Η έννοια της ψηφιακής διεπαφής PBX

Το CSC πρέπει να παρέχει μια διεπαφή (από κοινού) με αναλογικές και ψηφιακές συνδρομητικές γραμμές (SL) και συστήματα μετάδοσης.

Βαρέλιείναι το όριο μεταξύ δύο λειτουργικών μπλοκ, το οποίο ορίζεται από λειτουργικά χαρακτηριστικά, γενικά φυσικά χαρακτηριστικά σύνδεσης, χαρακτηριστικά σήματος και άλλα χαρακτηριστικά ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες.

Η διεπαφή παρέχει έναν εφάπαξ προσδιορισμό των παραμέτρων σύνδεσης μεταξύ δύο συσκευών. Αυτές οι παράμετροι σχετίζονται με τον τύπο, τον αριθμό και τη λειτουργία των κυκλωμάτων διασύνδεσης, καθώς και τον τύπο, το σχήμα και τη σειρά των σημάτων που μεταδίδονται κατά μήκος αυτών των κυκλωμάτων.

Καθορίζεται ο ακριβής ορισμός των τύπων, του αριθμού, της μορφής και της ακολουθίας των συνδέσεων και η σχέση μεταξύ δύο λειτουργικών μπλοκ στη διεπαφή μεταξύ τους κοινή προδιαγραφή.

Οι διεπαφές ενός ψηφιακού PBX μπορούν να χωριστούν στις εξής:

Αναλογική διεπαφή συνδρομητή.

Ψηφιακή διεπαφή συνδρομητή.

διεπαφή συνδρομητή ISDN.

Δικτυακές (ψηφιακές και αναλογικές) συνδέσεις.

Συνδέσεις δαχτυλιδιών

Οι δομές δακτυλίου βρίσκουν εφαρμογή σε ένα ευρύ φάσμα πεδίων επικοινωνίας. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι συστήματα μετάδοσης δακτυλίου με προσωρινή ομαδοποίηση, τα οποία ουσιαστικά έχουν μια διαμόρφωση μονοκατευθυντικών γραμμών συνδεδεμένων σε σειρά που σχηματίζουν ένα κλειστό κύκλωμα ή δακτύλιο. Σε αυτήν την περίπτωση, δύο κύριες συναρτήσεις υλοποιούνται σε κάθε κόμβο δικτύου:

1) κάθε κόμβος λειτουργεί ως αναγεννητής για να ανακτήσει το εισερχόμενο ψηφιακό σήμα και να το μεταδώσει ξανά.

στους κόμβους δικτύου αναγνωρίζεται η δομή του προσωρινού κύκλου σχηματισμού ομάδας και η επικοινωνία πραγματοποιείται κατά μήκος του δακτυλίου χρησιμοποιώντας

2) αφαίρεση και εισαγωγή ψηφιακού σήματος σε συγκεκριμένα διαστήματα καναλιών που εκχωρούνται σε κάθε κόμβο.

Η δυνατότητα ανακατανομής θυρίδων καναλιών μεταξύ αυθαίρετων ζευγών κόμβων σε ένα σύστημα δακτυλίου με ομαδοποίηση χρόνου σημαίνει ότι ο δακτύλιος είναι ένα κατανεμημένο σύστημα μετάδοσης και μεταγωγής. Η ιδέα της ταυτόχρονης μετάδοσης και μεταγωγής σε δομές δακτυλίου έχει επεκταθεί στα πεδία ψηφιακής μεταγωγής.

Σε ένα τέτοιο σχήμα, μια σύνδεση διπλής όψης μπορεί να δημιουργηθεί μεταξύ οποιωνδήποτε δύο κόμβων χρησιμοποιώντας ένα μόνο κανάλι. Με αυτή την έννοια, το κύκλωμα δακτυλίου εκτελεί έναν χωροχρονικό μετασχηματισμό των συντεταγμένων σήματος και μπορεί να θεωρηθεί ως μία από τις επιλογές για την κατασκευή ενός σταδίου S/T.

Αναλογικά, διακριτά, ψηφιακά σήματα

Στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα, οι πληροφορίες μεταδίδονται με χρήση σημάτων. Η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών το ορίζει ως εξής: σήμα:

Ένα τηλεπικοινωνιακό σήμα είναι ένα σύνολο ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που διαδίδονται κατά μήκος ενός μονόδρομου καναλιού μετάδοσης και προορίζονται να επηρεάσουν μια συσκευή λήψης.

1) αναλογικό σήμα- ένα σήμα στο οποίο κάθε αντιπροσωπευτική παράμετρος καθορίζεται από μια συνάρτηση συνεχούς χρόνου με ένα συνεχές σύνολο πιθανών τιμών

2) διακριτικό σήμα σε επίπεδο -ένα σήμα του οποίου οι τιμές αναπαράστασης παραμέτρων καθορίζονται από μια συνάρτηση συνεχούς χρόνου με ένα πεπερασμένο σύνολο πιθανών τιμών. Η διαδικασία δειγματοληψίας ενός σήματος ανά επίπεδο ονομάζεται κβαντισμός;

3) διακριτικό σήμα χρόνου -ένα σήμα στο οποίο κάθε αντιπροσωπευτική παράμετρος καθορίζεται από μια συνάρτηση διακριτού χρόνου με ένα συνεχές σύνολο πιθανών τιμών

4) ψηφιακό σήμα -ένα σήμα στο οποίο οι τιμές των παραμέτρων που αντιπροσωπεύουν καθορίζονται από μια συνάρτηση διακριτού χρόνου με ένα πεπερασμένο σύνολο πιθανών τιμών

Διαμόρφωσηείναι η μετατροπή ενός σήματος σε άλλο αλλάζοντας τις παραμέτρους του φέροντος σήματος σύμφωνα με το μετατρεπόμενο σήμα. Ως φέρον σήμα χρησιμοποιούνται αρμονικά σήματα, περιοδικές ακολουθίες παλμών κ.λπ.

Για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση ενός ψηφιακού σήματος μέσω μιας δυαδικής γραμμής κώδικα, μπορεί να εμφανιστεί ένα σταθερό στοιχείο του σήματος λόγω της υπεροχής αυτών σε όλες τις κωδικές λέξεις.

