций или функций часто просто требуют обновления флэш-памяти и даже могут быть обновлены удаленно через Интернет. В случае аналоговых изменений аналогичные параметры или функции требуют изменения деталей (оборудования), а также часто требуют новой печатной платы.

Связь в реальном времени для мониторинга и диагностики — еще одно важное преимущество. Устройства цифрового преобразования энергии могут быть связаны с существующими сетевыми системами, а также с коммуникационными процессорами и информацией, используемой для мониторинга и управления выходом.

Несмотря на эти и другие преимущества технологии DSP, для большинства инженеров основным недостатком цифрового преобразования энергии является кривая обучения, которую требует технология.

«Для успешного проектирования цифрового управления аналоговыми сигналами с использованием процессора DSP», — сказал Казем.

Казем добавляет, что, несмотря на отличные инструменты программирования и отладки от поставщиков микросхем DSP, эти инструменты могут быть очень сложными для неопытного дизайнера.

«Дизайнеры, которые привыкли работать в аналоговой области, могут войти в сложное приложение DSP и обнаружить, что выполнение работы занимает слишком много времени или становится слишком сложно», — сказал Казем.

Приложения с высокой надежностью

Помимо DSP, многие критически важные электронные устройства, используемые в военных и аэрокосмических приложениях, должны быть спроектированы таким образом, чтобы удовлетворять строгим требованиям к надежности и надежности.

Hi-rel определяется как вероятность безотказной работы в указанных условиях, обычно в течение определенного интервала времени.Эти электронные системы, вплоть до технологии компонентного уровня, должны работать в течение многих лет без сбоев, часто без возможности ремонта, и работать при температурах от -55 до + 85 ° C.

Боб Зайденберг, бывший менеджер по контролю качества в компании BAE Systems, описывает важность высоконадежных и защищенных цифровых инверторов, которые были установлены в M1068, варианте командной связи семейства бронетранспортеров (БТР) армии США M113.BAE Systems разрабатывает и производит электронные системы и подсистемы для коммерческого и военного применения.

Оригинальный БТР M113 произвел революцию в мобильных военных операциях, когда впервые был введен в действие во Вьетнаме. На сегодняшний день около 80 000 M113, включая длинный список вариантов, были произведены и используются более чем в 50 странах мира, что делает их одной из наиболее широко используемых боевых бронированных машин всех времен.

За это время M113 постоянно обновлялся, чтобы соответствовать постоянно растущим требованиям современного поля боя.С тех пор семейство автомобилей M113 модернизируется, реконфигурируется и вводится как совершенно новые системы, включая M1068.

Вариант M1068 используется в качестве тактического оперативного центра, способного поддерживать связь на большом расстоянии, и включает в себя вспомогательную силовую установку (APU) мощностью 4,2 кВт, установленную в правой передней части машины для обеспечения питания 24 В.

В рамках этого проекта компании BAE Systems потребовалось два высоконадежных, надежных инвертора синусоидальной волны мощностью 2500 Вт на каждый автомобиль для преобразования 24 В постоянного тока, вырабатываемого установленным на транспортном средстве APU, в полезные многокиловаттные уровни переменного тока для питания связи. устройства, освещение, компьютеры и другие электронные устройства.

Хотя более дорогие, чисто синусоидальные инверторы обеспечивают более чистую электроэнергию, пригодную для коммунального обслуживания, чем квазисинусоидальные модели. Инверторы с чистой синусоидой идеальны при работе с чувствительными электронными устройствами, включая оборудование связи, которым требуется высококачественная форма волны с небольшими гармоническими искажениями.

Кроме того, модели с чистой синусоидой обладают высокой импульсной способностью, что означает, что они могут превышать номинальную мощность в течение ограниченного времени. Это позволяет легко запускать двигатели транспортных средств, которые при запуске могут потреблять мощность, во много раз превышающую их номинальную.

Зайденберг объяснил, что инверторы мощностью 2500 Вт также должны отвечать некоторым требованиям к ударам и вибрации, которые могут быть выполнены только инверторами Hi-Rel.

«Требования к ударной нагрузке инверторов, установленных на M1068, были близки к 30 g в трех направлениях (вертикальном, горизонтальном и поперечном), и спектр вибрации также был очень требовательным, но MDL смогла удовлетворить эти требования с инновационная конструкция инвертора с синусоидальной волной, которая была в основном неразрушающей », — сказал Зайденберг.

