สัญญาณอะนาล็อกและดิจิตอลคืออะไร

ในขอบเขตที่กว้างขวางของวิศวกรรมไฟฟ้าส่วนประกอบที่สำคัญอยู่ในการจับและการใช้สัญญาณสัญญาณเหล่านี้เป็นพื้นฐานในทุกสิ่งตั้งแต่การศึกษาอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานไปจนถึงความซับซ้อนของสถาปัตยกรรมวงจรเป็นข้อเท็จจริงของความเข้าใจและการประยุกต์บทความนี้นำเสนออย่างลึกซึ้งในลักษณะที่หลากหลายของสัญญาณภายในวิศวกรรมไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งมุ่งเน้นไปที่ความแตกต่างอย่างสิ้นเชิงระหว่างรูปแบบอะนาล็อกและดิจิตอลเราเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความพื้นฐานและประเภทของสัญญาณความคืบหน้าในการสำรวจแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายและเอฟเฟกต์ที่ตามมาในการออกแบบวงจรที่หลากหลายการสำรวจครั้งนี้จะค่อยๆคลี่คลายความซับซ้อนของชั้นและเน้นบทบาทสำคัญในวิศวกรรมไฟฟ้าร่วมสมัย

สัญญาณภายในขอบเขตของวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์กลายเป็นท่อร้อยสายที่สำคัญสำหรับการเป็นตัวแทนและส่งข้อมูลพวกเขารวบรวมปริมาณทางกายภาพที่เปลี่ยนแปลงเวลาเช่นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าที่สามารถถ่ายทอดข้อมูลได้ซึ่งรวมถึง แต่ไม่ จำกัด เพียงการอ่านอุณหภูมิโดยรอบข้อมูลเสียงและวิดีโอและการถ่ายโอนบิตข้อมูลระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) และวงจรรวมลอจิกเกตมาตรฐาน (IC)ลักษณะที่หลากหลายของสัญญาณที่ปรากฏในรูปแบบของพวกเขา: พวกเขาอาจนำเสนอเป็นสัญญาณอะนาล็อกที่มีการพัฒนาตลอดเวลาหรือสมมติสถานะที่ไม่ต่อเนื่องของสัญญาณดิจิตอลสัญญาณอะนาล็อกมีความแตกต่างจากความสามารถในการรับค่านับไม่ถ้วนภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงและความต่อเนื่องของพวกเขาเชี่ยวชาญในการจับการเปลี่ยนแปลงที่น้อยที่สุดในปริมาณทางกายภาพสัญญาณดิจิตอลในทางตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิงถูก จำกัด ให้เพียงสองรัฐ: สูงและต่ำ

ในโลกที่ซับซ้อนของความหลากหลายของสัญญาณมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องตระหนักว่าสัญญาณดิจิตอลไม่ค่อยบรรลุสถานะในอุดมคติของ 0V หรือ 5Vสิ่งนี้เกิดจากลักษณะโดยธรรมชาติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลเช่นลอจิกไอซีซึ่งทำงานภายในภูมิภาคเกณฑ์เฉพาะเพื่อแยกแยะสถานะของสัญญาณว่าสูงหรือต่ำตัวอย่างเช่นพิจารณาอุปกรณ์บางอย่างที่สัญญาณต่ำกว่า 1.35V ถือว่าต่ำและอุปกรณ์ที่สูงกว่า 3.15V สูงแซนวิชระหว่างเกณฑ์เหล่านี้เป็นโซนสีเทาในภูมิภาคที่คลุมเครือนี้การตอบสนองของอุปกรณ์อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดของตรรกะจุดประสงค์ของการตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดนี้?เพื่อลดการอ่านที่ผิดพลาดที่เกิดจากเสียงรบกวนหรือความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยแอพพลิเคชั่นที่ใช้งานได้จริงต้องการให้นักออกแบบฟังเกณฑ์เหล่านี้เพื่อให้มั่นใจว่าสัญญาณอยู่ในเขตปลอดภัยที่กำหนดในทางกลับกันสัญญาณอะนาล็อกจะหลีกเลี่ยงการแบ่งเขตที่เข้มงวดเช่นนี้โดเมนของพวกเขาครอบคลุมสเปกตรัมต่อเนื่องพูดตั้งแต่ 0v ถึง 5Vแม้แต่การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่น้อยที่สุด - รูปภาพการเปลี่ยนแปลงจาก 0.00001V เป็น 4.9999V - อาจเป็นหัวใจความต่อเนื่องดังกล่าวทำให้สัญญาณอะนาล็อกเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการตอบสนองที่แม่นยำเป็นพิเศษต่อความผันผวนเล็กน้อยเช่นการขยายเสียงหรือการปรับสัญญาณ