Η απουσία σταθερού στοιχείου στη γραμμή επιτρέπει τη χρήση αντιστοίχισης μετασχηματιστέςσε γραμμικές συσκευές, καθώς και παροχή απομακρυσμένης τροφοδοσίας σε αναγεννητές με συνεχές ρεύμα. Για να απαλλαγείτε από το ανεπιθύμητο στοιχείο DC ενός ψηφιακού σήματος, τα δυαδικά σήματα μετατρέπονται χρησιμοποιώντας ειδικούς κωδικούς πριν σταλούν στη γραμμή. Για το πρωτεύον ψηφιακό σύστημα μετάδοσης (DTS), υιοθετείται ο κωδικός HDB3.

Η κωδικοποίηση ενός δυαδικού σήματος σε ένα τροποποιημένο οιονεί τριμερές σήμα χρησιμοποιώντας τον κώδικα HDB3 πραγματοποιείται σύμφωνα με τους ακόλουθους κανόνες (Εικ. 1.5).

Ρύζι. 1.5.Δυαδικοί και αντίστοιχοι κωδικοί HDB3

Διαμόρφωση κωδικού παλμού

Η μετατροπή ενός συνεχούς πρωτεύοντος αναλογικού σήματος σε ψηφιακό κωδικό ονομάζεται διαμόρφωση κωδικού παλμού(ICM). Οι κύριες λειτουργίες στο PCM είναι οι λειτουργίες της δειγματοληψίας χρόνου, της κβαντοποίησης (δειγματοληψία από το επίπεδο ενός χρονικά διακριτού σήματος) και της κωδικοποίησης.

Δειγματοληψία χρόνου αναλογικού σήματοςείναι ένας μετασχηματισμός στον οποίο η αντιπροσωπευτική παράμετρος ενός αναλογικού σήματος καθορίζεται από ένα σύνολο τιμών του σε διακριτές χρονικές στιγμές, ή, με άλλα λόγια, από ένα συνεχές αναλογικό σήμα c(t)(Εικ. 1.6, α) λάβετε τιμές δείγματος Με"(Εικ. 1.6, β). Οι τιμές της αντιπροσωπευτικής παραμέτρου του σήματος που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της λειτουργίας δειγματοληψίας χρόνου ονομάζονται δείγματα.

Τα πιο διαδεδομένα είναι τα ψηφιακά συστήματα μετάδοσης που χρησιμοποιούν ομοιόμορφη δειγματοληψία του αναλογικού σήματος (δείγματα αυτού του σήματος γίνονται σε ίσα χρονικά διαστήματα). Με ομοιόμορφη δειγματοληψία, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες έννοιες: διάστημα δειγματοληψίας Στο(χρονικό διάστημα μεταξύ δύο γειτονικών δειγμάτων ενός διακριτού σήματος) και συχνότητα δειγματοληψίας Fd(το αντίστροφο του διαστήματος δειγματοληψίας). Το μέγεθος του διαστήματος δειγματοληψίας επιλέγεται σύμφωνα με το θεώρημα του Kotelnikov.

Σύμφωνα με το θεώρημα του Kotelnikov, ένα αναλογικό σήμα με περιορισμένο φάσμα και άπειρο διάστημα παρατήρησης μπορεί να ανακατασκευαστεί χωρίς σφάλματα από ένα διακριτό σήμα που λαμβάνεται με δειγματοληψία του αρχικού αναλογικού σήματος εάν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα του φάσματος αναλογικού σήματος:

Το θεώρημα του Kotelnikov

Το θεώρημα του Kotelnikov (στην αγγλική βιβλιογραφία - το θεώρημα Nyquist-Shannon) δηλώνει ότι εάν ένα αναλογικό σήμα x(t) έχει περιορισμένο φάσμα, τότε μπορεί να αποκατασταθεί μοναδικά και χωρίς απώλεια από τα διακριτά του δείγματα που λαμβάνονται σε συχνότητα μεγαλύτερη από τη διπλάσια της μέγιστης συχνότητα του φάσματος Fmax .

Πολύ συχνά ακούμε τέτοιους ορισμούς όπως «ψηφιακό» ή «διακριτό» σήμα ποια είναι η διαφορά του από το «αναλογικό»;

Η ουσία της διαφοράς είναι ότι το αναλογικό σήμα είναι συνεχές στο χρόνο (μπλε γραμμή), ενώ το ψηφιακό σήμα αποτελείται από ένα περιορισμένο σύνολο συντεταγμένων (κόκκινες κουκκίδες). Αν ανάγουμε τα πάντα σε συντεταγμένες, τότε οποιοδήποτε τμήμα ενός αναλογικού σήματος αποτελείται από άπειρο αριθμό συντεταγμένων.

Για ένα ψηφιακό σήμα, οι συντεταγμένες κατά μήκος του οριζόντιου άξονα βρίσκονται σε τακτά χρονικά διαστήματα, σύμφωνα με τη συχνότητα δειγματοληψίας. Στην κοινή μορφή Audio-CD, αυτό είναι 44100 σημεία ανά δευτερόλεπτο. Η κατακόρυφη ακρίβεια του ύψους των συντεταγμένων αντιστοιχεί στο βάθος bit του ψηφιακού σήματος για 8 bit είναι 256 επίπεδα, για 16 bit = 65536 και για 24 bit = 16777216 επίπεδα. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος bit (αριθμός επιπέδων), τόσο πιο κοντά είναι οι κατακόρυφες συντεταγμένες στο αρχικό κύμα.

Οι αναλογικές πηγές είναι: κασέτες βινυλίου και ήχου. Οι ψηφιακές πηγές είναι: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) και αρχεία σε μορφές WAVE και DSD (συμπεριλαμβανομένων των παραγώγων των APE, Flac, Mp3, Ogg, κ.λπ.).

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του αναλογικού σήματος

Το πλεονέκτημα ενός αναλογικού σήματος είναι ότι σε αναλογική μορφή αντιλαμβανόμαστε τον ήχο με τα αυτιά μας. Και παρόλο που το ακουστικό μας σύστημα μετατρέπει την αντιληπτή ηχητική ροή σε ψηφιακή μορφή και τη μεταδίδει με αυτή τη μορφή στον εγκέφαλο, η επιστήμη και η τεχνολογία δεν έχουν φτάσει ακόμη στο σημείο να συνδέουν τους παίκτες και άλλες πηγές ήχου απευθείας σε αυτήν τη μορφή. Αντίστοιχη έρευνα διεξάγεται τώρα ενεργά για άτομα με αναπηρία και απολαμβάνουμε αποκλειστικά αναλογικό ήχο.

