تفاوت بین ارتباطات آنالوگ و دیجیتال چیست؟ تفاوت بین صدای آنالوگ و دیجیتال

هر روز مردم با استفاده از وسایل الکترونیکی مواجه می شوند. زندگی مدرن بدون آنها غیرممکن است. پس از همه، ما در مورد تلویزیون، رادیو، کامپیوتر، تلفن، مولتی کوکر و غیره صحبت می کنیم. پیش از این، حتی چند سال پیش، هیچ کس به این فکر نمی کرد که در هر دستگاه کار از چه سیگنالی استفاده می شود. اکنون کلمات "آنالوگ"، "دیجیتال"، "گسسته" مدتهاست شنیده می شود. برخی از انواع سیگنال های ذکر شده با کیفیت و قابل اعتماد هستند.

انتقال دیجیتال بسیار دیرتر از آنالوگ مورد استفاده قرار گرفت. این به این دلیل است که نگهداری چنین سیگنالی بسیار ساده تر است و فناوری در آن زمان چندان بهبود نیافته بود.

هر فرد دائماً با مفهوم "گسستگی" روبرو می شود. اگر این کلمه را از لاتین ترجمه کنید، به معنای "ناپیوستگی" خواهد بود. با رفتن عمیق به علم، می توان گفت که سیگنال گسسته روشی برای انتقال اطلاعات است که به تغییر در رسانه حامل در طول زمان دلالت دارد. دومی هر یک از مقادیر ممکن را می گیرد. اکنون پس از تصمیم گیری برای تولید سیستم ها بر روی یک تراشه، اختیار در پس زمینه محو می شود. آنها کل نگر هستند و همه اجزا با یکدیگر تعامل نزدیک دارند. در گسستگی، همه چیز دقیقاً برعکس است - هر جزئیات کامل شده و از طریق خطوط ارتباطی خاص به دیگران متصل می شود.

علامت

سیگنال کد خاصی است که توسط یک یا چند سیستم به فضا منتقل می شود. این عبارت کلی است.

در زمینه اطلاعات و ارتباطات، سیگنال وسیله خاصی از هر داده است که برای انتقال پیام استفاده می شود. می توان آن را ایجاد کرد، اما پذیرفته نشد، آخرین شرط اختیاری است. اگر سیگنال یک پیام باشد، گرفتن آن ضروری تلقی می شود.

کد شرح داده شده توسط یک تابع ریاضی داده می شود. تمام تغییرات پارامتر ممکن را مشخص می کند. در تئوری مهندسی رادیو، این مدل پایه در نظر گرفته می شود. در آن، آنالوگ سیگنال نویز نامیده می شد. این تابعی از زمان است که آزادانه با کد ارسال شده در تعامل است و آن را تحریف می کند.

در این مقاله انواع سیگنال ها توضیح داده شده است: گسسته، آنالوگ و دیجیتال. نظریه اصلی در مورد موضوع شرح داده شده نیز به طور خلاصه ارائه شده است.

انواع سیگنال ها

چندین سیگنال موجود است. در نظر بگیرید که چه انواعی وجود دارد.

1. با توجه به محیط فیزیکی حامل داده، یک سیگنال الکتریکی، نوری، صوتی و الکترومغناطیسی از هم جدا می شود. چندین گونه دیگر وجود دارد، اما آنها کمی شناخته شده اند.
2. با توجه به روش تخصیص، سیگنال ها به منظم و نامنظم تقسیم می شوند. اولی روش های قطعی انتقال داده ها هستند که با یک تابع تحلیلی مشخص می شوند. تصادفی ها به دلیل تئوری احتمال فرمول بندی می شوند و همچنین در فواصل زمانی مختلف مقادیری را به خود می گیرند.
3. بسته به عملکردهایی که تمام پارامترهای سیگنال را توصیف می کنند، روش های انتقال داده می توانند آنالوگ، گسسته، دیجیتال (روشی که سطح کوانتیزه می شود) باشند. از آنها برای تامین برق بسیاری از وسایل برقی استفاده می شود.

خواننده اکنون با انواع انتقال سیگنال آشنا است. درک آنها برای هیچ فردی دشوار نخواهد بود، نکته اصلی این است که کمی فکر کنید و دوره فیزیک مدرسه را به خاطر بسپارید.

سیگنال برای چه چیزی پردازش می شود؟

سیگنال به منظور ارسال و دریافت اطلاعاتی که در آن رمزگذاری شده است پردازش می شود. پس از استخراج، می توان از آن به روش های مختلفی استفاده کرد. در برخی شرایط، دوباره قالب بندی می شود.

دلیل دیگری برای پردازش همه سیگنال ها وجود دارد. این شامل فشرده سازی جزئی فرکانس ها (به طوری که به اطلاعات آسیب نرساند). پس از آن، فرمت شده و با سرعت کم ارسال می شود.

در سیگنال های آنالوگ و دیجیتال از تکنیک های خاصی استفاده می شود. به طور خاص، فیلتر کردن، پیچیدگی، همبستگی. آنها برای بازیابی سیگنال در صورت آسیب دیدگی یا نویز ضروری هستند.

ایجاد و شکل گیری

اغلب، آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای تولید سیگنال مورد نیاز است، و اغلب آنها هر دو تنها در شرایطی با استفاده از فناوری‌های DSP استفاده می‌شوند. در موارد دیگر، فقط استفاده از DAC مناسب است.

هنگام ایجاد کدهای فیزیکی آنالوگ با استفاده بیشتر از روش های دیجیتال، آنها به اطلاعات دریافتی متکی هستند که از دستگاه های خاص منتقل می شود.

محدوده دینامیکی

به عنوان تفاوت بین سطح بلندی صدا بالاتر و پایین تر که بر حسب دسی بل بیان می شود محاسبه می شود. کاملاً به قطعه و ویژگی های اجرا بستگی دارد. ما هم در مورد تراک های موسیقی صحبت می کنیم و هم در مورد دیالوگ های معمولی بین مردم. اگر مثلاً گوینده‌ای را در نظر بگیریم که اخبار را می‌خواند، محدوده دینامیکی او بین 25-30 دسی‌بل در نوسان است. و در حین خواندن یک قطعه، می تواند تا 50 دسی بل افزایش یابد.

سیگنال آنالوگ

سیگنال آنالوگ یک روش پیوسته زمان برای انتقال داده است. نقطه ضعف آن وجود نویز است که گاهی اوقات منجر به از بین رفتن کامل اطلاعات می شود. اغلب اوقات شرایطی پیش می‌آید که نمی‌توان تعیین کرد که داده‌های مهم در کجای کد قرار دارند و اعوجاج‌های معمول کجا هستند.

به همین دلیل است که پردازش سیگنال دیجیتال محبوبیت زیادی پیدا کرده است و به تدریج جایگزین آنالوگ می شود.

سیگنال دیجیتال

یک سیگنال دیجیتال خاص است، از طریق توابع گسسته توصیف می شود. دامنه آن می تواند مقدار مشخصی را از مقادیری که قبلاً تنظیم شده است بگیرد. در حالی که سیگنال آنالوگ می تواند با نویز زیادی وارد شود، سیگنال دیجیتال بیشتر نویز دریافتی را فیلتر می کند.

