Pertanyaan umum tentang sinyal analog dan digital

Pemula pemula: Saya bukan insinyur listrik, saya juga tidak pernah mengambil teknik listrik, jadi tolong bersamaku.

Setiap kali saya membaca tentang perbedaan antara sinyal digital dan analog, grafik seperti ini (atau mirip dengan ini) biasanya dilampirkan:

Pertimbangkan ilustrasi bawah untuk sesaat (Sinyal Digital). Untuk pemahaman terbaik saya, arus listrik kontinu, jadi jika itu yang terjadi, tidak ada cara itu akan mengalir sedemikian rupa di media apa pun. Dengan kata lain: tidak ada "gelombang persegi".
Jadi apa sebenarnya yang digambarkannya?
Apakah ini hanya interpretasi, setiap kali tegangan melewati penghalang atau jatuh di bawahnya? Berarti, ketika tegangan di atas beberapa ambang batas yang dipilih secara sewenang-wenang kita menganggapnya "tinggi" tetapi sebaliknya kita menganggapnya "rendah"?

Tolong, saya tahu ini tidak selalu mungkin, tetapi cobalah untuk menjawab dengan cara yang dimengerti oleh orang awam.

Pada dasarnya, dari sudut pandang listrik, setiap sinyal "digital" adalah seperti yang Anda katakan, hanya perkiraan gelombang persegi. Khususnya akan memiliki waktu naik dan turun yang terbatas.

Pada kecepatan tinggi, mungkin sulit untuk memastikan itu terlihat sebagus yang diinginkan teori. Untuk memastikan bahwa sinyal masih terdeteksi sebagai digital (yaitu penerima tidak benar-benar bingung oleh sinyal berbentuk mengerikan), yang disebut diagram mata (alias pola mata ) digunakan untuk mengukur karakteristiknya pada sejumlah sampel.

Banyak standar (mis. USB dan apa yang tidak) mendefinisikan beberapa karakteristik yang dapat diterima untuk diagram ini.

Perhatikan bahwa pola / diagram mata tidak terbatas hanya pada dua level [tegangan]. Ini juga berlaku ketika Anda memiliki sejumlah tingkat output diskrit . Misalnya, Gigabit Ethernet over twisted pair (1000BASE-T) menggunakan bukan hanya dua tapi 5 level tegangan yang berbeda.

Apakah ini hanya interpretasi kami ketika tegangan melewati penghalang atau jatuh di bawahnya? Berarti, ketika tegangan di atas beberapa ambang batas yang dipilih secara sewenang-wenang kita menganggapnya "tinggi" tetapi sebaliknya kita menganggapnya "rendah"?

Pada dasarnya, ya, begitulah cara kerjanya, beberapa ambang tegangan untuk apa yang "1" dan apa yang "0" ditentukan oleh standar tertentu.

Sinyal digital adalah biner . Mereka hanya memiliki dua status - hidup atau mati, tinggi atau rendah, atas atau bawah - apa pun yang Anda ingin menyebutnya. Seperti yang telah Anda simpulkan, ada beberapa ambang di atas yang nilainya dianggap tinggi dan ambang lainnya di bawahnya yang nilainya dianggap rendah. Digital sangat mudah dilakukan dengan transistor dengan menyalakan atau mematikannya sepenuhnya.

Sinyal analog analog dengan kuantitas yang diukur. misalnya, timbangan timbangan mungkin memberikan tegangan sebanding dengan beban - katakan 0 hingga 10 V untuk beban 0 hingga 200 kg. Contoh lain adalah sinyal dari mikrofon yang bervariasi dengan tekanan suara yang mempengaruhi diafragma mikrofon. Dalam hal ini frekuensinya akan bervariasi dengan nada suara dan amplitudo akan bervariasi sesuai dengan kenyaringannya.

Entah bagaimana Anda telah mengambil sedikit kebingungan; biarkan saya melihat apakah saya dapat membantu.

Ketika datang ke "sinyal digital" ada lebih dari satu level di mana istilah itu berlaku. Tampaknya Anda mendapatkan gagasan tentang sinyal analog - nilai terus menerus yang berubah seiring waktu.

Digital "analog" (maaf pun) bukan merupakan serangkaian nilai numerik; setiap nilai numerik sesuai dengan suatu titik waktu dan biasanya titik-titik tersebut ditempatkan pada interval waktu yang teratur. Selanjutnya, ada rentang nilai numerik yang tersedia untuk proses dan biasanya ini adalah kekuatan dua - misalnya, 256 nilai untuk delapan bit atau 65.536 nilai untuk 16 bit jika cara Anda mewakili nilai adalah dengan kata-kata biner.