Το μειονέκτημα ενός αναλογικού σήματος είναι η δυνατότητα αποθήκευσης, μετάδοσης και αναπαραγωγής του σήματος. Κατά την εγγραφή σε μαγνητική ταινία ή βινύλιο, η ποιότητα του σήματος θα εξαρτηθεί από τις ιδιότητες της ταινίας ή του βινυλίου. Με την πάροδο του χρόνου, η ταινία απομαγνητίζεται και η ποιότητα του καταγεγραμμένου σήματος υποβαθμίζεται. Κάθε ανάγνωση καταστρέφει σταδιακά τα μέσα και η επανεγγραφή εισάγει πρόσθετη παραμόρφωση, όπου πρόσθετες αποκλίσεις προστίθενται από τα επόμενα μέσα (ταινία ή βινύλιο), συσκευές ανάγνωσης, γραφής και μετάδοσης σήματος.

Η δημιουργία αντιγράφου ενός αναλογικού σήματος είναι το ίδιο με την αντιγραφή μιας φωτογραφίας τραβώντας την ξανά φωτογραφία.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του ψηφιακού σήματος

Τα πλεονεκτήματα ενός ψηφιακού σήματος περιλαμβάνουν την ακρίβεια κατά την αντιγραφή και μετάδοση μιας ροής ήχου, όπου το πρωτότυπο δεν διαφέρει από το αντίγραφο.

Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι το ψηφιακό σήμα είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο και η ακρίβεια του τελικού αναλογικού σήματος θα εξαρτηθεί από το πόσο λεπτομερής και ακριβής περιγράφεται το ηχητικό κύμα με συντεταγμένες. Είναι πολύ λογικό ότι όσο περισσότερα σημεία υπάρχουν και όσο πιο ακριβείς είναι οι συντεταγμένες, τόσο πιο ακριβές θα είναι το κύμα. Αλλά δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση σχετικά με τον αριθμό των συντεταγμένων και την ακρίβεια των δεδομένων που επαρκούν για να πούμε ότι η ψηφιακή αναπαράσταση του σήματος είναι επαρκής για την ακριβή αναπαράσταση ενός αναλογικού σήματος που δεν διακρίνεται από το πρωτότυπο από τα αυτιά μας.

Όσον αφορά τους όγκους δεδομένων, η χωρητικότητα μιας κανονικής αναλογικής κασέτας ήχου είναι μόνο περίπου 700-1,1 MB, ενώ ένα κανονικό CD χωράει 700 MB. Αυτό δίνει μια ιδέα της ανάγκης για μέσα υψηλής χωρητικότητας. Και αυτό οδηγεί σε έναν χωριστό πόλεμο συμβιβασμών με διαφορετικές απαιτήσεις για τον αριθμό των σημείων περιγραφής και την ακρίβεια των συντεταγμένων.

Σήμερα, θεωρείται αρκετά επαρκής η αναπαράσταση ενός ηχητικού κύματος με συχνότητα δειγματοληψίας 44,1 kHz και βάθος bit 16 bit. Σε ρυθμό δειγματοληψίας 44,1 kHz, είναι δυνατή η ανακατασκευή σήματος έως 22 kHz. Όπως δείχνουν οι ψυχοακουστικές μελέτες, μια περαιτέρω αύξηση στη συχνότητα δειγματοληψίας δεν είναι αισθητή, αλλά μια αύξηση στο βάθος του bit δίνει μια υποκειμενική βελτίωση.

Πώς οι DAC δημιουργούν ένα κύμα

Το DAC είναι ένας μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό, ένα στοιχείο που μετατρέπει τον ψηφιακό ήχο σε αναλογικό. Θα δούμε επιφανειακά τις βασικές αρχές. Εάν τα σχόλια δείχνουν ενδιαφέρον για την εξέταση ορισμένων σημείων με περισσότερες λεπτομέρειες, θα δημοσιευτεί ξεχωριστό υλικό.

Multibit DAC

Πολύ συχνά, ένα κύμα αναπαρίσταται ως βήματα, κάτι που οφείλεται στην αρχιτεκτονική της πρώτης γενιάς πολλαπλών bit R-2R DAC, που λειτουργούν παρόμοια με έναν διακόπτη ρελέ.

Η είσοδος DAC λαμβάνει την τιμή της επόμενης κατακόρυφης συντεταγμένης και σε κάθε κύκλο ρολογιού αλλάζει το επίπεδο ρεύματος (τάση) στο κατάλληλο επίπεδο μέχρι την επόμενη αλλαγή.

Αν και πιστεύεται ότι το ανθρώπινο αυτί δεν μπορεί να ακούσει υψηλότερα από 20 kHz και σύμφωνα με τη θεωρία Nyquist είναι δυνατή η επαναφορά του σήματος έως τα 22 kHz, το ερώτημα παραμένει σχετικά με την ποιότητα αυτού του σήματος μετά την αποκατάσταση. Στην περιοχή υψηλής συχνότητας, η προκύπτουσα «βηματική» κυματομορφή είναι συνήθως πολύ μακριά από την αρχική. Ο ευκολότερος τρόπος εξόδου από την κατάσταση είναι να αυξηθεί η συχνότητα δειγματοληψίας κατά την εγγραφή, αλλά αυτό οδηγεί σε σημαντική και ανεπιθύμητη αύξηση του μεγέθους του αρχείου.

Μια εναλλακτική είναι η τεχνητή αύξηση του ρυθμού δειγματοληψίας αναπαραγωγής DAC προσθέτοντας ενδιάμεσες τιμές. Εκείνοι. Φανταζόμαστε μια συνεχή διαδρομή κύματος (γκρι διακεκομμένη γραμμή) που συνδέει ομαλά τις αρχικές συντεταγμένες (κόκκινες κουκκίδες) και προσθέτουμε ενδιάμεσα σημεία σε αυτή τη γραμμή (σκούρο μωβ).

Όταν αυξάνεται η συχνότητα δειγματοληψίας, είναι συνήθως απαραίτητο να αυξηθεί το βάθος bit έτσι ώστε οι συντεταγμένες να είναι πιο κοντά στο κατά προσέγγιση κύμα.

Χάρη στις ενδιάμεσες συντεταγμένες, είναι δυνατό να μειωθούν τα «βήματα» και να δημιουργηθεί ένα κύμα πιο κοντά στο πρωτότυπο.

Όταν βλέπετε μια λειτουργία ενίσχυσης από 44,1 έως 192 kHz σε μια συσκευή αναπαραγωγής ή εξωτερικό DAC, είναι μια λειτουργία προσθήκης ενδιάμεσων συντεταγμένων, όχι επαναφοράς ή δημιουργίας ήχου στην περιοχή πάνω από 20 kHz.

