Цифровой сигнал представляет собой сигнал , который используется для представления данных в виде последовательности дискретных значений; в любой момент времени он может принимать не более одного из конечного числа значений. [1] [2] [3] Это контрастирует с аналоговым сигналом , который представляет непрерывные значения; в любой момент времени он представляет собой действительное число в непрерывном диапазоне значений.
Простые цифровые сигналы представляют информацию в дискретных полосах аналоговых уровней. Все уровни в пределах диапазона значений представляют одно и то же информационное состояние . В большинстве цифровых схем сигнал может иметь два возможных действительных значения; это называется двоичным сигналом или логическим сигналом . [4] Они представлены двумя полосами напряжения: одна около эталонного значения (обычно называется заземлением или нулевым вольт), а другая - значением около напряжения питания. Они соответствуют двум значениям «ноль» и «один» (или «ложь» и «истина») логической области , поэтому в любой момент времени двоичный сигнал представляет одну двоичную цифру (бит).Из-за этогоПри дискретизации относительно небольшие изменения уровней аналогового сигнала не выходят за пределы дискретной огибающей и, как результат, игнорируются схемой определения состояния сигнала. В результате цифровые сигналы обладают помехоустойчивостью ; электронный шум , если он не слишком велик, не повлияет на цифровые схемы, тогда как шум всегда в некоторой степени ухудшает работу аналоговых сигналов. [5]
Иногда используются цифровые сигналы, имеющие более двух состояний; схема, использующая такие сигналы, называется многозначной логикой . Например, сигналы, которые могут принимать три возможных состояния, называются трехзначной логикой .
В цифровом сигнале, физическая величина , представляющая информацию , может быть переменной электрического тока или напряжения, интенсивность, фаза или поляризация из оптического или иного электромагнитного поля , звуковое давление, то намагниченность о наличии магнитных запоминающих сред, и так далее. Цифровые сигналы используются во всей цифровой электронике , особенно в вычислительном оборудовании и передаче данных .
Определения [ править ]
Термин цифровой сигнал имеет связанные определения в разных контекстах.
В цифровой электронике [ править ]
В цифровой электронике цифровой сигнал представляет собой последовательность импульсов ( сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией ), то есть последовательность прямоугольных электрических импульсов фиксированной ширины или световых импульсов, каждый из которых занимает один из дискретного числа уровней амплитуды. [6] [7] Особым случаем является логический или двоичный сигнал , который варьируется от низкого до высокого уровня сигнала.
Последовательности импульсов в цифровых схемах обычно генерируются устройствами на полевых транзисторах металл-оксид-полупроводник (MOSFET) из-за их высокой скорости электронного переключения и возможности крупномасштабной интеграции (LSI). [8] [9] Напротив, BJT- транзисторы медленнее генерируют аналоговые сигналы, напоминающие синусоидальные волны . [8]
В обработке сигналов [ править ]
При цифровой обработке сигналов цифровой сигнал представляет собой дискретизированный и квантованный физический сигнал. Цифровой сигнал - это абстракция, дискретная по времени и амплитуде. Значение сигнала существует только через регулярные интервалы времени, так как только значения соответствующего физического сигнала в эти дискретизированные моменты важны для дальнейшей цифровой обработки. Цифровой сигнал - это последовательность кодов, составленная из конечного набора значений. [10] Цифровой сигнал может храниться, обрабатываться или передаваться физически как сигнал с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).
В сообщениях [ править ]
В цифровой связи цифровой сигнал представляет собой непрерывный физический сигнал, чередующийся между дискретным числом форм сигналов [3], представляющих поток битов . Форма сигнала зависит от схемы передачи, которая может быть либо схемой линейного кодирования , допускающей передачу в основной полосе частот ; или схема цифровой модуляции , позволяющая передавать полосу пропускания по длинным проводам или в ограниченной полосе радиочастот. Такая синусоидальная волна с модуляцией несущей считается цифровым сигналом в литературе по цифровой связи и передаче данных [11].но рассматривается как поток битов, преобразованный в аналоговый сигнал в электронике и компьютерных сетях. [12]
В системах связи обычно присутствуют источники помех, и шум часто является серьезной проблемой. Эффекты помех обычно сводятся к минимуму за счет максимально возможной фильтрации мешающих сигналов и использования избыточности данных . Основными преимуществами цифровых сигналов для связи часто считаются помехоустойчивость к помехам и способность во многих случаях, например, с аудио- и видеоданными, использовать сжатие данных для значительного уменьшения полосы пропускания, необходимой для связи. средства массовой информации.
Уровни логического напряжения [ править ]
Сигнал , который переключает представляющий два состояния в булевом значении (0 и 1, или с низкими и высокими, или ложного и истинного) упоминаются как цифровой сигнал или логического сигнал или двоичный сигнал , когда он интерпретируется в терминах только два возможных цифры.
Два состояния обычно представлены некоторым измерением электрического свойства: наиболее распространенным является напряжение , но в некоторых логических семействах используется ток . Для каждого логического семейства обычно определяются два диапазона напряжений, которые часто не являются непосредственно смежными. Сигнал низкий в нижнем диапазоне и высокий в верхнем диапазоне, а между двумя диапазонами поведение может варьироваться между разными типами ворот.
