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模擬訊號

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模擬訊號英語:analog signal),是指在時域上數學形式為連續函數訊號。與模擬訊號對應的是數碼訊號,後者採取分立的邏輯值,而前者可以取得連續值。模擬訊號的概念常常在涉及的領域中被使用,不過經典力學氣動力學pneumatic)、水力學等學科有時也會使用模擬訊號的概念。

概述[編輯]

模擬訊號利用物件的一些物理屬性來表達、傳遞資訊。例如,非液體氣壓表利用指標螺旋位置來表達壓強資訊。在電學中,電壓是模擬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模擬訊號。

任何的資訊都可以用模擬訊號來表達。這裏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、溫度、位移、壓強,這些物理量可以使用傳感器測量。模擬訊號中,不同的時間點位置的訊號值可以是連續變化的;而對於數碼訊號,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,那麼這時數碼訊號就與真實值存在一定的偏差。

解像度[編輯]

理論上,模擬訊號的解像度趨近無窮大。不過在實際情況中,模擬訊號的解像度常常會受雜訊和訊號擺率(slew rate)的限制。因此,現實中的模擬訊號和數碼訊號的解像度和頻寬都有一定的限制。在一些非常複雜的模擬系統中,諸如非線性問題和雜訊等效應會降低模擬訊號的解像度,以至於此時它的解像度甚至低於特定的數碼訊號系統。類似的,當數碼系統變得複雜時,數碼數據流里會產生錯誤。在實際的系統中,往往需要綜合應用兩種形式的訊號,從而使的系統獲得最好的工作效能。

優點[編輯]

模擬訊號的主要優點是其精確的解像度,在理想情況下,它具有無窮大的解像度。[1]與數碼訊號相比,模擬訊號的資訊密度更高。[2]由於不存在量化誤差,它可以對自然界物理量的真實值進行儘可能逼近的描述。

模擬訊號的另一個優點是,當達到相同的效果,模擬訊號處理比數碼訊號處理更簡單。模擬訊號的處理可以直接通過模擬電路元件(例如運算放大器等)實現,[3]而數碼訊號處理往往涉及複雜的演算法,甚至需要專門的數碼訊號處理器

缺點[編輯]

模擬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。在電學裏,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。失真後的模擬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,可以通過引入電子濾波器[5]過濾掉特定頻率的雜訊,但是這一方案只能儘可能地降低雜訊的影響。因此,在雜訊在作用下,雖然模擬訊號理論上具有無窮解像度,但並不一定比數碼訊號更加精確。

儘管數碼訊號處理演算法相對複雜,但是現有的數碼訊號處理器可以快速地完成這一任務。[6]另外,電腦等系統的逐漸普及,使得數碼訊號的傳播、處理都變得更加方便。諸如照相機等裝置都逐漸實現數碼化,儘管它們最初必須以模擬訊號的形式接收真實物理量的資訊,最後都會通過模擬數碼轉換器轉換為數碼訊號,以方便電腦進行處理,或通過互聯網進行傳輸。

調制[編輯]

利用訊號的調變技術,可以將訊號轉換成所需要的不同性質的模擬訊號。例如,可以對正弦載波進行調幅調頻來達到特殊的工作目的。

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  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. ^ 章亞明. 嵌入式控制系統應用設計. 北京: 北京郵電大學出版社. 2010年. ISBN 978-7-5635-2359-7. 
  5. ^ 童詩白、華成英 主編. 模擬電子技術基礎(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). 機械工業出版社. 2003. ISBN 7-111-12204-6.