Αρχικά, αυτά ήταν ξεχωριστά τσιπ SRC πριν από το DAC, τα οποία στη συνέχεια μετεγκαταστάθηκαν απευθείας στα ίδια τα τσιπ DAC. Σήμερα μπορείτε να βρείτε λύσεις όπου ένα τέτοιο τσιπ προστίθεται στα σύγχρονα DAC, αυτό γίνεται για να παρέχεται μια εναλλακτική λύση στους ενσωματωμένους αλγόριθμους στο DAC και μερικές φορές να λαμβάνετε ακόμη καλύτερο ήχο (όπως για παράδειγμα, αυτό γίνεται στα Hidizs. AP100).

Η κύρια άρνηση στον κλάδο από τα multibit DAC προέκυψε λόγω της αδυναμίας περαιτέρω τεχνολογικής ανάπτυξης δεικτών ποιότητας με τις τρέχουσες τεχνολογίες παραγωγής και του υψηλότερου κόστους σε σύγκριση με τα "παλμικά" DAC με συγκρίσιμα χαρακτηριστικά. Ωστόσο, στα προϊόντα Hi-End, προτιμώνται συχνά οι παλιοί DAC πολλαπλών bit παρά οι νέες λύσεις με τεχνικά καλύτερα χαρακτηριστικά.

Εναλλαγή DAC

Στα τέλη της δεκαετίας του '70, μια εναλλακτική έκδοση των DAC βασισμένη σε μια αρχιτεκτονική "παλμού" - "δέλτα-σίγμα" - έγινε ευρέως διαδεδομένη. Η τεχνολογία Pulse DAC επέτρεψε την εμφάνιση εξαιρετικά γρήγορων διακοπτών και επέτρεψε τη χρήση υψηλών συχνοτήτων φορέα.

Το πλάτος του σήματος είναι η μέση τιμή των πλατών παλμών (οι παλμοί ίσου πλάτους εμφανίζονται με πράσινο χρώμα και το προκύπτον ηχητικό κύμα εμφανίζεται με λευκό).

Για παράδειγμα, μια ακολουθία οκτώ κύκλων πέντε παλμών θα δώσει ένα μέσο πλάτος (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Όσο υψηλότερη είναι η φέρουσα συχνότητα, τόσο περισσότεροι παλμοί εξομαλύνονται και επιτυγχάνεται ακριβέστερη τιμή πλάτους. Αυτό κατέστησε δυνατή την παρουσίαση της ροής ήχου σε μορφή ενός bit με μεγάλο δυναμικό εύρος.

Ο μέσος όρος μπορεί να γίνει με ένα κανονικό αναλογικό φίλτρο και εάν ένα τέτοιο σύνολο παλμών εφαρμοστεί απευθείας στο ηχείο, τότε στην έξοδο θα έχουμε ήχο και οι εξαιρετικά υψηλές συχνότητες δεν θα αναπαραχθούν λόγω της υψηλής αδράνειας του πομπού. Οι ενισχυτές PWM λειτουργούν με αυτήν την αρχή στην κατηγορία D, όπου η ενεργειακή πυκνότητα των παλμών δεν δημιουργείται από τον αριθμό τους, αλλά από τη διάρκεια κάθε παλμού (που είναι πιο εύκολο να εφαρμοστεί, αλλά δεν μπορεί να περιγραφεί με έναν απλό δυαδικό κώδικα).

Ένα multibit DAC μπορεί να θεωρηθεί ως ένας εκτυπωτής ικανός να εφαρμόζει χρώμα χρησιμοποιώντας μελάνια pantone. Ο Delta-Sigma είναι ένας εκτυπωτής inkjet με περιορισμένη γκάμα χρωμάτων, αλλά λόγω της δυνατότητας εφαρμογής πολύ μικρών κουκκίδων (σε σύγκριση με έναν εκτυπωτή ελαφιού), παράγει περισσότερες αποχρώσεις λόγω της διαφορετικής πυκνότητας κουκκίδων ανά μονάδα επιφάνειας.

Σε μια εικόνα, συνήθως δεν βλέπουμε μεμονωμένες κουκκίδες λόγω της χαμηλής ανάλυσης του ματιού, αλλά μόνο του μέσου τόνου. Ομοίως, το αυτί δεν ακούει μεμονωμένα παρορμήσεις.

Τελικά, με τις τρέχουσες τεχνολογίες στα παλμικά DAC, είναι δυνατό να ληφθεί ένα κύμα κοντά σε αυτό που θα έπρεπε θεωρητικά να ληφθεί κατά την προσέγγιση των ενδιάμεσων συντεταγμένων.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μετά την εμφάνιση του δέλτα-σίγμα DAC, η σημασία της σχεδίασης ενός «ψηφιακού κύματος» στα βήματα εξαφανίστηκε, επειδή Έτσι τα σύγχρονα DAC δεν δημιουργούν ένα κύμα σταδιακά. Είναι σωστό να κατασκευάζετε ένα διακριτό σήμα με κουκκίδες που συνδέονται με μια ομαλή γραμμή.

Είναι ιδανικά τα DAC μεταγωγής;

Αλλά στην πράξη, δεν είναι όλα ρόδινα, και υπάρχουν πολλά προβλήματα και περιορισμοί.

Επειδή Δεδομένου ότι ο συντριπτικός αριθμός των εγγραφών αποθηκεύεται σε ένα σήμα πολλαπλών bit, η μετατροπή σε σήμα παλμού χρησιμοποιώντας την αρχή "bit-to-bit" απαιτεί μια άσκοπα υψηλή συχνότητα φορέα, την οποία δεν υποστηρίζουν τα σύγχρονα DAC.

Η κύρια λειτουργία των σύγχρονων παλμικών DAC είναι η μετατροπή ενός σήματος πολλαπλών bit σε σήμα ενός bit με σχετικά χαμηλή φέρουσα συχνότητα με αποδεκατισμό δεδομένων. Βασικά, αυτοί οι αλγόριθμοι είναι που καθορίζουν την τελική ποιότητα ήχου των παλμικών DAC.

Για να μειωθεί το πρόβλημα της υψηλής συχνότητας φορέα, η ροή ήχου χωρίζεται σε πολλές ροές ενός bit, όπου κάθε ροή είναι υπεύθυνη για την ομάδα bit της, η οποία ισοδυναμεί με πολλαπλάσιο της συχνότητας φορέα του αριθμού των ροών. Τέτοια DAC ονομάζονται multibit delta-sigma.

Σήμερα, τα παλμικά DAC έχουν λάβει έναν δεύτερο άνεμο σε τσιπ υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης σε προϊόντα από το NAD και το Chord λόγω της ικανότητας να προγραμματίζουν ευέλικτους αλγόριθμους μετατροπής.