علاوه بر این، این نوع انتقال داده، اطلاعات را بدون بار معنایی غیر ضروری منتقل می کند. چندین کد را می توان همزمان از طریق یک کانال فیزیکی ارسال کرد.

انواع سیگنال دیجیتال وجود ندارد، زیرا به عنوان یک روش جداگانه و مستقل برای انتقال داده برجسته می شود. این یک جریان باینری است. امروزه چنین سیگنالی محبوب ترین در نظر گرفته می شود. این به دلیل سهولت استفاده است.

کاربرد سیگنال دیجیتال

چه چیزی یک سیگنال الکتریکی دیجیتال را از سایرین متمایز می کند؟ این واقعیت که او قادر به انجام بازسازی کامل در تکرار کننده است. هنگامی که سیگنالی که کوچکترین تداخلی دارد وارد تجهیزات ارتباطی می شود، بلافاصله شکل خود را به دیجیتال تغییر می دهد. این به عنوان مثال، به برج تلویزیون اجازه می دهد تا دوباره سیگنال ایجاد کند، اما بدون اثر نویز.

در صورتی که کد از قبل با اعوجاج های زیاد وارد شود، متأسفانه نمی توان آن را بازیابی کرد. اگر ارتباط آنالوگ را در مقایسه قرار دهیم، در یک وضعیت مشابه، تکرار کننده می تواند بخشی از داده ها را استخراج کند و انرژی زیادی صرف کند.

هنگام بحث در مورد ارتباطات سلولی با فرمت های مختلف، صحبت کردن روی یک خط دیجیتال با اعوجاج شدید تقریبا غیرممکن است، زیرا کلمات یا عبارات کامل شنیده نمی شوند. در این مورد، ارتباط آنالوگ مؤثرتر است، زیرا می توانید به انجام گفتگو ادامه دهید.

به دلیل چنین مشکلاتی است که سیگنال دیجیتال اغلب توسط تکرار کننده ها تولید می شود تا شکستگی در خط ارتباط را کاهش دهد.

سیگنال گسسته

اکنون هر شخصی از تلفن همراه یا نوعی «شماره‌گیر» روی رایانه خود استفاده می‌کند. یکی از وظایف ابزارها یا نرم افزارها، انتقال یک سیگنال، در این مورد یک جریان صوتی است. برای حمل یک موج پیوسته، به کانالی نیاز است که ظرفیت سطح بالاتری داشته باشد. به همین دلیل تصمیم به استفاده از سیگنال گسسته گرفته شد. خود موج را ایجاد نمی کند، بلکه شکل دیجیتالی آن را ایجاد می کند. چرا اینطور است؟ زیرا انتقال از طریق فناوری (مثلاً تلفن یا رایانه) انجام می شود. مزایای این نوع انتقال اطلاعات چیست؟ با کمک آن، مقدار کل داده های ارسالی کاهش می یابد، و ارسال دسته ای نیز راحت تر سازماندهی می شود.

مفهوم "گسسته سازی" مدتهاست که به طور پایدار در کار فناوری رایانه استفاده می شود. به لطف چنین سیگنالی، اطلاعات پیوسته منتقل نمی شود، که کاملاً با کاراکترها و حروف خاص رمزگذاری شده است، بلکه داده ها در بلوک های ویژه جمع آوری می شوند. آنها ذرات مجزا و کامل هستند. این روش رمزگذاری مدتهاست که به پس زمینه منتقل شده است، اما به طور کامل ناپدید نشده است. با استفاده از آن می توانید تکه های کوچک اطلاعات را به راحتی انتقال دهید.

مقایسه سیگنال های دیجیتال و آنالوگ

هنگام خرید تجهیزات، به ندرت کسی به این فکر می کند که چه نوع سیگنال هایی در این یا آن دستگاه استفاده می شود و حتی بیشتر در مورد محیط و طبیعت آنها. اما گاهی اوقات هنوز باید با مفاهیم سر و کار داشته باشید.

مدتهاست که مشخص شده است که فناوری های آنالوگ در حال از دست دادن تقاضا هستند، زیرا استفاده از آنها غیرمنطقی است. در عوض، ارتباطات دیجیتالی می آید. شما باید بفهمید که چه چیزی در خطر است و بشریت چه چیزی را رد می کند.

به طور خلاصه، سیگنال آنالوگ روشی برای انتقال اطلاعات است که بر توصیف داده ها با توابع پیوسته زمان دلالت دارد. در واقع، به طور خاص، دامنه نوسانات می تواند برابر با هر مقداری در محدوده خاصی باشد.

پردازش سیگنال دیجیتال با توابع گسسته زمان توصیف می شود. به عبارت دیگر، دامنه نوسان این روش برابر با مقادیر کاملاً مشخص شده است.

با حرکت از تئوری به عمل، باید گفت که سیگنال آنالوگ با تداخل مشخص می شود. با دیجیتال، چنین مشکلاتی وجود ندارد، زیرا با موفقیت آنها را "صاف" می کند. با توجه به فناوری های جدید، این روش انتقال داده قادر است تمام اطلاعات اصلی را به تنهایی و بدون دخالت دانشمند بازیابی کند.

در مورد تلویزیون صحبت می کنیم، می توانیم با اطمینان بگوییم: انتقال آنالوگ مدت هاست که از مفید بودن آن گذشته است. اکثر مصرف کنندگان به سیگنال دیجیتال سوئیچ می کنند. نقطه ضعف دومی این است که اگر هر دستگاهی قادر به دریافت انتقال آنالوگ باشد، روش مدرن تر تنها یک تکنیک خاص است. اگرچه تقاضا برای روش منسوخ مدت طولانی کاهش یافته است، اما این نوع سیگنال ها هنوز نمی توانند به طور کامل از زندگی روزمره ناپدید شوند.

اغلب ما تعاریفی مانند سیگنال "دیجیتال" یا "گسسته" را می شنویم، تفاوت آن با "آنالوگ" چیست؟

تفاوت این است که سیگنال آنالوگ در زمان پیوسته است (خط آبی)، در حالی که سیگنال دیجیتال از مجموعه محدودی از مختصات (نقاط قرمز) تشکیل شده است. اگر همه چیز به مختصات کاهش یابد، هر بخش از سیگنال آنالوگ از تعداد بی نهایت مختصات تشکیل شده است.

برای یک سیگنال دیجیتال، مختصات در امتداد محور افقی در فواصل منظم، مطابق با فرکانس نمونه‌برداری قرار می‌گیرند. در فرمت رایج Audio-CD، این 44100 نقطه در ثانیه است. به صورت عمودی، دقت ارتفاع مختصات مربوط به ظرفیت رقمی سیگنال دیجیتال است، برای 8 بیت 256 سطح، برای 16 بیت = 65536 و برای 24 بیت = 16777216 سطح است. هر چه عمق بیت (تعداد سطوح) بیشتر باشد، مختصات عمودی به موج اصلی نزدیکتر می شود.

منابع آنالوگ وینیل و نوارهای صوتی هستند. منابع دیجیتال عبارتند از: CD-Audio، DVD-Audio، SA-CD (DSD) و فایل ها در فرمت های WAVE و DSD (شامل مشتقات APE، Flac، Mp3، Ogg و غیره).