Тактовый сигнал представляет собой специальный цифровой сигнал , который используется для синхронизации многих цифровых схем. Показанное изображение можно рассматривать как форму тактового сигнала. Логические изменения запускаются либо нарастающим, либо спадающим фронтом. Нарастающий фронт - это переход от низкого напряжения (уровень 1 на схеме) к высокому напряжению (уровень 2). Спад - это переход от высокого напряжения к низкому.
Хотя в сильно упрощенной и идеализированной модели цифровой схемы мы можем пожелать, чтобы эти переходы происходили мгновенно, ни одна из реальных схем не является чисто резистивной, и поэтому никакая схема не может мгновенно изменять уровни напряжения. Это означает, что в течение короткого конечного времени перехода выходной сигнал может неправильно отражать входной сигнал и не будет соответствовать ни логически высокому, ни низкому напряжению.
Модуляция [ править ]
Чтобы создать цифровой сигнал, аналоговый сигнал должен быть промодулирован управляющим сигналом для его создания. Простейшая модуляция, тип униполярного кодирования , заключается в простом включении и выключении сигнала постоянного тока так, чтобы высокое напряжение представляло «1», а низкое напряжение - «0».
В схемах цифровой радиосвязи одна или несколько несущих волн модулируются по амплитуде , частоте или фазе управляющим сигналом для создания цифрового сигнала, пригодного для передачи.
Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL) по телефонным проводам в основном не использует двоичную логику; цифровые сигналы для отдельных несущих модулируются с использованием различных логических схем, в зависимости от пропускной способности Шеннона отдельного канала.
Часы [ править ]
Цифровые сигналы могут быть дискретизированы тактовым сигналом через равные промежутки времени, пропуская сигнал через триггер . Когда это сделано, вход измеряется по фронту тактового сигнала и сигнал с этого момента. Затем сигнал остается устойчивым до следующих часов. Этот процесс является основой синхронной логики .
Также существует асинхронная логика , которая не использует единичные часы, обычно работает быстрее и может потреблять меньше энергии, но ее значительно сложнее разработать.
См. Также [ править ]
- Межсимвольная интерференция
Ссылки [ править ]
- ^ Роберт К. Дук (2005). Цифровой дизайн с приложениями CPLD и VHDL . ISBN 1401840302. Архивировано 17 декабря 2017 года . Проверено 30 августа 2017 .
Цифровое представление может иметь только определенные дискретные значения.
- ^ Proakis, Джон G .; Манолакис, Димитрис Г. (01.01.2007). Цифровая обработка сигналов . Пирсон Прентис Холл. ISBN 9780131873742. Архивировано 20 мая 2016 года . Проверено 22 сентября 2015 .
- ^ a b Методы аналоговой и цифровой связи Архивировано 17 декабря 2017 г. в Wayback Machine : «Цифровой сигнал представляет собой сложную форму волны, которую можно определить как дискретную форму волны, имеющую конечный набор уровней»
- ^ «Цифровой сигнал» . Архивировано 4 марта 2016 года . Проверено 13 августа 2016 .
- ^ Горовиц, Пол; Хилл, Уинфилд (1989). Искусство электроники, 2-е изд . Издательство Кембриджского университета. С. 471–473. ISBN 0521370957.
- ^ B. SOMANATHAN НАИРИТ (2002). Цифровая электроника и логический дизайн . PHI Learning Pvt. ООО п. 289. ISBN. 9788120319561.
Цифровые сигналы представляют собой импульсы фиксированной ширины, которые занимают только один из двух уровней амплитуды.
- ^ Иосиф Migga Kizza (2005). Компьютерная сетевая безопасность . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387204734.
- ^ a b «Применение полевых МОП-транзисторов в современных схемах переключения мощности» . Электронный дизайн . 23 мая 2016. Архивировано 10 августа 2019 года . Проверено 10 августа 2019 .
- ^ 2000 Решенные проблемы в цифровой электронике . Тата Макгроу-Хилл Образование . 2005. с. 151. ISBN. 978-0-07-058831-8.
- ^ Винод Кумар Кханна (2009). Цифровая обработка сигналов . п. 3.
Цифровой сигнал - это особая форма сигнала с дискретным временем, который дискретен как по времени, так и по амплитуде, полученный путем разрешения каждому значению (выборке) сигнала с дискретным временем получить конечный набор значений (квантование), присвоив ему числовой символ в соответствии с кодом ... Цифровой сигнал - это последовательность или список чисел, взятый из конечного набора.
- ^ JSChitode, Communication Systems , 2008: «Когда цифровой сигнал передается на большие расстояния, он требует модуляции CW».
- ^ Фред Халсолл, Компьютерные сети и Интернет : «Для передачи цифрового сигнала по аналоговой абонентской линии необходимо использовать модулированную передачу; это электрический сигнал, который представляет двоичный поток битов исходного (цифрового) выхода, который должен сначала быть преобразованным в аналоговый сигнал, совместимый с (телефонным) речевым сигналом ».
Внешние ссылки [ править ]
- Монти Монтгомори. Цифровое шоу и рассказ .
| vтеТелекоммуникации | ||
|---|---|---|
| История |
| |
| Пионеры |
| |
| Передача средств массовой информации |
| |
| Топология сети и коммутация |
| |
| Мультиплексирование |
| |
| Концепции |
| |
| Типы сети |
| |
| Известные сети |
| |
| Расположение (по регионам) |
| |
| ||
Категория
Контур
Портал
Commons