Μορφή DSD

Μετά την ευρεία χρήση των DAC delta-sigma, ήταν πολύ λογικό να εμφανιστεί μια μορφή για την εγγραφή δυαδικού κώδικα απευθείας στην κωδικοποίηση delta-sigma. Αυτή η μορφή ονομάζεται DSD (Direct Stream Digital).

Η μορφή δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως για διάφορους λόγους. Η επεξεργασία αρχείων σε αυτήν τη μορφή αποδείχθηκε ότι ήταν άσκοπα περιορισμένη: δεν μπορείτε να αναμίξετε ροές, να προσαρμόσετε την ένταση ή να εφαρμόσετε ισοστάθμιση. Αυτό σημαίνει ότι χωρίς απώλεια ποιότητας, μπορείτε να αρχειοθετήσετε μόνο αναλογικές ηχογραφήσεις και να δημιουργήσετε εγγραφή ζωντανών παραστάσεων με δύο μικρόφωνα χωρίς περαιτέρω επεξεργασία. Με μια λέξη, δεν μπορείτε πραγματικά να κερδίσετε χρήματα.

Στον αγώνα κατά της πειρατείας, οι δίσκοι με φορμά SA-CD δεν υποστηρίζονταν (και δεν υποστηρίζονται ακόμα) από υπολογιστές, γεγονός που καθιστά αδύνατη τη δημιουργία αντιγράφων τους. Χωρίς αντίγραφα – χωρίς ευρύ κοινό. Ήταν δυνατή η αναπαραγωγή περιεχομένου ήχου DSD μόνο από ξεχωριστή συσκευή αναπαραγωγής SA-CD από ιδιόκτητο δίσκο. Εάν για τη μορφή PCM υπάρχει ένα πρότυπο SPDIF για μεταφορά ψηφιακών δεδομένων από μια πηγή σε ξεχωριστό DAC, τότε για τη μορφή DSD δεν υπάρχει πρότυπο και τα πρώτα πειρατικά αντίγραφα δίσκων SA-CD ψηφιοποιήθηκαν από τις αναλογικές εξόδους της SA- Συσκευές αναπαραγωγής CD (αν και η κατάσταση φαίνεται ανόητη, αλλά στην πραγματικότητα ορισμένες ηχογραφήσεις κυκλοφόρησαν μόνο σε SA-CD ή η ίδια εγγραφή σε Audio-CD έγινε εσκεμμένα κακής ποιότητας για την προώθηση SA-CD).

Το σημείο καμπής συνέβη με την κυκλοφορία των κονσολών παιχνιδιών SONY, όπου ο δίσκος SA-CD αντιγράφηκε αυτόματα στον σκληρό δίσκο της κονσόλας πριν από την αναπαραγωγή. Οι θαυμαστές της μορφής DSD το εκμεταλλεύτηκαν. Η εμφάνιση πειρατικών ηχογραφήσεων τόνωσε την αγορά να κυκλοφορήσει ξεχωριστά DAC για την αναπαραγωγή ροών DSD. Τα περισσότερα εξωτερικά DAC με υποστήριξη DSD υποστηρίζουν σήμερα μεταφορά δεδομένων USB χρησιμοποιώντας τη μορφή DoP ως ξεχωριστή κωδικοποίηση του ψηφιακού σήματος μέσω SPDIF.

Οι συχνότητες φορέα για DSD είναι σχετικά μικρές, 2,8 και 5,6 MHz, αλλά αυτή η ροή ήχου δεν απαιτεί μετατροπή μείωσης δεδομένων και είναι αρκετά ανταγωνιστική με μορφές υψηλής ανάλυσης όπως το DVD-Audio.

Δεν υπάρχει σαφής απάντηση στο ερώτημα ποιο είναι καλύτερο, DSP ή PCM. Όλα εξαρτώνται από την ποιότητα υλοποίησης ενός συγκεκριμένου DAC και το ταλέντο του μηχανικού ήχου κατά την εγγραφή του τελικού αρχείου.

Γενικό συμπέρασμα

Ο αναλογικός ήχος είναι αυτό που ακούμε και αντιλαμβανόμαστε ως τον κόσμο γύρω μας με τα μάτια μας. Ο ψηφιακός ήχος είναι ένα σύνολο συντεταγμένων που περιγράφουν ένα ηχητικό κύμα και το οποίο δεν μπορούμε να ακούσουμε απευθείας χωρίς τη μετατροπή σε αναλογικό σήμα.

Ένα αναλογικό σήμα που εγγράφεται απευθείας σε μια κασέτα ήχου ή σε βινύλιο δεν μπορεί να εγγραφεί ξανά χωρίς απώλεια ποιότητας, ενώ ένα κύμα στην ψηφιακή αναπαράσταση μπορεί να αντιγραφεί bit-bit.

Οι μορφές ψηφιακής εγγραφής αποτελούν μια σταθερή αντιστάθμιση μεταξύ της ακρίβειας των συντεταγμένων σε σχέση με το μέγεθος του αρχείου και οποιοδήποτε ψηφιακό σήμα είναι μόνο μια προσέγγιση του αρχικού αναλογικού σήματος. Ωστόσο, τα διαφορετικά επίπεδα τεχνολογίας για την εγγραφή και την αναπαραγωγή ενός ψηφιακού σήματος και την αποθήκευση σε μέσα για ένα αναλογικό σήμα δίνουν περισσότερα πλεονεκτήματα στην ψηφιακή αναπαράσταση του σήματος, παρόμοια με μια ψηφιακή κάμερα έναντι μιας φωτογραφικής μηχανής φιλμ.

Τα ψηφιακά ηλεκτρονικά αντικαθιστούν πλέον όλο και περισσότερο τα παραδοσιακά αναλογικά ηλεκτρονικά. Οι κορυφαίες εταιρείες που παράγουν μεγάλη ποικιλία ηλεκτρονικού εξοπλισμού ανακοινώνουν όλο και περισσότερο την πλήρη μετάβαση στην ψηφιακή τεχνολογία.

Η πρόοδος στην τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρονικών τσιπ έχει εξασφαλίσει την ταχεία ανάπτυξη της ψηφιακής τεχνολογίας και συσκευών. Η χρήση ψηφιακών μεθόδων επεξεργασίας και μετάδοσης σήματος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα των γραμμών επικοινωνίας. Οι ψηφιακές μέθοδοι επεξεργασίας σήματος και μεταγωγής στην τηλεφωνία καθιστούν δυνατή τη μείωση του βάρους και των χαρακτηριστικών μεγέθους των συσκευών μεταγωγής πολλές φορές, αυξάνουν την αξιοπιστία της επικοινωνίας και εισάγουν πρόσθετη λειτουργικότητα.