مزایا و معایب سیگنال آنالوگ

مزیت سیگنال آنالوگ این است که به شکل آنالوگ است که ما صدا را با گوش خود درک می کنیم. و اگرچه سیستم شنوایی ما جریان صوتی درک شده را به فرم دیجیتال تبدیل می کند و آن را به این شکل به مغز منتقل می کند، علم و فناوری هنوز به امکان اتصال پخش کننده ها و سایر منابع صوتی به طور مستقیم به این شکل نرسیده است. چنین تحقیقاتی اکنون به طور فعال برای افراد دارای معلولیت انجام می شود و ما از صدای آنالوگ منحصرا لذت می بریم.

نقطه ضعف سیگنال آنالوگ توانایی ذخیره، انتقال و تکثیر سیگنال است. هنگام ضبط با نوار یا وینیل، کیفیت سیگنال به خواص نوار یا وینیل بستگی دارد. با گذشت زمان، نوار مغناطیس زدایی می شود و کیفیت سیگنال ضبط شده بدتر می شود. هر خواندن به تدریج رسانه را از بین می برد، و بازنویسی باعث ایجاد اعوجاج اضافی می شود، جایی که انحرافات اضافی توسط رسانه بعدی (نوار یا وینیل)، دستگاه هایی برای خواندن، ضبط و ارسال سیگنال اضافه می شود.

کپی کردن یک سیگنال آنالوگ مانند گرفتن عکس دیگری برای کپی کردن یک عکس است.

مزایا و معایب سیگنال دیجیتال

از مزایای سیگنال دیجیتال می توان به دقت در هنگام کپی و انتقال یک جریان صوتی اشاره کرد که در آن اصل هیچ تفاوتی با کپی ندارد.

نقطه ضعف اصلی را می توان در نظر گرفت که سیگنال دیجیتال یک مرحله میانی است و دقت سیگنال آنالوگ نهایی بستگی به این دارد که مختصات موج صوتی چقدر با جزئیات و دقیق توصیف شود. این کاملاً منطقی است که هر چه نقاط بیشتر باشد و مختصات دقیق تر باشد، موج دقیق تر خواهد بود. اما هنوز هیچ اتفاق نظری در مورد اینکه چه تعداد مختصات و دقت داده کافی است وجود ندارد که بگوییم نمایش دیجیتالی سیگنال برای بازسازی دقیق سیگنال آنالوگ کافی است که توسط گوش ما از سیگنال اصلی قابل تشخیص نیست.

از نظر حجم داده، ظرفیت یک کاست صوتی آنالوگ معمولی تنها حدود 700-1.1 مگابایت است، در حالی که یک سی دی معمولی 700 مگابایت را در خود جای می دهد. این ایده نیاز به حامل ها را نشان می دهد ظرفیت بزرگ... و این منجر به جنگ جداگانه سازش با الزامات مختلف برای تعداد نقاط توصیف و دقت مختصات می شود.

امروزه نمایش یک موج صوتی با نرخ نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز و عمق بیت 16 بیت کاملاً کافی در نظر گرفته می شود. با نرخ نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز، می توانید تا 22 کیلوهرتز را بازیابی کنید. همانطور که مطالعات روان آکوستیک نشان می دهد، افزایش بیشتر در نرخ نمونه گیری کمی قابل توجه است، اما افزایش عمق بیت باعث بهبود ذهنی می شود.

چگونه DAC ها موج را می سازند

DAC یک مبدل دیجیتال به آنالوگ است، عنصری که صدای دیجیتال را به آنالوگ تبدیل می کند. ما نگاهی گذرا به اصول اولیه خواهیم داشت. اگر نظرات علاقه مند به در نظر گرفتن تعدادی از نکات با جزئیات بیشتر باشد، مطالب جداگانه ای منتشر خواهد شد.

DAC های چند بیتی

اغلب، موج به صورت مراحل ارائه می شود که به دلیل معماری نسل اول DAC های چند بیتی R-2R است که به روشی مشابه سوئیچ از یک رله عمل می کنند.

ورودی DAC مقدار مختصات بعدی را در امتداد عمود دریافت می کند و در هر یک از چرخه های خود سطح جریان (ولتاژ) را تا تغییر بعدی به سطح مربوطه سوئیچ می کند.

اگرچه اعتقاد بر این است که گوش انسان بیش از 20 کیلوهرتز نمی شنود و طبق نظریه نایکیست می توان سیگنال را تا 22 کیلوهرتز بازگرداند، اما سوال در مورد کیفیت این سیگنال پس از بازیابی باقی می ماند. در ناحیه فرکانس بالا، شکل موج "گام" حاصل معمولاً از موج اصلی فاصله دارد. ساده ترین راه برای خروج از این وضعیت، افزایش نرخ نمونه برداری هنگام ضبط است، اما این منجر به افزایش قابل توجه و ناخواسته در اندازه فایل می شود.

یک گزینه جایگزین افزایش مصنوعی نرخ نمونه برداری در حین پخش در DAC با افزودن مقادیر میانی است. آن ها ما مسیر یک موج پیوسته (خط چین خاکستری) را نشان می دهیم که مختصات اصلی (نقاط قرمز) را به هم متصل می کند و نقاط میانی را روی این خط اضافه می کنیم (بنفش تیره).

هنگام افزایش نرخ نمونه برداری، معمولاً لازم است که عمق بیت را افزایش دهیم تا مختصات به موج تقریبی نزدیکتر شود.

به لطف مختصات میانی، می توان "گام ها" را کاهش داد و موج را به حالت اصلی نزدیک تر کرد.

هنگامی که عملکرد تقویت 44.1 تا 192 کیلوهرتز را در یک پخش کننده یا DAC خارجی می بینید، عملکردی برای افزودن مختصات میانی است، نه بازیابی یا ایجاد صدا در ناحیه بالای 20 کیلوهرتز.

در ابتدا، اینها ریز مدارهای SRC جداگانه قبل از DAC بودند، که سپس مستقیماً به خود ریز مدارهای DAC مهاجرت کردند. امروزه می توانید راه حل هایی را پیدا کنید که در آن چنین میکرو مداری به DAC های مدرن اضافه شود، این کار به منظور ارائه جایگزینی برای الگوریتم های داخلی در DAC انجام می شود و گاهی اوقات صدای بهتری دریافت می کنید (مثلاً در Hidizs انجام می شود. AP100).

امتناع اصلی در صنعت از DAC های چند بیتی به دلیل عدم امکان توسعه فناوری بیشتر شاخص های کیفیت با فناوری های تولید فعلی و هزینه بالاتر در مقابل DAC های "پالسی" با ویژگی های قابل مقایسه رخ داده است. با این وجود، در محصولات Hi-End، به جای راه حل های جدید با ویژگی های فنی بهتر، اولویت به DAC های چند بیتی قدیمی داده می شود.

پالس DAC

در اواخر دهه 70، یک نسخه جایگزین از DAC ها بر اساس معماری "پالس" - "دلتا سیگما"، گسترده شد. فناوری Pulse DAC ظهور سوئیچ های فوق سریع را ممکن کرد و امکان استفاده از فرکانس حامل بالا را فراهم کرد.