По словам Казема из MDL, несмотря на требование 30 г для M1068, военные указали, что инверторы должны выдерживать 100 г . Судя по военным испытаниям, проведенным на пересеченной местности, максимальная масса шока составила 15 g . Тем не менее, MDL смогла поставить чистые синусоидальные инверторы мощностью 2500 Вт, которые соответствовали требованиям, подтвержденным независимой испытательной лабораторией.

«У военных есть ряд требований, которым мы должны были следовать, — сказал Зайденберг.«Поэтому, естественно, нашему поставщику пришлось уделить много внимания этим требованиям и обеспечить их выполнение в соответствии с условиями применения».

Казем считает, что высоконадежные электронные системы и компоненты больше не являются исключительной областью аэрокосмической и оборонной промышленности. Сегодня медицина, транспорт, связь, инфраструктура и промышленность имеют приложения, в которых цена отказа высока.

«Эти силовые преобразователи могут не выдерживать таких же экстремальных условий, как военные, но вибрация, удары, влажность и другие проблемы окружающей среды по-прежнему являются факторами, поэтому потребность в надежных и надежных преобразователях мощности, безусловно, относится рынки тоже.

Модули

DSP

DSP также является ключевым элементом в новом поколении модульных, наращиваемых опций инверторов, разработанных для обеспечения диапазона от 1 до 20 кВт мощности постоянного / переменного тока через один настраиваемый блок.

Этот тип системы, доступный у специализированных разработчиков преобразователей мощности, таких как MDL, состоит из монтируемых в стойку инверторных модулей, которые могут быть объединены в стек в параллельной конфигурации, что позволяет пользователю добавлять столько инверторов, сколько необходимо для удовлетворения требований к питанию.

Каждый блок подключается к контроллеру связи, который отвечает за синхронизацию, распределение нагрузки и любые внешние коммуникации.Индивидуальные инверторы поддерживают горячую замену, что позволяет добавлять или заменять модули на лету.

«Этот тип модульной конструкции предоставляет менеджерам проектов систему, которая соответствует их требованиям к питанию, без необходимости разрабатывать новое устройство только для их конкретного проекта», — сказал Казем. «Это устраняет необходимость во многих конструкциях для конкретных приложений, а также может обеспечить более быструю доставку преобразователя мощности по гораздо более экономичным ценам».

Продолжить чтение »

Что такое цифровые сигналы и аналоговые сигналы — преимущества цифровых методов | by Short Note

Мы хорошо знакомы с аналоговыми сигналами.Показания подвижной катушки или подвижного железного вольтметра и амперметра, ваттметра динамометра и т. Д. Являются аналоговыми величинами. След на экране CRO также является аналоговым.

Аналоговые методы для систем связи используются давно. Мультиплексирование с частотным разделением — это средство аналоговой связи. Электронный усилитель представляет собой аналоговую схему.

Аналоговый сигнал низкого уровня (аудио, видео и т. Д.) Усиливается для придания мощности сигнала. Системы аналоговых цепей (управление положением, управление технологическим процессом) используются в течение последних многих десятилетий.Аналоговые компьютеры используют напряжения, сопротивления и потенциометрические вращения для представления чисел и выполнения арифметических операций. Также выполняется аналоговое дифференцирование, интегрирование и т. Д.

Операционный усилитель — это очень универсальная аналоговая электронная схема, используемая для выполнения множества операций (сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень, дифференцирование, интегрирование и т. Д.). Аналоговые интегральные схемы широко используются в электронной промышленности.

Термин «цифровой» происходит от цифр.Любое устройство или система, которая работает с цифрами, является цифровым устройством или системой. Цифровой вольтметр показывает значение напряжения в виде цифр, например 230,25. Чтение аналогового прибора приводит к человеческой ошибке и требует больше времени. Цифровое считывание более точное, исключает человеческую ошибку и может считываться быстро.

Системы связи также стали цифровыми. Форма исходного сигнала всегда аналоговая. Для использования цифровой передачи производится дискретизация формы сигнала и передается цифровое представление.Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму также известен как оцифровка. Для нескольких каналов передачи используется мультиплексирование с временным разделением.

