آشنایی با سیگنال های دیجیتال و آنالوگ

دوستان و همراهان سخت افزاری،از آنجایی که سیگنال های آنالوگ و دیجیتال در تمامی سطوح سخت افزار و نرم افزار حرف اول و آخر را می زنند،آشنایی با آنها بسیار مهم است.در این مطلب شما را با  سیگنال های آنالوگ و دیجیتال آشنا خواهیم کرد.با ما همراه باشید.

سیگنال آنالوگ

سیگنال آنالوگ (Analog Signal)، سیگنالی است پیوسته در زمان که دامنه آن نیز پیوسته است. برخلاف علائم رقومی (دیجیتال) کوچک‌ترین تغییرات الکترونیکی در این علائم نیز دارای مفهوم هستند و در نظر گرفته می‌شوند. هر فرایند طبیعی خواه تحت کنترل آدمی باشد، خواه مستقل، سیگنال آنالوگ تولید می‌کند. مدل ریاضی سیگنال قیاسی (آنالوگ) تابعی است که بر روی بخشی از محور حقیقی تعریف می‌شود. عملیات انجام شده بر روی سیگنال آنالوگ، همچون دریافت سیگنال، تقویت، فیلتر کردن و انتقال آن، نیز توسط مدارهای الکترونیکی معمول انجام می‌گیرد.سیگنال ایجاد شده توسط یک میکروفون نمونه کامل یک سیگنال آنالوگ است. سیگنال مدوله نشده تصویر تلویزیونی را نیز می توان سیگنالی پیوسته خواند.

از آنجایی که متغیر در حال تغییر نسبت به زمانِ سیگنال، نمادی است از یک کمیت در حال تغییر نسبت به زمان دیگر، به آن آنالوگ به معنای قیاس‌پذیر یا مشابه می‌گویند، یعنی قیاس‌پذیر یا مشابه یک کمیت دیگر است.برای آشنایی آسان با سیگنال آنالوگ،می توان یک کارت صدا و سیگنال های تلویزیونی را مثال زد.به عنوان مثال،تیونرهای تلویزیون سیگنال های ارسالی را به صورت بستر آنالوگ و دیجیتال دریافت کرده و سپس آنها را تغییر می دهند.یعنی تیونر تلویزیون و دیگر قطعات،دارای یک وظیفه مهم هستند و آن هم تبدیل سیگنالیک است.کارت صدا نیز وظیفه ای مشابه دارد.سیگنال و یا فایل های صوتی ذخیره شده در کامپیوتر ها،توسط کارت صدا تغییر سیگنال را پیش از اجرا تجربه می کنند.منظور از کارت صدا می تواند بخش صوتی مادربرد باشد.

سیگنال دیجیتال

سیگنال دیجیتال، سیگنالی است که هم از نظر زمان رخداد و هم از نظر مقدار در بازه خاصی محدود شده باشد. سیگنال دیجیتال در مقابل سیگنال آنالوگ تعریف می‌شود،که در آن حدودی برای این پارامترهای تعریف نمی‌شود.سیگنال دیجیتال از نظر ریاضی، سیگنالی است که فقط از صفرها و یک‌های منطقی تشکیل شده باشد.این یک و صفرها ممکن است به شیوه‌های مختلفی نشان داده شوند که به این شیوه،کدینگ سیگنال گویند.

با استفاده از تبدیل فوریه می‌توان نشان داد که اگر از یک سیگنال پیوسته با بسامدی دست کم ۲ برابر بیشینه بسامد موجود در آن نمونه‌برداری کنیم، می‌توان با استفاده از مقادیر نمونه برداری شده آن سیگنال اصلی را دقیقاً بازسازی کرد. به بسامد دو برابر مزبور بسامد نایکویست گفته می‌شود و در سیستم‌های عملی جهت ملاحظات خاصی ۲.۲ در نظر گرفته می‌شود. حاصل نمونه‌برداری از سیگنال پیوسته را سیگنال گسسته گویند. سیگنال گسسته را جهت دیجیتال‌سازی باید به مقادیر خاصی محدود کرد، به این عملیات، کوانتیزه‌سازی گویند. یک دلیل کوانتیزه سازی آن است که دستگاه‌های کنونی قدرت تشخیص صد در صد یک سیگنال و ذخیره سازی آن را ندارند.یکی از دلایل بروز خطا در ارسال و دریافت اطلاعات نیز همین مورد است.به عنوان مثال،در ارتباط شبکه ای سیگنال های آنالوگ از طریق کابل تلفن به مودم ارسال و سپس پردازش و Convert می شوند.گاها ممکن است شکل موج،دامنه و فرکانس دریافتی موفق به رساندن منظور خود نباشد.هر چند که این اتفاق بسیار کم پیش می آید،اما همچنان وجود آن غیر ممکن نیست.

سیگنال کوانتیزه را به صورتهای مختلف می‌توان به دیجیتال (یعنی به رشته صفر و یک) تبدیل کرد، که این خود اساس پیدایش دانش کدینگ است. هر سطح کوانتیزه را به صورتهای مختلف می‌توان دیجیتال کرد.سیگنال های دیجیتال در اکثر سخت افزارها،رابطه مستقیم با سیگنال آنالوگ دارند.دلیل آن هم روشن است،بسترهای ارتباطی همگی دیجیتال نبوده و اکثر سیستم های مبتنی بر DSP و پردازشگر دیجیتال،مجبور به کوانتیزه هستند.