دامنه سیگنال، مقدار متوسط ​​دامنه های پالس است (پالس های با دامنه مساوی با رنگ سبز و موج صوتی نهایی با رنگ سفید نشان داده شده است).

به عنوان مثال، یک دنباله از هشت سیکل ساعت پنج پالس دامنه متوسط ​​(1 + 1 + 1 + 0 + 0 + 1 + 1 + 0) / 8 = 0.625 را می دهد. هرچه فرکانس حامل بیشتر باشد، پالس های بیشتری صاف می شود و دامنه دقیق تر خواهد بود. این امر امکان ارائه جریان صوتی را به صورت یک بیتی با دامنه دینامیکی گسترده فراهم کرد.

میانگین گیری را می توان با یک فیلتر آنالوگ معمولی انجام داد و اگر چنین مجموعه ای از پالس ها مستقیماً به بلندگو اعمال شود، در خروجی صدا خواهیم داشت و فرکانس های فوق العاده بالا به دلیل اینرسی زیاد امیتر بازتولید نمی شوند. تقویت کننده های PWM در کلاس D بر اساس این اصل کار می کنند، جایی که چگالی انرژی پالس ها نه با تعداد آنها، بلکه با مدت زمان هر پالس ایجاد می شود (که پیاده سازی آسان تر است، اما نمی توان با یک کد باینری ساده توصیف کرد).

یک DAC چند بیتی را می توان به عنوان چاپگری در نظر گرفت که قادر به اعمال رنگ با جوهرهای پنتون است. دلتا سیگما یک چاپگر جوهرافشان با مجموعه رنگ های محدود است، اما به دلیل قابلیت اعمال نقاط بسیار کوچک (در مقایسه با چاپگر شاخی)، به دلیل تراکم متفاوت نقاط در واحد سطح، سایه های بیشتری می دهد.

در تصویر معمولا به دلیل وضوح پایین چشم، نقاط تکی را نمی بینیم، بلکه فقط تن میانی را می بینیم. به همین ترتیب، گوش تکانه ها را جداگانه نمی شنود.

در نهایت، با فناوری‌های فعلی در DACهای پالسی، می‌توانید موجی نزدیک به موجی دریافت کنید که از نظر تئوری باید هنگام تقریب مختصات میانی به دست آید.

لازم به ذکر است که پس از ظهور DAC دلتا سیگما، ضرورت ترسیم یک "موج دیجیتال" با مراحل از بین رفته است، زیرا بنابراین DAC های مدرن با پله ها موج نمی سازند. به درستی یک سیگنال گسسته با نقاط متصل شده توسط یک خط صاف بسازید.

آیا سوئیچینگ DAC ایده آل است؟

اما در عمل همه چیز بدون ابر نیست و یکسری مشکلات و محدودیت ها وجود دارد.

زیرا تعداد قابل توجهی از رکوردها در یک سیگنال چند بیتی ذخیره می شوند، سپس تبدیل به سیگنال پالس مطابق با اصل "بیت به بیت" به فرکانس حامل غیرضروری بالا نیاز دارد که DAC های مدرن از آن پشتیبانی نمی کنند.

عملکرد اصلی DAC های پالسی مدرن تبدیل یک سیگنال چند بیتی به یک بیتی با فرکانس حامل نسبتا پایین با کاهش داده ها است. اساساً این الگوریتم ها هستند که کیفیت صدای نهایی DAC های ضربه ای را تعیین می کنند.

برای کاهش مشکل فرکانس حامل بالا، جریان صوتی به چندین جریان یک بیتی تقسیم می شود، که در آن هر جریان مسئول گروه تخلیه خود است، که معادل افزایش چند برابری فرکانس حامل تعداد جریان ها است. . این DACها DACهای دلتا سیگما چند بیتی نامیده می شوند.

امروزه، DAC های پالس به دلیل قابلیت برنامه ریزی انعطاف پذیر الگوریتم های تبدیل، دومین باد را در تراشه های همه منظوره پرسرعت در محصولات NAD و Chord دریافت کرده اند.

فرمت DSD

پس از استفاده گسترده از DACهای دلتا سیگما، کاملاً منطقی بود که قالب کد باینری مستقیماً در رمزگذاری دلتا سیگما ظاهر شود. این فرمت DSD (Direct Stream Digital) نامیده می شود.

این فرمت به دلایل مختلف به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت. ویرایش فایل‌ها در این فرمت غیرضروری محدود شد: نمی‌توانید جریان‌ها را مخلوط کنید، صدا را تنظیم کنید و تساوی را اعمال کنید. این بدان معناست که بدون از دست دادن کیفیت، فقط می توانید ضبط های آنالوگ را بایگانی کنید و بدون پردازش بیشتر، اجرای زنده را با دو میکروفون ضبط کنید. در یک کلام، شما واقعا نمی توانید پول در بیاورید.

در مبارزه با دزدی دریایی، SA-CD ها توسط رایانه ها پشتیبانی نمی شدند (و تاکنون پشتیبانی نمی شدند) که مانع از کپی برداری آنها می شود. بدون کپی - بدون مخاطب عمومی. پخش محتوای صوتی DSD فقط از یک پخش کننده SA-CD جداگانه از یک دیسک مارک دار امکان پذیر بود. اگر برای فرمت PCM یک استاندارد SPDIF برای انتقال دیجیتال داده ها از یک منبع به یک DAC جداگانه وجود داشته باشد، در این صورت هیچ استانداردی برای فرمت DSD وجود ندارد و اولین نسخه های دزدی شده از دیسک های SA-CD از خروجی های آنالوگ SA دیجیتالی شدند. پخش کننده های سی دی (اگرچه وضعیت احمقانه به نظر می رسد، اما در واقع برخی از ضبط ها فقط بر روی SA-CD منتشر شده اند، یا همان ضبط بر روی Audio-CD به طور خاص برای تبلیغ SA-CD ضعیف ساخته شده است).

نقطه عطف با عرضه کنسول های بازی SONY اتفاق افتاد، جایی که دیسک SA-CD قبل از پخش به طور خودکار روی هارد درایو کنسول کپی شد. طرفداران فرمت DSD از این مزیت استفاده کردند. ظهور ضبط های غیرقانونی باعث تحریک بازار شد تا DAC های جداگانه ای را برای پخش جریان های DSD منتشر کند. اکثر DAC های خارجی با پشتیبانی DSD امروزه از انتقال داده USB با استفاده از فرمت DoP به عنوان رمزگذاری سیگنال دیجیتال جداگانه از طریق SPDIF پشتیبانی می کنند.

فرکانس های حامل برای DSD نسبتاً کوچک، 2.8 و 5.6 مگاهرتز هستند، اما این جریان صوتی به هیچ گونه تبدیل decimation نیاز ندارد و با فرمت های با کیفیت بالا مانند DVD-Audio کاملاً رقابتی است.

هیچ پاسخ قطعی برای این سوال وجود ندارد که DSP یا PCM بهتر است. همه چیز به کیفیت اجرای یک DAC خاص و استعداد مهندس صدا در هنگام ضبط فایل نهایی بستگی دارد.