Цифровые системы управления быстро заменяют аналоговые системы управления. В цифровых системах управления ошибка выражается в виде цифровых импульсов.

Цифровые компьютеры произвели революцию в концепции компьютеров. Их возможности варьируются от простых вычислений до сложных вычислений с использованием численных методов. Многие вычислительные задачи, требующие часов и дней, на цифровых компьютерах занимают всего несколько минут.

Цифровая обработка сигналов связана с представлением непрерывных (аналоговых) сигналов в цифровой форме. Он основан на теореме выборки Клода Шеннона (выборка выполняется для преобразования аналогового сигнала в цифровой). В ней говорится, что «ограниченный по полосе непрерывный сигнал может быть полностью восстановлен из последовательности выборок, взятых с интервалами менее 1 / 2fN, где fN — самая высокая частота, присутствующая в сигнале ». Важно, чтобы аналоговый сигнал был ограничен по полосе частот, что ограничивает его возможность изменения между выборками.Частота дискретизации была слишком высокой для обеспечения точности.

Поскольку исходный сигнал всегда является аналоговым, а конечный требуемый сигнал также в основном аналоговый, цифровая система требует трех основных аспектов (1) преобразование аналогового сигнала в цифровую форму (2) передача цифрового сигнала (3) восстановление сигнала аналоговый сигнал из принятого цифрового сигнала, как показано на рис. 1.1

Функция непрерывного времени x (t) преобразуется в цифровой сигнал x (n) аналого-цифровым (A / D) преобразователем.Выходной сигнал системы дискретного времени равен y (n) и преобразуется в функцию непрерывного времени с помощью цифроаналогового преобразователя. Система с дискретным временем в цифровой связи — это цифровой канал связи. Для достижения высокой точности частота дискретизации может быть очень высокой, скажем, 50000 отсчетов в секунду. Каждый отсчет может быть закодирован (скажем) 18 битами. Частота fs (на рис. 1.1) должна быть более чем в два раза fN максимальной частоты аналогового сигнала. Цифровые схемы очень крупномасштабной интеграции (СБИС) могут выполнять выборку с очень высокой скоростью, что обеспечивает высокую точность воспроизведения.

Микросхема DSP (цифровая обработка сигналов) является ядром цифровой системы, используемой в сотовых телефонах, модемах, дисковых накопителях, цифровых автомобильных системах и т. Д. Она была изобретена всего около 15 лет назад, но ее применение значительно расширилось.

1. Цифровые устройства работают только в двух состояниях (например, включено и выключено). Таким образом, их работа очень проста и надежна.
2. Цифровой дисплей очень точный и может считываться с высокой скоростью. Человеческая ошибка исключена.
3. Электронные компоненты демонстрируют изменение поведения из-за старения, изменения температуры окружающей среды и т. Д.Следовательно, поведение аналоговых схем имеет тенденцию быть несколько непредсказуемым. Однако цифровые схемы лишены этих дефектов.
4. Цифровые ИС очень дешевы и компактны.
5. Доступны различные цифровые ИС.
6. Потребляемая мощность цифровых схем очень низкая.
7. Цифровые системы обладают характерным преимуществом памяти. Таким образом, информация может храниться в течение определенного периода времени. Для этого этапа требуется очень мало места. На одном компакт-диске (CD) можно хранить информацию, содержащуюся во многих книгах.
8. Цифровые системы обладают высокой точностью воспроизведения и обеспечивают бесшумную работу.
9. За счет интеграции системных периферийных функций в микросхему DSP можно повысить надежность и снизить стоимость.
10. Когда объемы велики, их можно производить с низкими затратами.
11. Одна и та же цифровая система может использоваться с различным программным обеспечением для множества задач.
12. Стандартизация и повторяемость.

