数字信号是什么?关于数字信号的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:00:14

数字信号是用于将数据表示为离散值序列的信号。在任何给定时间,它只能取有限数量值中的一个。 这与代表连续值的模拟信号形成对比,在任何给定时间,它代表一个连续数值范围内的实数。

单的数字信号代表模拟电平离散带中的信息。一定范围内的所有值代表相同的信息状态。在大多数数字电路中,信号可以有两个可能的值;这被称为二进制信号或逻辑信号。 它们由两个电压带表示:一个接近参考值(通常称为地电平或零伏),另一个接近电源电压。这些对应于布尔域的两个值“0”和“1”(或“假”和“真”),因此在任何给定时间,二进制信号代表一个二进制数字(位)。由于这种离散化,模拟信号电平相对较小的变化不会离开离散包络,因此信号状态感测电路会忽略这些变化。因此,数字信号具有抗噪声能力;只要电子噪声不太大,它就不会影响数字电路,而噪声总是在一定程度上降低模拟信号的工作性能。

偶尔有使用具有两种以上状态的数字信号;使用这种信号的电路被称为多值逻辑电路。例如,可以假设三种可能状态的信号为三值逻辑。

在数字信号中,表示信息的物理量可以是可变的电流、电压、光或其他电磁场,它们的强度、相位或极化、声压、磁存储介质的磁化等。数字信号用于所有数字电子设备,尤其是计算设备和数据传输。

定义

数字信号一词在不同的上下文中有不同的定义。

在数字电子领域

五电平调幅数字信号

在数字电子技术中,数字信号是脉冲序列(脉冲幅度调制信号),即一系列固定宽度的方波电脉冲或光脉冲,每个脉冲占据一个离散的幅度电平。 特殊情况是逻辑信号或二进制信号,它在低信号电平和高信号电平之间变化。

在信号处理领域

在信号处理中,数字信号是在时间和幅度上离散的抽象,这意味着它只存在于特定的时刻。

在数字信号处理中,数字信号代表被采样和量化的物理信号。数字信号是在时间和幅度上离散的抽象。信号的值只存在于特定的时间间隔,因为只有在这些采样时刻对应的物理信号值对于进一步的数字处理是有用的。数字信号是从一组有限的值中提取的一系列代码。 数字信号可以作为脉冲编码调制信号(PCM)进行存储、处理或传输。

在通信领域

频移键控信号(FSK)在两个波形之间交替,并允许通带传输。在关于数据传输的文献中,它被认为是数字的。

一种用于基带传输(线路编码)的AMI编码数字信号

在数字通信中,数字信号是连续时间的物理信号,在离散数量的波形之间交替, 代表比特流。波形的形状取决于传输方案,传输方案可以是允许基带传输的线路编码方案;、或数字调制方案,允许通过长线路或有限的无线电频带进行通带传输。这种载波调制正弦波在数字通信和数据传输文献中被认为是数字信号, 但在电子和计算机网络中被认为是转换成模拟信号的比特流。

在通信中,通常存在干扰源,噪声通常是一个严重问题。通常使用尽可能滤除干扰信号和使用数据冗余来降低干扰的影响,通常认为数字信号用于通信的主要优势是抗干扰能力,以及在许多情况下(例如音频和视频数据)可以使用数据压缩来大幅降低通信介质所需带宽的能力。

逻辑电压电平

逻辑信号波形:(1)低电平,(2)高电平,(3)上升沿, (4)下降沿。

当仅用两个可能的数字来解释时,代表布尔值两种状态(0和1,或低和高,或假和真)的开关波形被称为数字信号或逻辑信号或二进制信号。

这两种状态通常由电气特性的某种测量来表示:电压是最常见的,但电流也在一些逻辑族中使用。为每个逻辑系列设计一个阈值:低于该阈值时信号为低,高于阈值时信号为高。

时钟信号是一种特殊的数字信号,用于同步许多数字电路。所示图像可视为时钟信号的波形。逻辑变化由上升沿或下降沿触发。上升沿是从低电压(图中的电平1)到高电压(电平2)的过渡。下降沿是从高电压到低电压的过渡。

尽管在一个高度简化和理想化的数字电路模型中,尽管我们希望这些转换能够瞬间发生,但存在纯阻性的真实电路,因此没有一个电路能够瞬间改变电压电平。这意味着在有限短的转换时间内,输出可能无法正确反映输入,并且不会对应于逻辑高电压或低电压。

调制

为了产生数字信号,必须用控制信号调制模拟信号来产生它。最简单的调制,一种单极编码,就是简单地打开和关闭DC信号,这样高电压代表“1”,低电压代表“0”。

在数字无线电方案中,一个或多个载波由控制信号进行幅度、频率或相位调制,以产生适于传输的数字信号。

电话线上的ADSL线路,要不使用二进制逻辑;根据各个信道的香农容量,用不同的逻辑值调制各个载波的数字信号。

时钟

通过时钟触发器为数字信号计时

数字信号可以通过触发器以规则的间隔被时钟信号采样。完成后,在时钟边沿测量输入,信号从那时开始。然后信号保持稳定,直到下一个时钟。这个过程是同步逻辑的基础。

异步逻辑也存在,它不使用单个时钟,通常运行更快,可能使用更少的功率,但设计起来要困难得多。