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数字信号和模拟信号

模拟信号(Analog signal)简称 A

模拟信号是连续的信号,如下图中红色的曲线

优点

  1. 更容易处理
  2. 最适合音频和视频传输
  3. 具有更高的密度,可以传输更精细的信息
  4. 需要的带宽比数字信号少
  5. 可以准确的表达物理现象的变化
  6. 电气容差敏感度较低

缺点

  1. 长距离传输可能会产生意外干扰信号
  2. 容易产生耗损
  3. 数字信号抗扰性更高,模拟信号更容易受到噪声和失真的影响
  4. 信号质量较低

数字信号(Digital signal)简称 D

数字信号是离散的信号,如下图中黑色的阶梯型曲线

优点

  1. 能以更小的噪声,失真和干扰传递信息
  2. 数字电路能以较低的成本更容易大量复制
  3. 数字信号处理更加灵活,因为通过数字可编程系统可以改动DSP的操作
  4. 数字信号处理更加安全,数字信号可以被轻易加密和压缩
  5. 数字系统更加精确,而且通过错误检测和矫正代码可以降低错误发生的几率
  6. 数字信号可以通过半导体芯片存储在任何磁性介质或者光学介质上
  7. 数字信号可以远距离传输

缺点

  1. 与传输相同信息的模拟信号相比,数字通信需要更高的带宽
  2. DSP以更高的速率处理信号,而且包含更多上层内部硬件资源,这将导致更高的功耗,而模拟信号处理因为包含消耗更少能量的无源组件,所以功耗相对较低
  3. 数数字系统和处理通常更为复杂

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为什么要进行数模转换呢

  1. 模拟信号转数字信号:ADC

    因为需要使用计算机对数据进行各种计算来处理成矩阵图像,而模拟信号是无法被计算机处理的。计算机只能处理离散的具体数据,而模拟数据是连续的,是不具体的,故而无法对模拟信号进行处理。计算机的时间不是连续的,是有最小的时钟信号的

    过程

    Untitled

    如图,输入为模拟信号,通过采样保持电路(S/H)对其进行处理,创建该信号的近似数字表示,信号幅度不再是无限,而是根据ADC分辨率量化成的离散值,具有较高分辨率的ADC将具有更精细的步长,并且能更准确的表达输入模拟信号,ADC的最后一级将数字化信号编码为代表模拟信号幅度的二进制比特流

  2. 数字信号转模拟信号:DAC

    对于一些设备的控制,不可能只用数字信号就能控制的了的,所以需要一些手段来进行连续的控制,例如电机的控制,电机是通过控制电流或者电压来控制的,但是电流和电压是连续的模拟信号,所以就需要数字信号转化为模拟信号,常使用保持器来保证控制的连续性

    过程

    Untitled

    DAC提供反向操作,DAC的输入是来自数字系统的二进制数据流,它输出的离散值可近似为模拟信号,DAC分辨率越高,输出信号也会更加接近真实的,平滑连续的模拟信号,在模拟信号链中经常还有一个后置滤波器,用于进一步平滑波形