ความแตกต่างระหว่างสัญญาณอะนาล็อกและสัญญาณดิจิตอล

การดำน้ำในขอบเขตของการศึกษาด้านวิศวกรรมไฟฟ้าสามเณรมักจะพบกับวงจรดิจิตอลอย่างหมดจดกระนั้นการเรียนรู้พื้นฐานมักจะเริ่มต้นด้วยวงจรอะนาล็อกวงจรเหล่านี้เป็นผลรวมของส่วนประกอบเบื้องต้น - ตัวต้านทานตัวเก็บประจุไดโอด - และฟังก์ชั่นการทำงานของพวกเขานั้นมีรากฐานมาจากเทคโนโลยีอะนาล็อกใช้วงจรอะนาล็อกพื้นฐานตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า: ตัวต้านทานเพียงคู่เดียวคือทั้งหมดที่ใช้ในการแบ่งแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนกับความต้านทานของพวกเขาหรือพิจารณาวงจรออสซิลเลเตอร์อย่างง่ายซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุซึ่งสร้างสัญญาณรูปคลื่นอย่างต่อเนื่องในสถานการณ์ที่ต้องการความซับซ้อนมากขึ้นเช่นในตัวรับสัญญาณวิทยุหรือโมเด็มวงจรอะนาล็อกจะพัฒนาขึ้นที่นี่พวกเขาเจาะลึกเข้าไปในดินแดนที่ซับซ้อนมากขึ้นเกี่ยวกับการเลือกความถี่การขยายสัญญาณและการกรอง

วงจรอะนาล็อกเปล่งประกายในการจัดการงานที่เฉพาะเจาะจงอย่างมีประสิทธิภาพอย่างไรก็ตามการออกแบบของพวกเขาเป็นเขาวงกตของความซับซ้อนไม่เพียง แต่ต้องการประสบการณ์การปฏิบัติที่กว้างขวาง แต่ยังเป็นรากฐานที่แข็งแกร่งในความรู้ทางทฤษฎีความซับซ้อนนี้ประกอบไปด้วยการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนและการคำนวณการเจาะลึกลงไปในอาณาจักรเช่นการแปลงฟูริเยร์และทฤษฎีการออกแบบตัวกรองในทางตรงกันข้ามการสร้างและแก้ไขปัญหาวงจรดิจิตอลคือการเดินในสวนสาธารณะไอซีดิจิตอลจำนวนมากได้รับการออกแบบมาอย่างชาญฉลาดเพื่อทำซ้ำฟังก์ชั่นของวงจรอะนาล็อก แต่ก็ง่ายกว่ามากยกตัวอย่างเช่นใช้ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSPS) สามารถดำเนินงานการประมวลผลสัญญาณที่ซับซ้อนซึ่งอาจต้องใช้การตั้งค่าอะนาล็อกที่ซับซ้อน

เมื่อพูดถึงการรบกวนการรบกวนวงจรอะนาล็อกมีความเสี่ยงมากขึ้นการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการแปรผันของอุณหภูมิ - สามารถทำให้เกิดความหายนะนำไปสู่การบิดเบือนสัญญาณและการสูญเสียประสิทธิภาพในทางกลับกันวงจรดิจิตอลยืนหยัดต่อสู้กับความท้าทายดังกล่าวพวกเขาใช้ระดับสูงและต่ำเพื่อเป็นตัวแทนของข้อมูลอนุญาตให้พวกเขาป้องกันเสียงรบกวนและการรบกวนเล็กน้อยแต่ความแข็งแกร่งนี้มาในราคา - วงจรดิจิตอลมักจะเรียกร้องการผลิตที่มีความแม่นยำสูงกว่าและการออกแบบตรรกะที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น

วงจรดิจิตอลส่วนใหญ่โอบกอดการออกแบบแบบซิงโครนัสพวกเขาพึ่งพาสัญญาณนาฬิกาแบบครบวงจรเพื่อซิงโครไนซ์การทำงานของส่วนประกอบต่าง ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าระบบทำงานได้อย่างกลมกลืนวงจรอะนาล็อกแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงพวกเขาส่วนใหญ่เป็นอะซิงโครนัสสามารถตอบสนองทันทีต่อการเปลี่ยนแปลงสัญญาณอินพุต-ลักษณะที่สำคัญสำหรับการจัดการสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

การดำน้ำลึกลงไปในการแบ่งขั้วของความหลากหลายของสัญญาณในวิศวกรรมไฟฟ้าความแตกต่างระหว่างสัญญาณอะนาล็อกและดิจิตอลจะชัดเจนอย่างชัดเจนสัญญาณแต่ละประเภทที่มีคุณลักษณะที่เป็นเอกลักษณ์จะแกะสลักช่องสัญญาณอะนาล็อกที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องและความแม่นยำสูงและสัญญาณดิจิตอลที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งแกร่งและความสะดวกในการประมวลผลแต่ละบทบาทสำคัญในการเล่นการทำความเข้าใจกับสัญญาณเหล่านี้ธรรมชาติและการทำงานของพวกเขาไม่ได้เป็นเพียงแค่ทักษะสำคัญสำหรับวิศวกรไฟฟ้ามันเป็นฟันเฟืองที่สำคัญในวงล้อการออกแบบและนวัตกรรม