часть_2_ref_F

% PDF-1.6 % 222 0 объект > эндобдж 221 0 объект > эндобдж 216 0 объект > эндобдж 223 0 объект > поток 1996-09-03T18: 04: 05ZFrameMaker 5.5.6.2007-10-01T13: 34: 12-04: 002007-10-01T13: 34: 12-04: 00 Acrobat Distiller Command 3.01 для приложения Solaris 2.3 и более поздних версий (SPARC) / pdf

part_2_ref_F

uuid: 29bc1954-0349-47e1-adbf-3dcbb1fac6f1uuid: 56499ff4-005b-45ff-b118-b9bcf397abad конечный поток эндобдж 45 0 объект > эндобдж 217 0 объект [9 0 R] эндобдж 9 0 объект >>> эндобдж 10 0 obj > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 202 0 объект > эндобдж 196 0 объект > эндобдж 186 0 объект > эндобдж 177 0 объект > эндобдж 166 0 объект > эндобдж 160 0 объект > эндобдж 149 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 91 0 объект > поток HWKW̑b1 /

‘q «$ Kb @ R ~} zKsC> ju7Z5jTῡ

e) # l6j) J8Mb ڝ 舿 ݞ g_o flN} 7eZN { U7vu? | Ml [,> m ݽ vu5A2 ֣ + ALC => A ~ oMU + Զ ֦ 26 As] VwƞÞ «̉β \ ~ 6X ߶1 AO7G}? NcsvB N Yq _m $ U {COHz726 | 3] zrq |: A} + {c% xdK \ * z \ k «ـ6 NeNg1; rjDFCTHȗPc`, 8H6eNfG ۙ V = Di.q1Mk ”T qq’ag64m *

Что такое аналоговые и цифровые сигналы и их различия

Аналоговые и цифровые сигналы — это разные типы, которые в основном используются для передачи данных от одного устройства к другому. Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные волновые сигналы, которые меняются с периодом времени, тогда как цифровые сигналы по своей природе дискретны. Основное различие между аналоговыми и цифровыми сигналами заключается в том, что аналоговые сигналы представлены синусоидальными волнами, тогда как цифровые сигналы представлены прямоугольными волнами.Обсудим различие аналоговых и цифровых сигналов. Лучший пример аналогового и цифрового — это электроны, потому что он работает как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами, входами и выходами. В некотором роде проект электроники в основном взаимодействует с реальным аналоговым миром, тогда как цифровые сигналы с компьютерами, микропроцессорами и логическими устройствами. Эти два вида сигналов похожи на разные электронные языки. Поскольку некоторые другие языки могут распознавать и говорить только на одном из двух.В этой статье обсуждается обзор как аналоговых, так и цифровых сигналов, а также их сравнение. Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать о разнице между аналоговой и цифровой схемой

Что такое аналоговый и цифровой сигнал?

Аналоговый сигнал — это один из типов непрерывных изменяющихся во времени сигналов, которые подразделяются на составные и простые сигналы. Простой тип аналогового сигнала — это не что иное, как синусоидальная волна, и ее нельзя разложить, тогда как аналоговый сигнал составного типа можно разложить на множество синусоид.Аналоговый сигнал может быть определен с помощью амплитуды, периода времени или частоты и фазы. Амплитудные полосы — это самая высокая высота сигнала, частотные полосы — скорость, с которой изменяется аналоговый сигнал, а фазовые полосы — положение сигнала относительно времени — ничего. Следовательно, аналоговый сигнал не устойчив к шуму; он сталкивается с искажениями, а также снижает качество передачи. Диапазон значений аналогового сигнала не может быть зафиксирован.

Аналоговый сигнал

Подобно аналоговому, цифровые сигналы несут данные, хотя они немного отличаются.Эти сигналы бывают дискретными или непостоянными. Цифровой сигнал передает данные в двоичной форме, потому что он обозначается битами. Эти сигналы можно разложить на синусоидальные волны, которые называются гармониками. Каждый цифровой сигнал имеет амплитуду, частоту и фазу, как аналоговый сигнал. Этот сигнал может определяться битовым интервалом, а также битовой скоростью. Здесь битовый интервал — это не что иное, как необходимое время для передачи единственного бита, тогда как битовая скорость — это частота битового интервала.

Цифровой сигнал

Цифровые сигналы более устойчивы к шуму; поэтому он практически не искажается.Эти волны просты в передаче, а также более надежны в отличие от аналоговых волн. Цифровые сигналы включают ограниченное количество значений, которые лежат в диапазоне от 0 до 1. Чтобы узнать , как аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, , пожалуйста, обратитесь по ссылке: Как преобразовать аналоговый сигнал в цифровой с помощью преобразователя АЦП

Характеристики аналоговых и цифровых сигналов

Характеристики аналоговых и цифровых сигналов в основном включают адаптируемость , непрерывность, представление, тип данных, тип сигнала, среда передачи, тип значений, безопасность, полоса пропускания, оборудование, хранение данных, переносимость, передача данных, импеданс, энергопотребление, запись данных, использование, скорость передачи данных, примеры и Приложения.

