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数字信号,你真的搞清楚了吗?

数字信号看似一个非常常规而成熟的概念,其实含有很大的混淆。今天就来大概谈谈这个概念,和大家讨论。按照我们通常的定义,数字信号是指幅度和时间都离散的信号叫“数字信号”。而很多书里面也说处理数字信

  数字信号看似一个十分惯例而老练的概念,其实含有很大的混杂。今日就来大约谈谈这个概念,和咱们评论。

  依照咱们一般的界说,数字信号是指起伏和时刻都离散的信叫喊“数字信号”。而许多书里边也说处理数字信号的电路便是数字电路。其实真的是这样吗?之前被我带过的女生质问过说她认为什么Digital Sensor、Digital LDO都是假的,因为这些电路处理的都是“模仿信号”。所以这些都是“模仿电路”。她觉得她其时做的课题不是“做数字”,因而对此很不满足。其时因为许多问题没想清楚,也不想和她深化争辩这个问题。但现在得空了,就来好好剖析一下这个问题。

  这事首先要评论一个问题。什么叫信号(Signal)。依照信号与体系的界说,信号是传递有关一些现象的行为或特色的信息的函数。而这个函数一般自变量是时刻或许是方位。跟着时刻接连改变的信号,那么背界说为模仿信号。而不是跟着时刻接连改变,也便是距离一段时刻(一般为固定周期)改变的信号,其实便是离散时刻信号。而假如离散时刻信号只要有限个取值的,便是数字信号。所以咱们谈数字信号,实践上谈的是信号自身的一种特色或许数学上的特征。假如笼统的来谈信号,其实便是一个数学上的函数的概念。一个数(自变量)与数(因变量)的联系。

  但从别的一方面来讲,信号是必须有载体的。是要有物理的现成才能把信号表明出来。实践国际的物理现象(微观上的)假如以时刻为自变量,那么绝大部分都能够表明成某种物理量的改变进程。而这种改变进程中,时刻是接连改变的而物理量也是接连改变的。这显然是一种模仿信号。例如温度的改变,飞机速度的改变等等。自然界有没有天然生成的数字信号?应该是没有的。可是应该是极端特定的条件下有天然生成的离散时刻信号。此时我的脑子里就显现出来了一个匀速跳动的青蛙。它的位移量应该是一个离散时刻信号……(我是不是不知不觉又续了?)

  假如咱们要对这些信号加以记载和处理,咱们应该是先把这些信号改变为电信号。这个转化的进程就叫做“传感”。履行这个进程的器材叫做传感器。传感器把某种物理量改变成了以电压或许电流表明的信号。这个信号是对实践国际物理量的“复刻”或许说“再现”,因而这个也契合模仿信号的特色。

  咱们也知道咱们要把模仿信号用数字信号处理的方法来求解,是要把模仿信号用数字信号来表明。那么第一步便是要把模仿信号由时刻上接连变为时刻上离散的。咱们都知道这个进程叫做采样。采样完了的信号时刻上是离散的,距离了若干周期才改变。可是因变量的取值仍然是随意的。那么在接下来的进程中,经过把这些因变量映射到固定的数值上去。这个进程上叫量化。可是这个量化,在实践的物理进程上就有问题了。按理说量化完了,这个信号就现已是自变量也离散,因变量也离散了。最终就应该是数字信号了啊。可是为什么咱们的AD转化进程应该三步:采样、量化、编码啊(严格说来是四步:采样、坚持、量化、编码,可是这个坚持的进程是做ADC电路设计时分才考虑的)。这就涉及到一个问题:那便是数字信号的“表征”问题。

  已然数字信号是自变量和应变量都是离散的。那咱们其实最直观的想到的便是用一个有有限个起伏值的脉冲信号来表征它。比方1便是1V,2便是2V,3便是3V……事实上,在数模转化中,咱们其实是把惯例的数字信号转化成了这种类型的脉冲。但咱们在实在的体系中并没有用这种方法来表征数字信号,而是选用了的一套二进制的数值体系来表征这个数字信号。这个二进制的数值体系是选用多个二值信号+权重的方法来表明数值的。所以咱们知道了,编码的进程,本质上是将数字信号转化为以特定的二进制数值体系表征的进程。当然,也能够考虑将其转化为多进制(如苏联大力研发的三进制)或许其它体系的数值体系(如余数体系、随机数等)。而所谓的“数字信号处理”,实践上是对现已被某种数值体系表明出来的数字信号加以核算。本质上是在用“数值核算”的方法来处理。惯例的“数值核算”自然是二进制的加减运算了。而假如表明为十分规的数值体系,其实也能够做数值核算。比方余数体系便是前几年大热的一种数值体系,许多做信号处理电路的人是在这个层面上做立异。发了(水了)不少论文。

  回过头来说。构成这个二进制数值体系的根基,是二值化的特定信号。这种信号显然是一种数字信号(时刻上离散,取值只要两种)。所以咱们讲数字信号的时分往往是在讲这种信号。但这并不是数字信号的悉数。但恰恰又是咱们一般以这种二值信号为根底构建的二进制数值体系来表征了数字信号,然后产生了概念上的混杂。

  最终回到当年那个女生问我的问题。现在我应该翻过来答复,但凡电路的作业进程中,信号的改变进程是以时刻离散且应变量离散的方法进行的,都应该是Digital的。比方 Digital LDO,便是把LDO的改变从接连的可调,变为了经过在时刻上开关一组LDO。从接连的操控变成了时刻也离散,因变量也离散的操控。这种当然当得起“Digital”的名。

  至于数值体系的事,回头再聊。

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