模擬信號

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
Gnome-multimedia-volume-control.svg

模拟信号英语analog signal)是指在时域上数学形式为连续函数信号。与模拟信号对应的是数字信号,后者采取分立的逻辑值,而前者可以取得连续值。模拟信号的概念常常在涉及的领域中被使用,不过经典力学气动力学pneumatic)、水力学等学科有时也会使用模拟信号的概念。

概述[编辑]

模拟信号利用对象的一些物理属性来表达、传递信息。例如,非液体气压表利用指针螺旋位置来表达压强信息。在电学中,电压是模拟信号最普遍的物理媒介,除此之外,频率电流电荷也可以被用来表达模拟信号。

任何的信息都可以用模拟信号来表达。这里的信号常常指物理现象中被测量对变化的响应,例如声音、光、温度、位移、压强,这些物理量可以使用传感器测量。模拟信号中,不同的时间点位置的信号值可以是连续变化的;而对于数字信号,不同时间点的信号值总是处于预先设定的离散点,因此如果物理量的真实值不能在这些预设值中被找到,那么这时数字信号就与真实值存在一定的偏差。

分辨率[编辑]

理论上,模拟信号的分辨率趋近无穷大。不过在实际情况中,模拟信号的分辨率常常会受噪声和信号摆率(slew rate)的限制。因此,现实中的模拟信号和数字信号的分辨率和带宽都有一定的限制。在一些非常复杂的模拟系统中,诸如非线性问题和噪声等效应会降低模拟信号的分辨率,以至于此时它的分辨率甚至低于特定的数字信号系统。类似的,当数字系统变得复杂时,数字数据流里会产生错误。在实际的系统中,往往需要综合应用两种形式的信号,从而使的系统获得最好的工作性能。

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

缺点[编辑]

模拟信号的主要缺点是它总是受到杂讯(信号中不希望得到的随机变化值)的影响。信号被多次复制,或进行长距离传输之后,这些随机噪声的影响可能会变得十分显著。在电学里,使用接地屏蔽(shield)、线路良好接触、使用同轴电缆双绞线,可以在一定程度上缓解这些负面效应。[4]

噪声效应会使信号产生失真。失真后的模拟信号几乎不可能再次被还原,因为对所需信号的放大会同时对噪声信号进行放大。如果噪声频率与所需信号的频率差距较大,可以通过引入电子滤波器[5]过滤掉特定频率的噪声,但是这一方案只能尽可能地降低噪声的影响。因此,在噪声在作用下,虽然模拟信号理论上具有无穷分辨率,但并不一定比数字信号更加精确。

尽管数字信号处理算法相对复杂,但是现有的数字信号处理器可以快速地完成这一任务。[6]另外,计算机等系统的逐渐普及,使得数字信号的传播、处理都变得更加方便。诸如照相机等设备都逐渐实现数字化,尽管它们最初必须以模拟信号的形式接收真实物理量的信息,最后都会通过模拟数字转换器转换为数字信号,以方便计算机进行处理,或通过互联网进行传输。

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. 嵌入式控制系统应用设计. 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、应用与设计(英文名:Algorithms, Applications and Design Techniques). 机械工业出版社. 2003. ISBN 7-111-12204-6.