نتیجه گیری کلی

صدای آنالوگ چیزی است که ما با چشمان خود به عنوان دنیای اطراف خود می شنویم و درک می کنیم. صدای دیجیتال مجموعه‌ای از مختصات است که موج صوتی را توصیف می‌کند و ما نمی‌توانیم مستقیماً بدون تبدیل آن به سیگنال آنالوگ بشنویم.

سیگنال آنالوگ که مستقیماً روی نوار صوتی یا وینیل ضبط می‌شود را نمی‌توان بدون افت کیفیت دوباره ضبط کرد، در حالی که یک موج دیجیتال را می‌توان ذره ذره کپی کرد.

فرمت های ضبط دیجیتال یک مبادله ثابت بین میزان دقت مختصات در مقابل اندازه فایل است و هر سیگنال دیجیتالی فقط تقریبی به سیگنال آنالوگ اصلی است. با این حال، در همان زمان، سطوح مختلف فناوری برای ضبط و بازتولید سیگنال دیجیتال و ذخیره سازی روی رسانه برای سیگنال آنالوگ، مزایای بیشتری را برای نمایش دیجیتالی یک سیگنال، مشابه دوربین دیجیتال در مقابل دوربین فیلم، به ارمغان می آورد.

سیگنال به عنوان یک ولتاژ یا جریان تعریف می شود که می تواند به عنوان یک پیام یا اطلاعات منتقل شود. همه سیگنال ها ذاتا آنالوگ هستند، AC یا DC، دیجیتال یا پالسی. با این حال، تمایز بین سیگنال های آنالوگ و دیجیتال رایج است.

سیگنال دیجیتال سیگنالی است که به روش خاصی پردازش شده و به اعداد تبدیل شده است. معمولا این سیگنال های دیجیتال با سیگنال های آنالوگ واقعی همراه هستند، اما گاهی اوقات هیچ ارتباطی بین آنها وجود ندارد. به عنوان مثال می توان به انتقال داده ها در شبکه های محلی (LAN) یا سایر شبکه های پرسرعت اشاره کرد.

در پردازش سیگنال دیجیتال (DSP)، یک سیگنال آنالوگ توسط دستگاهی به نام مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) به شکل باینری تبدیل می شود. ADC یک نمایش باینری از سیگنال آنالوگ را خروجی می دهد، که سپس توسط یک پردازشگر سیگنال دیجیتال محاسباتی (DSP) پردازش می شود. پس از پردازش، اطلاعات موجود در سیگنال را می توان با استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) به فرم آنالوگ تبدیل کرد.

مفهوم کلیدی دیگر در تعریف سیگنال این واقعیت است که یک سیگنال همیشه مقداری اطلاعات را حمل می کند. این ما را به مشکل کلیدی پردازش سیگنال آنالوگ فیزیکی - مشکل بازیابی اطلاعات هدایت می کند.

اهداف پردازش سیگنال

هدف اصلی پردازش سیگنال، نیاز به به دست آوردن اطلاعاتی است که در آنها وجود دارد. این اطلاعات معمولاً در دامنه یک سیگنال (مطلق یا نسبی)، در فرکانس یا در ترکیب طیفی، در فاز یا در وابستگی های زمانی نسبی چندین سیگنال وجود دارد.

هنگامی که اطلاعات مورد نظر از سیگنال استخراج شد، می توان از آن به روش های مختلفی استفاده کرد. در برخی موارد، مطلوب است که اطلاعات موجود در سیگنال دوباره قالب بندی شود.

به ویژه، تغییر فرمت سیگنال زمانی اتفاق می‌افتد که سیگنال صوتی در یک سیستم تلفنی با دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس (FDMA) ارسال شود. در این مورد، از تکنیک های آنالوگ برای قرار دادن چندین کانال صوتی در طیف فرکانس برای انتقال از طریق رله رادیویی مایکروویو، کابل کواکسیال یا فیبر نوری استفاده می شود.

در مورد ارتباطات دیجیتال، اطلاعات صوتی آنالوگ ابتدا با استفاده از ADC به دیجیتال تبدیل می شود. اطلاعات دیجیتالی که کانال‌های صوتی مجزا را نشان می‌دهند، مالتی پلکس شده با زمان (تقسیم زمان، TDMA) و از طریق یک پیوند دیجیتال سریال (مانند یک سیستم PCM) منتقل می‌شوند.

یکی دیگر از دلایل پردازش سیگنال فشرده سازی پهنای باند سیگنال (بدون از دست دادن قابل توجه اطلاعات) و به دنبال آن قالب بندی و انتقال اطلاعات با نرخ های پایین تر است که به شما امکان می دهد پهنای باند کانال مورد نیاز را محدود کنید. مودم‌های سرعت بالا و سیستم‌های مدولاسیون کد پالس تطبیقی ​​(ADPCM) به طور گسترده از الگوریتم‌های افزونگی داده (فشرده‌سازی) استفاده می‌کنند، مانند سیستم‌های ارتباطی دیجیتال موبایل، سیستم‌های ضبط صدا MPEG، و تلویزیون با کیفیت بالا (HDTV).

سیستم های جمع آوری و کنترل داده های صنعتی از اطلاعات حسگرها برای تولید سیگنال های بازخورد مناسب استفاده می کنند که به نوبه خود مستقیماً فرآیند را کنترل می کنند. توجه داشته باشید که این سیستم ها به ADC و DAC و همچنین حسگرها، تهویه کننده سیگنال و DSP (یا میکروکنترلر) نیاز دارند.

در برخی موارد در سیگنال حاوی اطلاعات نویز وجود دارد و هدف اصلی بازیابی سیگنال است. تکنیک هایی مانند فیلتر کردن، همبستگی خودکار، کانولوشن و غیره اغلب برای انجام این کار در هر دو حوزه آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود.

اهداف پردازش سیگنال

• استخراج اطلاعات سیگنال (دامنه، فاز، فرکانس، اجزای طیفی، روابط زمانی)
• تبدیل فرمت سیگنال (تلفن با تقسیم کانال FDMA، TDMA، CDMA)
• فشرده سازی داده ها (مودم، تلفن همراه، تلویزیون HDTV، فشرده سازی MPEG)
• تشکیل سیگنال های بازخورد (کنترل فرآیند صنعتی)
• جداسازی سیگنال از نویز (فیلتر، همبستگی خودکار، کانولوشن)
• جداسازی و ذخیره یک سیگنال به شکل دیجیتال برای پردازش بیشتر (FFT)

شکل دهی سیگنال

در اکثر این موقعیت ها (مربوط به استفاده از فناوری های DSP)، هر دو ADC و DAC مورد نیاز هستند. با این حال، در برخی موارد فقط یک DAC مورد نیاز است که سیگنال‌های آنالوگ را می‌توان مستقیماً از DSP و DAC تولید کرد. نمایشگرهای اسکن شده ویدئویی مثال خوبی هستند که در آن یک سیگنال دیجیتالی تولید شده ویدئو یا بلوک RAMDAC (Pixel Array Digital to Analog Converter) را هدایت می کند.