Адаптивность

Аналоговые сигналы менее настраиваются для диапазона использования, тогда как цифровые сигналы более настраиваются для диапазона использования.

Непрерывность

Аналоговые сигналы используют непрерывное множество значений амплитуды, тогда как цифровой сигнал принимает ограниченный набор различных значений в последовательно расположенных точках времени.

Тип данных

Аналоговые сигналы имеют непрерывный характер, тогда как цифровые сигналы дискретны.

Тип волн

Тип волны аналогового сигнала — синусоидальный, тогда как цифровой сигнал — прямоугольный.

Среда передачи

Среда передачи аналогового сигнала — проводная или беспроводная, тогда как цифровой сигнал — провод.

Тип значений

Тип значения аналогового сигнала как положительный, так и отрицательный, тогда как цифровой сигнал положительный.

Безопасность

Безопасность аналогового сигнала не шифруется, тогда как цифровой сигнал шифруется.

Полоса пропускания

Полоса пропускания аналогового сигнала низкая, а цифрового сигнала высокая.

Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение аналогового сигнала не является эластичным, тогда как цифровое — эластичным в исполнении

Хранение данных

Хранение данных аналогового сигнала находится в форме волнового сигнала, тогда как цифровой сигнал сохраняет данные в двоичная битовая форма.

Портативность

Аналоговые сигналы портативны, как термометр, и имеют низкую стоимость, тогда как цифровые сигналы портативны, как компьютеры, и дороги.

Передача данных

В аналоговом режиме сигнал может ухудшаться из-за шума на протяжении всей передачи, тогда как цифровой сигнал может быть устойчивым к шумам на протяжении всей передачи без какого-либо ухудшения.

Импеданс

Импеданс аналогового сигнала низкий, а цифрового сигнала высокий.

Потребляемая мощность

Аналоговые устройства потребляют больше энергии, тогда как цифровые устройства потребляют меньше энергии.

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных в аналоговом сигнале низкая, тогда как в цифровом сигнале она выше.

Примеры

Лучшими примерами аналогового сигнала являются видео, человеческий голос в эфире, волны радиопередачи или волны передачи TV
.

Приложения

Аналоговые сигналы могут использоваться исключительно в аналоговых устройствах, термометрах, тогда как цифровые сигналы подходят для цифровых электронных устройств, таких как компьютеры, КПК, сотовые телефоны.

Ключевые различия между аналоговыми и цифровыми сигналами

Ключевые различия между аналоговыми и цифровыми сигналами в табличной форме показаны ниже.

Аналоговый сигнал	Цифровой сигнал
Аналоговый сигнал означает непрерывный сигнал, который сохраняет изменения в течение определенного периода времени.	Цифровой сигнал означает дискретный сигнал, который несет двоичные данные и имеет дискретные значения.
Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные синусоидальные сигналы	Цифровые сигналы представляют собой прямоугольные волны.
Аналоговые сигналы описывают поведение волны относительно амплитуды, периода времени и фазы сигнала.	Цифровые сигналы описывают поведение сигнала в отношении скорости передачи бита, а также битового интервала.
Диапазон аналогового сигнала не устанавливается.	Цифровой сигнал ограничен, а также находится в диапазоне от 0 до 1.
Аналоговый сигнал является более горизонтальным в сторону искажения во время реакции на шум	Цифровой сигнал имеет сопротивление в ответ на шум, поэтому он не часто сталкивается с искажениями.
Аналоговый сигнал передает информацию в форме сигнала.	Цифровой сигнал передает информацию в двоичной форме, то есть в битах.
Пример аналогового сигнала — человеческий голос	Примером цифрового сигнала является передача данных в компьютере.

Преимущества цифрового сигнала перед аналоговым

Использование цифрового сигнала перед аналоговым дает несколько преимуществ.

• Цифровые сигналы более безопасны, и они не повреждаются шумом.
• Эти сигналы используют узкую полосу пропускания.
• Они позволяют передавать сигналы на большие расстояния.
• Цифровой сигнал имеет более высокую скорость передачи
• Используя эти сигналы, мы можем переводить сообщения, аудио и видео на язык устройства.