Digitaalinen signaali - Digital signal
Digitaalinen signaali on signaali , joka edustaa datan sekvenssi erillisiä arvoja; se voi milloin tahansa ottaa vain korkeintaan yhden rajallisista arvoista. Tämä on ristiriidassa analogisen signaalin kanssa , joka edustaa jatkuvia arvoja; koska tahansa se edustaa reaalilukua jatkuvalla arvoalueella.
Yksinkertaiset digitaaliset signaalit edustavat tietoa analogisten tasojen erillisillä kaistoilla. Kaikki arvovyöhykkeen tasot edustavat samaa tietotilaa . Useimmissa digitaalipiireissä signaalilla voi olla kaksi mahdollista kelvollista arvoa; tätä kutsutaan binäärisignaaliksi tai loogiseksi signaaliksi . Niitä edustaa kaksi jännitealuetta: toinen lähellä viitearvoa (tyypillisesti maadoitus- tai nollavolttia) ja toinen arvo lähellä syöttöjännitettä. Nämä vastaavat kahta Boolean -alueen arvoa "nolla" ja "yksi" (tai "epätosi" ja "tosi") , joten binäärisignaali edustaa milloin tahansa yhtä binaarilukua (bittiä). Tämän diskretoinnin vuoksi suhteellisen pienet muutokset analogisten signaalien tasoihin eivät jätä erillistä verhokäyrää, ja sen vuoksi signaalitilan tunnistuspiirit jättävät ne huomiotta. Tämän seurauksena digitaalisilla signaaleilla on kohinanvaimennus ; elektroninen melu , jos se ei ole liian suuri, ei vaikuta digitaalisiin piireihin, kun taas kohina heikentää aina jossain määrin analogisten signaalien toimintaa.
Joskus käytetään digitaalisia signaaleja, joissa on enemmän kuin kaksi tilaa; Tällaisia signaaleja käyttävää piiriä kutsutaan moniarvoiseksi logiikaksi . Esimerkiksi signaaleja, jotka voivat olettaa kolme mahdollista tilaa, kutsutaan kolmiarvoiseksi logiikaksi .
Digitaalisen signaalin, fysikaalinen suure edustava tieto voi olla vaihteleva sähkövirran tai jännitteen, intensiteetti, vaihe tai polarisaatio olevan optisen tai muun sähkömagneettisen kentän , akustinen paine, magnetoinnin on magneettisia tallennusvälineitä media, ja niin edelleen. Digitaalisia signaaleja käytetään kaikessa digitaalisessa elektroniikassa , erityisesti laskentalaitteissa ja tiedonsiirrossa .
Määritelmät
Termillä digitaalinen signaali on siihen liittyviä määritelmiä eri yhteyksissä.
Digitaalisessa elektroniikassa
On digitaalinen elektroniikka , digitaalinen signaali on pulssijonon (a pulssiamplitudimoduloidut signaali), eli sekvenssi tasalevyisellä kanttiaalto sähköisiä pulsseja tai valopulsseja, kukin miehittää yksi erillisistä tasojen lukumäärä amplitudi. Erikoistapaus on looginen signaali tai binäärisignaali , joka vaihtelee matalan ja korkean signaalitason välillä.
Pulssin junat digitaalisten piirien muodostetaan tyypillisesti metalli-oksidi-puolijohde kanavatransistori (MOSFET) laitteita, mikä johtuu niiden nopeasta-off sähköisen kytkennän nopeus ja laajamittainen integraatio (LSI) valmiudet. Sitä vastoin BJT -transistorit tuottavat hitaammin siniaaltoja muistuttavia analogisia signaaleja .
Signaalin käsittelyssä
In digitaalinen signaalinkäsittely , digitaalinen signaali on esitys fyysisen signaalin, joka näytteistetään ja kvantisoidaan. Digitaalinen signaali on abstraktio, joka on diskreetti ajassa ja amplitudissa. Signaalin arvo on olemassa vain säännöllisin väliajoin, koska vain vastaavan fyysisen signaalin arvot näillä näytteenottohetkillä ovat merkittäviä digitaalisen jatkokäsittelyn kannalta. Digitaalinen signaali on koodisarja, joka on piirretty rajallisesta arvojoukosta. Digitaalinen signaali voidaan tallentaa, käsitellä tai lähettää fyysisesti pulssikoodimodulaatiosignaalina (PCM).
Viestinnässä
On digitaalinen viestintä , digitaalinen signaali on jatkuva-aikainen fyysinen signaali vuorotellen diskreetti aaltomuotojen määrä, joka edustaa bittivirta . Aaltomuodon muoto riippuu lähetysjärjestelmästä, joka voi olla joko kantataajuisen lähetyksen mahdollistava linjakoodausjärjestelmä ; tai digitaalinen modulaatiomenetelmä , joka mahdollistaa pääsykaistan lähetyksen pitkien johtojen tai rajoitetun radiotaajuuskaistan yli. Tällaista kantoaallon moduloimaa siniaaltoa pidetään digitaalisena signaalina digitaalista viestintää ja tiedonsiirtoa koskevassa kirjallisuudessa, mutta sitä pidetään bittivirtana, joka muunnetaan analogiseksi signaaliksi elektroniikassa ja tietokoneverkossa.