مثال دیگر موسیقی و گفتار سنتز شده مصنوعی است. در واقع، تولید سیگنال‌های فیزیکی آنالوگ تنها با استفاده از تکنیک‌های دیجیتال به اطلاعاتی که قبلاً از منابع این سیگنال‌های فیزیکی آنالوگ به دست آمده است، متکی است. در سیستم های نمایشگر، داده های روی نمایشگر باید اطلاعات مربوطه را به اپراتور منتقل کنند. هنگام توسعه سیستم های صوتی، ویژگی های آماری صداهای تولید شده تنظیم می شود که قبلاً با استفاده گسترده از روش های DSP (منبع صدا، میکروفون، پیش تقویت کننده، ADC و غیره) تعیین شده بود.

روش ها و فناوری های پردازش سیگنال

سیگنال ها را می توان با استفاده از تکنیک های آنالوگ (پردازش سیگنال آنالوگ یا ASP)، تکنیک های دیجیتال (پردازش سیگنال دیجیتال یا DSP) یا ترکیبی از تکنیک های آنالوگ و دیجیتال (پردازش سیگنال ترکیبی یا MSP) پردازش کرد. در برخی موارد انتخاب روش ها مشخص است، در موارد دیگر هیچ وضوحی در انتخاب وجود ندارد و تصمیم نهایی بر اساس ملاحظات خاصی صورت می گیرد.

با توجه به DSP، تفاوت اصلی با تجزیه و تحلیل داده های رایانه ای سنتی، سرعت و کارایی بالا در انجام عملکردهای پیچیده پردازش دیجیتال مانند فیلتر کردن، تجزیه و تحلیل با استفاده از داده ها و فشرده سازی داده ها در زمان واقعی است.

پردازش سیگنال ترکیبی به این معنی است که سیستم هم پردازش آنالوگ و هم پردازش دیجیتال را انجام می دهد. چنین سیستمی می تواند به عنوان یک برد مدار چاپی، یک مدار مجتمع ترکیبی (IC) یا یک تراشه منفرد با عناصر یکپارچه پیاده سازی شود. ADC ها و DAC ها به عنوان دستگاه های پردازش سیگنال ترکیبی در نظر گرفته می شوند، زیرا هر یک از آنها عملکردهای آنالوگ و دیجیتال را اجرا می کنند.

پیشرفت های اخیر در فناوری VLSI امکان پردازش پیچیده (دیجیتال و آنالوگ) را روی یک تراشه واحد فراهم می کند. ماهیت DSP نشان می دهد که این توابع می توانند در زمان واقعی انجام شوند.

مقایسه پردازش سیگنال آنالوگ و دیجیتال

مهندس امروزی با انتخاب ترکیبی مناسب از روش های آنالوگ و دیجیتال برای حل مشکل پردازش سیگنال مواجه است. پردازش سیگنال های فیزیکی آنالوگ تنها با استفاده از روش های دیجیتال غیرممکن است، زیرا همه سنسورها (میکروفون ها، ترموکوپل ها، کریستال های پیزوالکتریک، سر درایوهای مغناطیسی و غیره) دستگاه های آنالوگ هستند.

برخی از انواع سیگنال ها برای پردازش بیشتر سیگنال، چه آنالوگ و چه دیجیتال، به مدارهای نرمال سازی نیاز دارند. مدارهای عادی سازی سیگنال، پردازنده های آنالوگ هستند که عملکردهایی مانند تقویت، انباشت (در اندازه گیری و تقویت کننده های اولیه (بافر))، تشخیص سیگنال در پس زمینه نویز (تقویت کننده های حالت معمولی با دقت بالا، اکولایزرها و گیرنده های خطی)، فشرده سازی محدوده دینامیکی را انجام می دهند. (تقویت کننده های لگاریتمی، DAC های لگاریتمی و تقویت کننده های بهره قابل برنامه ریزی) و فیلتر (غیرفعال یا فعال).

چندین روش برای اجرای پردازش سیگنال در شکل 1 نشان داده شده است. ناحیه بالای شکل یک رویکرد کاملا آنالوگ را نشان می دهد. بقیه قسمت ها اجرای DSP را نشان می دهند. توجه داشته باشید که پس از انتخاب فناوری DSP، راه حل بعدی باید مکان یابی ADC در مسیر پردازش سیگنال باشد.

پردازش سیگنال آنالوگ و دیجیتال

شکل 1. روش های پردازش سیگنال

به طور کلی، از آنجایی که ADC به سنسور نزدیکتر شده است، بیشتر پردازش سیگنال آنالوگ در حال حاضر توسط ADC انجام می شود. افزایش قابلیت های ADC را می توان در افزایش نرخ نمونه برداری، گسترش دامنه دینامیکی، افزایش وضوح، قطع نویز ورودی، استفاده از فیلتر ورودی و تقویت کننده های قابل برنامه ریزی (PGA)، وجود مراجع ولتاژ روی تراشه و غیره بیان کرد. تمام موارد اضافه شده، سطح عملکردی را افزایش داده و سیستم را ساده می کند.

با تکنولوژی های مدرن تولید DAC و ADC موجود با نرخ نمونه برداری و وضوح بالا، پیشرفت قابل توجهی در یکپارچه سازی تعداد فزاینده ای از مدارها به طور مستقیم در ADC / DAC حاصل شده است.

به عنوان مثال، در زمینه اندازه گیری، ADC های 24 بیتی با تقویت کننده های قابل برنامه ریزی داخلی (PGA) وجود دارد که به سیگنال های پل 10 میلی ولتی در مقیاس کامل اجازه می دهد تا مستقیماً بدون عادی سازی بیشتر دیجیتالی شوند (مثلا سری AD773x).

در فرکانس‌های صوتی و صوتی، دستگاه‌های رمزگشای رمزگشای پیچیده - کدک‌ها (Analog Front End، AFE) - رایج هستند، که دارای یک مدار آنالوگ در ریزمدار تعبیه‌شده است که حداقل الزامات برای اجزای عادی سازی خارجی (AD1819B و AD73322) را برآورده می‌کند.

همچنین کدک های ویدیویی (AFE) برای کارهایی مانند پردازش تصویر CCD و موارد دیگر (مانند سری AD9814، AD9816 و AD984X) وجود دارد.

مثال پیاده سازی

به عنوان نمونه ای از استفاده از DSP، فیلترهای آنالوگ و دیجیتال پایین گذر (LPF) را با فرکانس قطع 1 کیلوهرتز مقایسه کنید.

فیلتر دیجیتال به عنوان یک سیستم دیجیتال معمولی اجرا می شود، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. توجه داشته باشید که چندین فرض ضمنی در نمودار وجود دارد. ابتدا، به منظور پردازش دقیق سیگنال، فرض می شود که مسیر ADC / DAC دارای نرخ نمونه برداری، وضوح و محدوده دینامیکی کافی است. دوم، برای تکمیل تمام محاسبات خود در بازه نمونه برداری (1 / f s)، دستگاه DSP باید به اندازه کافی سریع باشد. ثالثاً، در ورودی ADC و خروجی DAC هنوز نیاز به فیلترهای آنالوگ برای محدود کردن و بازیابی طیف سیگنال (فیلتر ضد آلیاسینگ و فیلتر ضد تصویربرداری) وجود دارد، اگرچه الزامات عملکرد آنها زیاد نیست. با در نظر گرفتن این فرضیات، می توانید فیلترهای دیجیتال و آنالوگ را با هم مقایسه کنید.