Η εμφάνιση μικροεπεξεργαστών υψηλής ταχύτητας, τσιπ μνήμης τυχαίας πρόσβασης μεγάλου όγκου και συσκευών αποθήκευσης πληροφοριών μικρού μεγέθους σε σκληρούς δίσκους μεγάλου όγκου κατέστησε δυνατή τη δημιουργία αρκετά φθηνών καθολικών προσωπικών ηλεκτρονικών υπολογιστών (υπολογιστές), οι οποίοι έχουν βρει πολύ ευρεία εφαρμογή στην καθημερινή ζωή και την παραγωγή.

Η ψηφιακή τεχνολογία είναι απαραίτητη σε συστήματα τηλεσηματοδότησης και τηλεχειρισμού που χρησιμοποιούνται στην αυτοματοποιημένη παραγωγή, στον έλεγχο απομακρυσμένων αντικειμένων, για παράδειγμα, διαστημόπλοια, αντλιοστάσια βενζίνης κ.λπ. Η ψηφιακή τεχνολογία έχει επίσης λάβει ισχυρή θέση στα ηλεκτρικά και ραδιοφωνικά συστήματα μέτρησης. Οι σύγχρονες συσκευές εγγραφής και αναπαραγωγής σημάτων είναι επίσης αδιανόητες χωρίς τη χρήση ψηφιακών συσκευών. Οι ψηφιακές συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως για τον έλεγχο των οικιακών συσκευών.

Είναι πολύ πιθανό οι ψηφιακές συσκευές να κυριαρχήσουν στην αγορά ηλεκτρονικών στο μέλλον.

Αρχικά, ας δώσουμε μερικούς βασικούς ορισμούς.

Σήμαείναι κάθε φυσικό μέγεθος (για παράδειγμα, θερμοκρασία, πίεση αέρα, ένταση φωτός, ένταση ρεύματος κ.λπ.) που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Χάρη σε αυτή τη χρονική αλλαγή, το σήμα μπορεί να μεταφέρει κάποιες πληροφορίες.

Ηλεκτρικό σήμαείναι ένα ηλεκτρικό μέγεθος (για παράδειγμα, τάση, ρεύμα, ισχύς) που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Όλα τα ηλεκτρονικά λειτουργούν κυρίως με ηλεκτρικά σήματα, αν και πιο πρόσφατα χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο φωτεινά σήματα, τα οποία αντιπροσωπεύουν χρονικά μεταβαλλόμενη ένταση φωτός.

Αναλογικό σήμαείναι ένα σήμα που μπορεί να λάβει οποιαδήποτε τιμή εντός ορισμένων ορίων (για παράδειγμα, η τάση μπορεί να αλλάξει ομαλά από μηδέν σε δέκα βολτ). Οι συσκευές που λειτουργούν μόνο με αναλογικά σήματα ονομάζονται αναλογικές συσκευές.

Ψηφιακό σήμαείναι ένα σήμα που μπορεί να πάρει μόνο δύο τιμές (μερικές φορές τρεις τιμές). Επιπλέον, επιτρέπονται ορισμένες αποκλίσεις από αυτές τις τιμές (Εικ. 1.1). Για παράδειγμα, η τάση μπορεί να πάρει δύο τιμές: από 0 έως 0,5 V (μηδενικό επίπεδο) ή από 2,5 έως 5 V (στάθμη μονάδας). Οι συσκευές που λειτουργούν αποκλειστικά με ψηφιακά σήματα ονομάζονται ψηφιακές συσκευές.

Στη φύση, σχεδόν όλα τα σήματα είναι αναλογικά, δηλαδή αλλάζουν συνεχώς εντός ορισμένων ορίων. Αυτός είναι ο λόγος που οι πρώτες ηλεκτρονικές συσκευές ήταν αναλογικές. Μετέτρεψαν τα φυσικά μεγέθη σε τάση ή ρεύμα ανάλογο με αυτά, έκαναν κάποιες πράξεις σε αυτά και μετά έκαναν αντίστροφες μετατροπές σε φυσικά μεγέθη. Για παράδειγμα, η φωνή ενός ατόμου (δονήσεις αέρα) μετατρέπεται σε ηλεκτρικούς κραδασμούς χρησιμοποιώντας ένα μικρόφωνο, στη συνέχεια αυτά τα ηλεκτρικά σήματα ενισχύονται από έναν ηλεκτρονικό ενισχυτή και, χρησιμοποιώντας ένα ακουστικό σύστημα, μετατρέπονται ξανά σε δονήσεις αέρα, σε πιο δυνατό ήχο.

Ρύζι. 1.1. Ηλεκτρικά σήματα: αναλογικά (αριστερά) και ψηφιακά (δεξιά).

Όλες οι λειτουργίες που εκτελούνται από ηλεκτρονικές συσκευές σε σήματα μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες ομάδες:

Επεξεργασία (ή μετατροπή).

Αναμετάδοση;

Αποθήκευση.

Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, τα χρήσιμα σήματα παραμορφώνονται από παρασιτικά σήματα - θόρυβος, παρεμβολές, παρεμβολές. Επιπλέον, κατά την επεξεργασία σημάτων (για παράδειγμα, κατά την ενίσχυση, το φιλτράρισμα), το σχήμα τους παραμορφώνεται επίσης λόγω της ατέλειας και της ατέλειας των ηλεκτρονικών συσκευών. Και όταν μεταδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις και κατά την αποθήκευση, τα σήματα εξασθενούν επίσης.

Ρύζι. 1.2. Παραμόρφωση από θόρυβο και παρεμβολή αναλογικού σήματος (αριστερά) και ψηφιακού σήματος (δεξιά).

Στην περίπτωση των αναλογικών σημάτων, όλα αυτά υποβαθμίζουν σημαντικά το χρήσιμο σήμα, αφού επιτρέπονται όλες οι τιμές του (Εικ. 1.2). Επομένως, κάθε μετατροπή, κάθε ενδιάμεση αποθήκευση, κάθε μετάδοση μέσω καλωδίου ή αέρα υποβαθμίζει το αναλογικό σήμα, μερικές φορές ακόμη και στο σημείο της πλήρους καταστροφής του. Πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη ότι όλοι οι θόρυβοι, οι παρεμβολές και οι παρεμβολές είναι θεμελιωδώς αδύνατο να υπολογιστούν με ακρίβεια, επομένως είναι απολύτως αδύνατο να περιγραφεί με ακρίβεια η συμπεριφορά οποιωνδήποτε αναλογικών συσκευών. Επιπλέον, με την πάροδο του χρόνου, οι παράμετροι όλων των αναλογικών συσκευών αλλάζουν λόγω γήρανσης των στοιχείων, οπότε τα χαρακτηριστικά αυτών των συσκευών δεν παραμένουν σταθερά.