Sekarang apa yang baru saja saya jelaskan adalah abstraksi; sinyal digital dapat disampaikan dengan mengibarkan bendera semafor jika seseorang memilihnya. Tetapi jika sebaliknya kita memilih untuk mewakili sinyal digital melalui serangkaian sinyal listrik yang diatur satu konduktor per bit secara paralel, maka masing-masing sinyal tersebut memang merupakan sinyal analog seperti yang disarankan di sini. Maka adalah tugas elektronik, untuk menghasilkan sinyal-sinyal itu dan menerima / mendekodekannya.

Selain itu, Anda dapat mengirimkan sinyal digital secara serial alih-alih secara paralel dengan mengirimkan setiap bit dari setiap nilai secara berurutan; Anda dapat melakukan ini melalui satu konduktor alih-alih berapa pun banyak bit yang Anda gunakan dan seperti juga telah dikatakan di sini, ada skema yang lebih kompleks daripada hanya menggunakan satu "tinggi" tegangan atau arus untuk menandakan "1" atau "true" dan "low" atau zero voltage atau current untuk menandakan "0" atau "false."

Dan Anda benar - sinyal analog tidak akan pernah memiliki perubahan seketika; alasan untuk ini banyak dan saya tidak akan membahas semuanya di sini kecuali satu: perubahan arus dalam dirigen selalu menahan diri (yang mengikuti langsung dari persamaan Faraday). Tetapi dalam prakteknya ketika merancang sirkuit digital idenya adalah untuk memiliki transisi antar negara menjadi cukup pendek relatif terhadap panjang interval terkecil antara transisi yang tidak masalah. Asumsi itu mulai gagal ketika Anda menggunakan kabel Ethernet terlalu lama, misalnya.

Sinyal digital tidak ingin mewakili sinyal analog sebagai "hal-hal kuadrat", jadi ketika Anda melihat angka 1 dalam sinyal digital tidak sama dengan amplitudo tinggi dalam anlog singal, tetapi ia ingin mewakili ketinggian amplitudo ke waktu yang berbeda sebagai angka (tetapi dalam format biner). Begitu banyak angka biner yang ingin mewakili ketinggian amplitudo untuk satu waktu tertentu.

Perhatikan gambar ini dari BBC:

Grafik di atas adalah bentuk analog. Dari itu, nilai diambil setiap detik (tetapi ini bisa naik hingga 40 juta kali per detik dan lebih banyak lagi). Nilai ini adalah tinggi amplitudo dari sinyal analog.

Mari kita sebut "langkah" ketika kita mengambil nilai.

Di setiap langkah, ketinggian amplitudo direkam. Ketinggiannya adalah angka, yang dapat direpresentasikan sebagai 0 dan 1 (misalnya 10 akan menjadi 1010).

Anda lihat, semakin banyak nilai yang kami ukur setiap detik, semakin banyak data yang harus disimpan / dikirim dan semakin akurat format digital yang dihasilkan dari sinyal analog ini.

Juga, semakin tinggi nilainya, semakin akurat format digital yang dihasilkan juga. (misalnya ketika kita mengambil nilai dari 0 hingga 10, hanya ada 10 nilai - tidak terlalu akurat. Ketika kita akan mengubah sinyal digital ini menjadi analog, kurva tidak akan sangat "baik". Tetapi ketika kita mengambil nilai dari 0 hingga 16000, ini akan jauh lebih akurat.) Juga lebih banyak bit harus disimpan di sini setiap langkah.

Jika Anda menyimpan 64Bit setiap langkah dan langkah dilakukan satu detik sekali, Anda menghemat 64Bit / dtk. Jika Anda menyimpan 32Bit setiap langkah dan langkah tersebut dibuat dua kali per detik, Anda juga menyimpan 64Bit / d. Jika Anda menyimpan 16Bit setiap langkah dan langkah tersebut dilakukan 4 kali per detik, Anda juga memiliki 64Bit / dtk.

Ada banyak cara untuk menyampaikan sinyal digital. Misalnya dengan "mengubah tegangan" yang disebut "Amplitude Modulation", yang ditampilkan dalam grafik Anda (tapi tentu saja TIDAK PERNAH kuadrat sempurna!). Modulasi Amplitudo hanya berarti bahwa Anda memiliki 1 dengan amplitudo tinggi (tegangan tinggi) dan 0 oleh yang rendah.

Ada teknik modulasi oder seperti Frequence Modulation (FM yang digunakan dengan radio - Anda menunjukkan 1 dengan frekuensi tinggi dan 0 dengan yang rendah) atau Pulse Amplitude Modulation yang digunakan dalam Ethernet dan banyak lagi!