打开主菜单
Gnome-multimedia-volume-control.svg

模拟信号(英語:Analog Signal)是指在時域上數學形式為連續函數訊號。與類比訊號對應的是數位訊號,後者採取分立的邏輯值,而前者可以取得連續值。類比訊號的概念常常在涉及的領域中被使用,不過經典力學水力學空氣動力學Pneumatic)等學科有時也會使用類比訊號的概念。

概述编辑

類比訊號利用對象的一些物理屬性來表達、传递信息。例如,非液體氣壓表利用指針螺旋位置來表達壓力資訊。在電學中,電壓是類比訊號最普遍的物理媒介,除此之外,頻率電流電荷也可以被用來表達類比訊號。

任何的資訊都可以用類比訊號來表達。這裡的訊號常常指物理現象中被測量對變化的響應,例如聲音、光、温度、位移、壓力,這些物理量可以使用傳感器測量。模拟訊號中,不同的時間點位置的訊號值可以是連續變化的;而對於數位訊號,不同時間點的訊號值總是處於預先設定的離散點,因此如果物理量的真實值不能在這些預設值中被找到,那麼這時數位訊號就與真實值存在一定的偏差。

分辨率编辑

理論上,類比訊號的分辨率趨近無窮大。不過在實際情況中,類比訊號的分辨率常常會受雜訊和訊號擺率(Slew Rate)的限制。因此,現實中的類比訊號和數位訊號的分辨率和頻寬都有一定的限制。在一些非常複雜的類比系統中,諸如非線性問題和雜訊等效應會降低類比訊號的分辨率,以至於此時它的分辨率甚至低於特定的數位訊號系統。類似的,當數位系統變得複雜時,數位資料流裡會產生錯誤。在實際的系統中,往往需要綜合應用兩種形式的訊號,從而使的系统獲得最好的工作性能。

优点编辑

模拟信号的主要优点是其精确的分辨率,在理想情况下,它具有无穷大的分辨率。[1]与数字信号相比,模拟信号的信息密度更高。[2]由于不存在量化误差,它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述。

模拟信号的另一个优点是,当达到相同的效果,模拟信号处理比数字信号处理更简单。模拟信号的处理可以直接通过模拟电路元件(例如运算放大器等)实现,[3]而数字信号处理往往涉及复杂的算法,甚至需要专门的数字信号处理器

缺點编辑

類比訊號的主要缺點是它總是受到雜訊(訊號中不希望得到的隨機變化值)的影響。訊號被多次複製,或進行長距離傳輸之後,這些隨機雜訊的影響可能會變得十分顯著。在電學裡,使用接地封鎖(Shield)、線路良好接觸、使用同軸電纜雙絞線,可以在一定程度上緩解這些負面效應。[4]

雜訊效應會使訊號產生失真。失真後的類比訊號幾乎不可能再次被還原,因為對所需訊號的放大會同時對雜訊訊號進行放大。如果雜訊頻率與所需訊號的頻率差距較大,可以透過引入電子濾波器[5]過濾掉特定頻率的雜訊,但是這一方案只能盡可能地降低雜訊的影響。因此,在雜訊在作用下,雖然類比訊號理論上具有無窮分辨率,但並不一定比數位訊號更加精確。

儘管數位訊號處理演算法相對複雜,但是現有的數位訊號處理器可以快速地完成這一項任務。[6]另外,電腦等系統的逐漸普及,使得數位訊號的傳播和處理都變得更加方便。諸如照相機等設備都逐漸實現數位化,儘管它們最初必須以類比訊號的形式接收真實物理量的資訊,最後都會透過類比數位轉換器轉換為數位訊號,以方便電腦進行處理,或透過網際網路進行傳輸。

调制编辑

利用信号的调变技术,可以将信号转换成所需要的不同性质的模拟信号。例如,可以对正弦载波进行调幅调频来达到特殊的工作目的。

参见编辑

参考文献编辑

  1. ^ "Digital Signal Processing: Instant access." Butterworth-Heinemann – Page 3
  2. ^ "Concise Dictionary of Computing." Penguin Reference – Penguin Books – pages 11–12.
  3. ^ "Digital Signal Processing: Instant access." Butterworth-Heinemann – pages 2–3
  4. ^ 章亚明. 嵌入式控制系統應用設計. 北京: 北京邮电大学出版社. 2010年. ISBN 978-7-5635-2359-7. 
  5. ^ 童诗白、华成英 主编. 模拟电子技术基础(第四版). 高等教育出版社. ISBN 978-7-04-018922-3. 
  6. ^ Andrew Bateman, Iain Paterson-Stephens. DSP算法、應用與設計(英文名:Algorithms, Applications and Design Techniques). 机械工业出版社. 2003. ISBN 7-111-12204-6.