Viestinnässä häiriölähteet ovat yleensä läsnä, ja melu on usein merkittävä ongelma. Häiriöiden vaikutukset minimoidaan tyypillisesti suodattamalla häiriösignaalit pois mahdollisimman paljon ja käyttämällä datan redundanssia . Digitaalisten signaalien tärkeimpiä etuja viestinnässä pidetään usein kohinankestävyytenä ja kyvynä monissa tapauksissa, kuten ääni- ja videodatan kanssa, käyttää datan pakkaamista tiedonvälitysvälineiden tarvitseman kaistanleveyden pienentämiseksi huomattavasti.
Loogiset jännitetasot
Aaltomuoto , joka kytkee edustavat kahden valtion on Boolen arvo (0 ja 1, tai matala ja korkea, tai epätosi ja tosi) on kutsutaan digitaalisen signaalin tai loogisen signaalin tai binaarinen signaali , kun se on tulkittu vain kaksi mahdollista numerot.
Näitä kahta tilaa edustaa yleensä jokin sähköominaisuuden mittaus: Jännite on yleisin, mutta joissakin logiikkaperheissä käytetään virtaa . Jokaiselle logiikkaperheelle on tyypillisesti määritelty kaksi jännitealuetta, jotka eivät usein ole suoraan vierekkäin. Signaali on matala matalalla alueella ja korkea korkealla alueella, ja näiden kahden alueen välillä käyttäytyminen voi vaihdella eri porttityyppien välillä.
Kellosignaali on erityinen digitaalinen signaali, jota käytetään synkronoimaan paljon digitaalisia piirejä. Esitettyä kuvaa voidaan pitää kellosignaalin aaltomuodona. Loogiset muutokset laukaisevat joko nouseva reuna tai laskeva reuna. Nousureuna on siirtyminen matalajännitteestä (kaavion taso 1) korkeajännitteeseen (taso 2). Laskeva reuna on siirtyminen korkeajännitteestä matalaan.
Vaikka digitaalipiirin erittäin yksinkertaistetussa ja idealisoidussa mallissa voimme toivoa, että nämä siirtymät tapahtuvat välittömästi, mikään reaalimaailman piiri ei ole puhtaasti resistiivinen eikä siksi mikään piiri voi muuttaa jännitetasoja välittömästi. Tämä tarkoittaa, että lyhyen, rajallisen siirtymäajan aikana lähtö ei ehkä heijasta oikein tuloa eikä vastaa loogisesti korkeaa tai matalaa jännitettä.
Modulaatio
Digitaalisen signaalin luomiseksi analoginen signaali on moduloitava ohjaussignaalilla sen tuottamiseksi. Yksinkertaisin modulaatio, eräänlainen unipolaarinen koodaus , on yksinkertaisesti kytkeä DC -signaali päälle ja pois päältä niin, että korkeat jännitteet edustavat arvoa 1 ja pienet jännitteet ovat 0.
In digitaalinen radio järjestelmissä yksi tai useampi kantaja-aallot ovat amplitudi , taajuus tai vaihe moduloidun ohjaussignaalin tuottamiseksi digitaalisen signaalin, joka soveltuu lähetettäväksi.
Epäsymmetrinen digitaalinen tilaajalinja (ADSL) puhelinjohtojen kautta , ei käytä ensisijaisesti binäärilogiikkaa; yksittäisten kantoaaltojen digitaaliset signaalit moduloidaan eri arvologiikalla riippuen yksittäisen kanavan Shannon -kapasiteetista .
Kellotus
Digitaalisista signaaleista voidaan ottaa näytteitä kellosignaalilla säännöllisin väliajoin kuljettamalla signaali flip-flopin läpi . Kun tämä on tehty, tulo mitataan kellon reunasta ja signaali tältä ajalta. Signaali pidetään vakaana seuraavaan kelloon saakka. Tämä prosessi on synkronisen logiikan perusta .
On myös asynkronista logiikkaa , joka ei käytä yhtä kelloa ja toimii yleensä nopeammin ja voi kuluttaa vähemmän virtaa, mutta sen suunnittelu on huomattavasti vaikeampaa.
Katso myös
Viitteet
Ulkoiset linkit
- Monty Montgomory. Digital Show & Tell .
- CodSim 2.0: Avoimen lähdekoodin virtuaalilaboratorio digitaaliseen tietoliikenteeseen Malli Tietokonearkkitehtuuri, Malagan yliopisto. Simuloi digitaalisia linjakoodauksia ja digitaalisia modulaatioita. Kirjoitettu HTML -muodossa mille tahansa verkkoselaimelle.