Σε αντίθεση με τα αναλογικά σήματα, τα ψηφιακά σήματα, τα οποία έχουν μόνο δύο επιτρεπόμενες τιμές, προστατεύονται πολύ καλύτερα από θόρυβο, παρεμβολές και παρεμβολές. Μικρές αποκλίσεις από τις επιτρεπόμενες τιμές δεν παραμορφώνουν με κανέναν τρόπο το ψηφιακό σήμα, καθώς υπάρχουν πάντα ζώνες επιτρεπόμενων αποκλίσεων (Εικ. 1.2). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ψηφιακά σήματα επιτρέπουν πολύ πιο περίπλοκη και πολλαπλών σταδίων επεξεργασία, πολύ μεγαλύτερη αποθήκευση χωρίς απώλειες και πολύ υψηλότερη ποιότητα μετάδοσης από τα αναλογικά σήματα. Επιπλέον, η συμπεριφορά των ψηφιακών συσκευών μπορεί πάντα να υπολογιστεί και να προβλεφθεί με απόλυτη ακρίβεια. Οι ψηφιακές συσκευές είναι πολύ λιγότερο επιρρεπείς στη γήρανση, καθώς μικρές αλλαγές στις παραμέτρους τους δεν επηρεάζουν με κανέναν τρόπο τη λειτουργία τους. Επιπλέον, οι ψηφιακές συσκευές σχεδιάζονται και διορθώνονται ευκολότερα. Είναι σαφές ότι όλα αυτά τα πλεονεκτήματα διασφαλίζουν την ταχεία ανάπτυξη των ψηφιακών ηλεκτρονικών.

Ωστόσο, τα ψηφιακά σήματα έχουν επίσης ένα σημαντικό μειονέκτημα. Το γεγονός είναι ότι ένα ψηφιακό σήμα πρέπει να παραμείνει σε κάθε επιτρεπόμενο επίπεδο για τουλάχιστον κάποιο ελάχιστο χρονικό διάστημα, διαφορετικά θα είναι αδύνατο να το αναγνωρίσει. Και ένα αναλογικό σήμα μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή σε απειροελάχιστο χρόνο. Μπορούμε να το πούμε αλλιώς: ένα αναλογικό σήμα ορίζεται σε συνεχή χρόνο (δηλαδή σε οποιοδήποτε σημείο του χρόνου), και ένα ψηφιακό σήμα ορίζεται σε διακριτό χρόνο (δηλαδή, μόνο σε επιλεγμένα χρονικά σημεία). Επομένως, η μέγιστη δυνατή απόδοση των αναλογικών συσκευών είναι πάντα θεμελιωδώς μεγαλύτερη από αυτή των ψηφιακών συσκευών. Οι αναλογικές συσκευές μπορούν να χειριστούν πιο γρήγορα μεταβαλλόμενα σήματα από τις ψηφιακές. Η ταχύτητα επεξεργασίας και μετάδοσης πληροφοριών από μια αναλογική συσκευή μπορεί πάντα να είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα επεξεργασίας και μετάδοσής της από μια ψηφιακή συσκευή.

Επιπλέον, ένα ψηφιακό σήμα μεταδίδει πληροφορίες μόνο σε δύο επίπεδα και αλλάζοντας ένα από τα επίπεδα του σε ένα άλλο, ενώ ένα αναλογικό μεταδίδει επίσης πληροφορίες με κάθε τρέχουσα τιμή του επιπέδου του, δηλαδή είναι πιο χωρητικό όσον αφορά τη μετάδοση πληροφοριών. Επομένως, για τη μετάδοση της ποσότητας χρήσιμων πληροφοριών που περιέχονται σε ένα αναλογικό σήμα, είναι πιο συχνά απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολλά ψηφιακά σήματα (συνήθως από 4 έως 16).

Επιπλέον, όπως ήδη αναφέρθηκε, στη φύση όλα τα σήματα είναι αναλογικά, δηλαδή για τη μετατροπή τους σε ψηφιακά σήματα και για την αντίστροφη μετατροπή απαιτείται η χρήση ειδικού εξοπλισμού (μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό και ψηφιακό σε αναλογικό). . Έτσι, τίποτα δεν παρέχεται δωρεάν, και το τίμημα για τα οφέλη των ψηφιακών συσκευών μπορεί μερικές φορές να είναι απαράδεκτα υψηλό.

Ο σχεδιασμός ψηφιακών κυκλωμάτων είναι ο σημαντικότερος κλάδος που μελετάται σε όλα τα ανώτατα και δευτεροβάθμια εκπαιδευτικά ιδρύματα που εκπαιδεύουν ειδικούς στα ηλεκτρονικά. Ένας πραγματικός ραδιοερασιτέχνης θα πρέπει επίσης να γνωρίζει καλά αυτό το θέμα. Αλλά τα περισσότερα βιβλία και εγχειρίδια είναι γραμμένα σε μια γλώσσα που είναι πολύ δύσκολο να κατανοηθεί και θα είναι δύσκολο για έναν αρχάριο μηχανικό ηλεκτρονικών (ίσως έναν μαθητή σχολείου) να μάθει νέες πληροφορίες. Μια σειρά από νέο εκπαιδευτικό υλικό από τον Master Keith έχει σχεδιαστεί για να καλύψει αυτό το κενό: τα άρθρα μας εξηγούν περίπλοκες έννοιες με τους απλούστερους όρους.

8.1. Αναλογικά και ψηφιακά σήματα

Πρώτα πρέπει να καταλάβετε πώς διαφέρει το αναλογικό κύκλωμα από το ψηφιακό. Και η κύρια διαφορά είναι στα σήματα με τα οποία λειτουργούν αυτά τα κυκλώματα.
Όλα τα σήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικούς τύπους: αναλογικά και ψηφιακά.