شکل 2. بلوک دیاگرام یک فیلتر دیجیتال

فرکانس قطع مورد نیاز برای هر دو فیلتر 1 کیلوهرتز است. تبدیل آنالوگ از نوع اول از مرتبه ششم است (با وجود موج در نسبت انتقال در باند عبور و عدم وجود ریپل در خارج از باند عبور مشخص می شود). مشخصات آن در شکل 2 نشان داده شده است. در عمل، این فیلتر را می توان با سه فیلتر درجه دوم که هر کدام بر روی یک تقویت کننده عملیاتی و چندین خازن ساخته شده اند، نشان داد. فیلتر مرتبه ششم برای ایجاد با فیلترهای مدرن CAD (طراحی به کمک رایانه) به اندازه کافی ساده است، اما برای برآورده شدن مشخصات صافی 0.5 دسی بل، انتخاب دقیق جزء مورد نیاز است.

فیلتر 129 فاکتوری دیجیتال FIR نشان داده شده در شکل 2 دارای صافی تنها 0.002 دسی بل در باند عبور، پاسخ فاز خطی و رول آف بسیار تندتر است. در عمل، چنین ویژگی هایی با استفاده از روش های آنالوگ قابل تحقق نیستند. یکی دیگر از مزایای واضح مدار این است که فیلتر دیجیتال نیازی به انتخاب اجزا ندارد و در معرض رانش پارامتر نیست، زیرا فرکانس ساعت فیلتر توسط یک تشدید کننده کریستالی تثبیت می شود. یک فیلتر با ضریب 129 به 129 عملیات ضرب و انباشت (MAC) برای محاسبه نمونه خروجی نیاز دارد. این محاسبات باید در بازه نمونه برداری 1 / fs تکمیل شود تا در زمان واقعی عمل کند. در این مثال، نرخ نمونه برداری 10 کیلوهرتز است، بنابراین اگر محاسبات اضافی قابل توجهی مورد نیاز نباشد، 100 میکرو ثانیه برای پردازش کافی است. خانواده ADSP-21xx DSP می تواند کل فرآیند انباشت چند برابری (و سایر عملکردهای مورد نیاز برای اجرای فیلتر) را در یک چرخه دستورالعمل کامل کند. بنابراین، یک فیلتر 129 فاکتوری به بیش از 129/100 میکرو ثانیه = 1.3 میلیون عملیات در ثانیه (MIPS) نیاز دارد. DSP های موجود بسیار سریعتر هستند و بنابراین عامل محدود کننده ای برای این برنامه ها نیستند. سری ADSP-218x با نقطه ثابت 16 بیتی تا 75MIPS عملکرد را به دست می‌آورد. لیست 1 کد اسمبلی را نشان می دهد که فیلتر را روی پردازنده های ADSP-21xx DSP پیاده سازی می کند. توجه داشته باشید که خطوط واقعی کد اجرایی با فلش مشخص شده اند. بقیه نظرات است

شکل 3. فیلترهای آنالوگ و دیجیتال

البته، در عمل، هنگام مقایسه فیلترهای آنالوگ با دیجیتال، یا به طور کلی تکنیک های پردازش سیگنال آنالوگ در مقابل دیجیتال، فاکتورهای زیادی در نظر گرفته می شود. سیستم های پردازش سیگنال مدرن، روش های آنالوگ و دیجیتال را برای دستیابی به عملکرد مورد نظر ترکیب می کنند و از بهترین روش ها اعم از آنالوگ و دیجیتال بهره می برند.

برنامه مونتاژ:
فیلتر FIR برای ADSP-21XX (تک دقیق)

MODULE fir_sub; (زیر روال فیلتر FIR پارامترهای فراخوانی زیربرنامه I0 -> قدیمی ترین داده در خط تاخیر I4 -> جدول ضریب شروع فیلتر L0 = طول فیلتر (N) L4 = طول فیلتر (N) M1، M5 = 1 CNTR = طول فیلتر - 1 ( N-1) مقادیر برگردانده شده MR1 = نتیجه جمع (گرد و محدود) I0 -> قدیمی ترین داده در خط تاخیر I4 -> شروع جدول ضریب فیلتر رجیسترهای متغیر MX0، MY0، MR زمان اجرا (N - 1) + 6 cycles = N + 5 cycles همه شانس ها در قالب 1.15 نوشته شده اند) .ENTRY fir; صنوبر: MR = 0، MX0 = DM (I0، M1)، MY0 = PM (I4، M5) CNTR = N-1; انجام پیچیدگی تا CE. پیچیدگی: MR = MR + MX0 * MY0 (SS)، MX0 = DM (I0، M1)، MY0 = PM (I4، M5). MR = MR + MX0 * MY0 (RND)؛ IF MV SAT MR; RTS; ENDMOD; پردازش سیگنال در زمان واقعی

• پردازش سیگنال دیجیتال؛
  • عرض طیف سیگنال پردازش شده توسط فرکانس نمونه برداری ADC / DAC محدود می شود
    • معیار نایکیست و قضیه کوتلنیکوف را به خاطر بسپارید
  • محدود به ظرفیت ADC / DAC
  • عملکرد DSP میزان پردازش سیگنال را محدود می کند زیرا:
    • برای عملیات بلادرنگ، تمام محاسبات انجام شده توسط پردازشگر سیگنال باید در بازه نمونه برداری 1/fs انجام شود.
• پردازش سیگنال آنالوگ را فراموش نکنید
  • فیلتر بالا گذر / فرکانس رادیویی، مدولاسیون، دمدولاسیون
  • فیلترهای محدود کننده و بازسازی آنالوگ (معمولا LPF) برای ADC و DAC
  • جایی که عقل سلیم و هزینه اجرا حکم می کند

ادبیات:

همراه با مقاله "انواع سیگنال" بخوانید:

مدارهای دیجیتال مهم ترین رشته ای است که در کلیه موسسات آموزشی عالی و متوسطه که متخصصان الکترونیک تربیت می کنند مطالعه می شود. یک آماتور رادیویی واقعی نیز باید در این موضوع به خوبی مسلط باشد. اما بیشتر کتاب‌ها و وسایل کمک آموزشی به زبانی نوشته شده‌اند که درک آن بسیار دشوار است و تسلط بر اطلاعات جدید برای یک مهندس الکترونیک تازه‌کار (احتمالاً یک دانش‌آموز) دشوار خواهد بود. مجموعه ای از مواد آموزشی جدید از Master Kit برای پر کردن این شکاف طراحی شده است: در مقالات ما، مفاهیم پیچیده با ساده ترین کلمات توضیح داده شده است.

8.1. سیگنال های آنالوگ و دیجیتال

ابتدا باید بفهمید که مدارهای آنالوگ به طور کلی چه تفاوتی با دیجیتال دارند. و تفاوت اصلی در سیگنال هایی است که این مدارها با آنها کار می کنند.
تمام سیگنال ها را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: آنالوگ و دیجیتال.

سیگنال های آنالوگ

سیگنال های آنالوگ برای ما بیشتر آشنا هستند. می توان گفت که کل جهان طبیعی اطراف ما آنالوگ است. بینایی و شنوایی ما، و همچنین سایر اندام های حسی، اطلاعات دریافتی را به صورت آنالوگ، یعنی پیوسته در زمان درک می کنند. انتقال اطلاعات صوتی - گفتار انسان، صداهای آلات موسیقی، غرش حیوانات، صداهای طبیعت و غیره. - همچنین به صورت آنالوگ انجام می شود.
برای درک بهتر این موضوع، اجازه دهید یک سیگنال آنالوگ ترسیم کنیم (شکل 1).

عکس. 1. سیگنال آنالوگ

می بینیم که سیگنال آنالوگ در زمان و دامنه پیوسته است. برای هر لحظه از زمان، می توانید مقدار دقیق دامنه سیگنال آنالوگ را تعیین کنید.

سیگنال های دیجیتال

بیایید دامنه سیگنال را نه به طور مداوم، بلکه بطور مجزا و در فواصل زمانی ثابت تجزیه و تحلیل کنیم. به عنوان مثال، یک بار در ثانیه، یا اغلب: ده بار در ثانیه. هر چند وقت یکبار این کار را انجام می دهیم نرخ نمونه برداری نامیده می شود: یک بار در ثانیه - 1 هرتز، هزار بار در ثانیه - 1000 هرتز یا 1 کیلوهرتز.

برای وضوح، بیایید نمودار سیگنال های آنالوگ (بالا) و دیجیتال (پایین) را رسم کنیم (شکل 2.):

شکل 2. سیگنال آنالوگ (بالا) و کپی دیجیتال (پایین)

می بینیم که در هر بازه زمانی لحظه ای می توان مقدار دیجیتال آنی دامنه سیگنال را دریابید. چه اتفاقی برای سیگنال می افتد (بر اساس چه قانونی تغییر می کند، دامنه آن چقدر است) بین فواصل "بررسی"، ما نمی دانیم، این اطلاعات برای ما گم می شود. هر چه کمتر سطح سیگنال را بررسی کنیم (نرخ نمونه برداری کمتر)، اطلاعات کمتری در مورد سیگنال داریم. البته برعکس آن نیز صادق است: هر چه میزان نمونه برداری بیشتر باشد، کیفیت نمایش سیگنال بهتر است. در حد، با افزایش نرخ نمونه‌برداری تا بی نهایت، عملاً همان سیگنال آنالوگ را دریافت می‌کنیم.
یعنی به هر حال سیگنال آنالوگ بهتر از دیجیتال است؟ در تئوری، شاید بله. اما در عمل، مبدل‌های مدرن آنالوگ به دیجیتال (ADC) با چنین سرعت نمونه‌گیری بالا (تا چندین میلیون نمونه در ثانیه) کار می‌کنند، بنابراین سیگنال آنالوگ را به شکل دیجیتال آنقدر با کیفیت توصیف می‌کنند که حواس انسان (چشم، گوش). ) دیگر نمی تواند تفاوت بین سیگنال اصلی و مدل دیجیتال آن را احساس کند. سیگنال دیجیتال یک مزیت بسیار مهم دارد: انتقال آن از طریق سیم یا امواج رادیویی آسان تر است، تداخل تأثیر قابل توجهی بر چنین سیگنالی ندارد. بنابراین، تمام ارتباطات سیار مدرن، پخش تلویزیونی و رادیویی دیجیتال هستند.

نمودار پایین در شکل. 2 را می توان به راحتی به شکل دیگری نشان داد - به عنوان یک دنباله طولانی از یک جفت اعداد: زمان / دامنه. و اعداد دقیقا همان چیزی است که مدارهای دیجیتال به آن نیاز دارند. درست است، مدارهای دیجیتال ترجیح می دهند با اعداد به روش خاصی کار کنند، اما در درس بعدی در مورد این صحبت خواهیم کرد.

اکنون می‌توانیم نتایج مهمی بگیریم:

سیگنال دیجیتال گسسته است، می توان آن را فقط برای نقاط خاصی در زمان تعیین کرد.
- هر چه نرخ نمونه برداری بیشتر باشد، دقت نمایش سیگنال دیجیتال بهتر است.

مصرف کننده عادی نیازی به دانستن ماهیت سیگنال ها ندارد. اما گاهی لازم است تفاوت فرمت های آنالوگ و دیجیتال را دانست تا با چشمانی باز به انتخاب این یا آن گزینه نزدیک شد، زیرا امروزه شایعه شده است که زمان فناوری های آنالوگ گذشته است و جایگزین دیجیتال می شوند. . شما باید تفاوت را درک کنید تا بدانید چه چیزی را ترک می کنیم و چه چیزی را انتظار داریم.

سیگنال آنالوگیک سیگنال پیوسته با تعداد نامتناهی داده نزدیک به حداکثر است که تمام پارامترهای آن توسط یک متغیر وابسته به زمان توصیف می‌شوند.

سیگنال دیجیتال- این یک سیگنال جداگانه است که با یک تابع جداگانه از زمان توصیف می شود، به ترتیب، در هر لحظه از زمان، مقدار دامنه سیگنال دارای یک مقدار کاملاً تعریف شده است.

تمرین نشان داده است که با سیگنال های آنالوگ، تداخلی امکان پذیر است که می توان آن را با سیگنال دیجیتال از بین برد. علاوه بر این، دیجیتال می تواند داده های اصلی را بازیابی کند. با یک سیگنال آنالوگ پیوسته، اطلاعات زیادی از آن عبور می کند که اغلب غیر ضروری است. به جای یک آنالوگ، چندین عدد دیجیتال قابل انتقال است.

امروزه مصرف کننده به موضوع تلویزیون علاقه مند است، زیرا در این زمینه است که اغلب عبارت "انتقال به سیگنال دیجیتال" تلفظ می شود. در این صورت می توان آنالوگ را یادگاری از گذشته در نظر گرفت، اما فناوری موجود دقیقاً همین را می پذیرد و برای دریافت دیجیتال به فناوری خاصی نیاز است. البته به دلیل پیدایش و گسترش استفاده از «اعداد» محبوبیت سابق خود را از دست می دهند.

مزایا و معایب انواع سیگنال

ایمنی نقش مهمی در ارزیابی پارامترهای یک سیگنال خاص دارد. تأثیرات مختلف، نفوذها سیگنال آنالوگ را بی دفاع می کند. با دیجیتال، این امر مستثنی است، زیرا از پالس های رادیویی رمزگذاری شده است. برای فواصل طولانی، انتقال سیگنال های دیجیتال پیچیده است، لازم است از طرح های مدولاسیون-دمودولاسیون استفاده شود.

به طور خلاصه می توان گفت که تفاوت بین سیگنال آنالوگ و دیجیتالشامل:

• در تداوم آنالوگ و گسسته بودن دیجیتال؛
• احتمال تداخل در انتقال آنالوگ بیشتر است.
• افزونگی سیگنال آنالوگ؛
• در قابلیت فیلتر دیجیتال نویز و بازیابی اطلاعات اصلی؛
• در انتقال سیگنال دیجیتال به صورت کد شده. یک سیگنال آنالوگ با چندین سیگنال دیجیتال جایگزین می شود.