Αναλογικά σήματα

Τα αναλογικά σήματα είναι τα πιο γνωστά σε εμάς. Μπορούμε να πούμε ότι ολόκληρος ο φυσικός κόσμος γύρω μας είναι αναλογικός. Η όραση και η ακοή μας, καθώς και όλες οι άλλες αισθήσεις, αντιλαμβάνονται τις εισερχόμενες πληροφορίες σε αναλογική μορφή, δηλαδή συνεχώς με την πάροδο του χρόνου. Μετάδοση ηχητικών πληροφοριών - ανθρώπινη ομιλία, ήχοι μουσικών οργάνων, βρυχηθμοί ζώων, ήχοι της φύσης κ.λπ. – εκτελείται επίσης σε αναλογική μορφή.
Για να κατανοήσουμε ακόμα καλύτερα αυτό το ζήτημα, ας σχεδιάσουμε ένα αναλογικό σήμα (Εικ. 1):

Εικ.1. Αναλογικό σήμα

Βλέπουμε ότι το αναλογικό σήμα είναι συνεχές σε χρόνο και πλάτος. Για οποιαδήποτε στιγμή, μπορείτε να προσδιορίσετε την ακριβή τιμή του πλάτους του αναλογικού σήματος.

Ψηφιακά σήματα

Ας αναλύσουμε το πλάτος του σήματος όχι συνεχώς, αλλά διακριτικά, σε σταθερά διαστήματα. Για παράδειγμα, μία φορά το δευτερόλεπτο, ή πιο συχνά: δέκα φορές το δευτερόλεπτο. Το πόσο συχνά το κάνουμε αυτό ονομάζεται ρυθμός δειγματοληψίας: μία φορά ανά δευτερόλεπτο - 1 Hz, χίλιες φορές ανά δευτερόλεπτο - 1000 Hz ή 1 kHz.

Για λόγους σαφήνειας, ας σχεδιάσουμε γραφήματα αναλογικών (παραπάνω) και ψηφιακών (παρακάτω) σημάτων (Εικ. 2.):

Εικ.2. Αναλογικό σήμα (πάνω) και το ψηφιακό αντίγραφό του (κάτω)

Βλέπουμε ότι σε κάθε στιγμιαίο χρονικό διάστημα μπορούμε να βρούμε τη στιγμιαία ψηφιακή τιμή του πλάτους του σήματος. Δεν ξέρουμε τι συμβαίνει με το σήμα (σύμφωνα με ποιον νόμο αλλάζει, ποιο είναι το πλάτος του) μεταξύ των διαστημάτων "ελέγχου" αυτές οι πληροφορίες χάνονται. Όσο λιγότερο συχνά ελέγχουμε τη στάθμη του σήματος (όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας), τόσο λιγότερες πληροφορίες έχουμε για το σήμα. Φυσικά, ισχύει και το αντίθετο: όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας, τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα της παρουσίασης του σήματος. Στο όριο, αυξάνοντας τη συχνότητα δειγματοληψίας στο άπειρο, παίρνουμε σχεδόν το ίδιο αναλογικό σήμα.
Αυτό σημαίνει ότι ένα αναλογικό σήμα είναι σε κάθε περίπτωση καλύτερο από ένα ψηφιακό; Θεωρητικά, ίσως, ναι. Αλλά στην πράξη, οι σύγχρονοι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) λειτουργούν με τόσο υψηλό ρυθμό δειγματοληψίας (έως και αρκετά εκατομμύρια δείγματα ανά δευτερόλεπτο) και περιγράφουν το αναλογικό σήμα σε ψηφιακή μορφή τόσο ποιοτικά που οι ανθρώπινες αισθήσεις (μάτια, αυτιά) μπορούν να δεν αντιλαμβάνονται πλέον τη διαφορά μεταξύ του αρχικού σήματος και του ψηφιακού του μοντέλου. Ένα ψηφιακό σήμα έχει ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα: είναι ευκολότερο να μεταδοθεί μέσω καλωδίων ή ραδιοκυμάτων, οι παρεμβολές δεν έχουν σημαντική επίδραση σε ένα τέτοιο σήμα. Επομένως, όλες οι σύγχρονες κινητές επικοινωνίες, οι τηλεοπτικές και ραδιοφωνικές εκπομπές είναι ψηφιακές.

Το κάτω γράφημα στο Σχ. Το 2 είναι εύκολο να φανταστεί κανείς σε άλλη μορφή - ως μια μεγάλη ακολουθία ενός ζεύγους αριθμών: χρόνος/πλάτος. Και οι αριθμοί είναι ακριβώς αυτό που χρειάζονται τα ψηφιακά κυκλώματα. Είναι αλήθεια ότι τα ψηφιακά κυκλώματα προτιμούν να εργάζονται με αριθμούς σε μια ειδική αναπαράσταση, αλλά θα μιλήσουμε για αυτό στο επόμενο μάθημα.

Τώρα μπορούμε να βγάλουμε σημαντικά συμπεράσματα:

Το ψηφιακό σήμα είναι διακριτό, μπορεί να προσδιοριστεί μόνο για μεμονωμένες χρονικές στιγμές.
- όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας, τόσο καλύτερη είναι η ακρίβεια της αναπαράστασης του ψηφιακού σήματος.

Ένα αναλογικό σήμα είναι συνάρτηση ενός συνεχούς ορίσματος (χρόνος). Εάν το γράφημα διακόπτεται περιοδικά, όπως συμβαίνει σε μια ακολουθία παλμών, για παράδειγμα, μιλούν ήδη για μια συγκεκριμένη διακριτικότητα της έκρηξης.

Ιστορία του όρου

Μηχανικός ηλεκτρονικών υπολογιστών

Αν κοιτάξετε προσεκτικά, δεν είναι γραμμένο πουθενά πού ήρθε στον κόσμο ο ορισμός - αναλογικό. Στη Δύση, ο όρος χρησιμοποιείται από τη δεκαετία του σαράντα από επαγγελματίες υπολογιστών. Ήταν κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου που εμφανίστηκαν τα πρώτα συστήματα υπολογιστών, που ονομάστηκαν ψηφιακά. Και για να διαφοροποιηθούμε, έπρεπε να καταλήξουμε σε νέα επίθετα.

Η έννοια της αναλογικής εισήλθε στον κόσμο των οικιακών συσκευών μόνο στις αρχές της δεκαετίας του '80, όταν κυκλοφόρησαν οι πρώτοι επεξεργαστές Intel και ο κόσμος έπαιζε με παιχνίδια στο ZX-Spectrum σήμερα μπορείτε να αποκτήσετε έναν εξομοιωτή για συσκευές στο Διαδίκτυο. Το gameplay απαιτούσε εξαιρετική επιμονή, επιδεξιότητα και εξαιρετική αντίδραση. Μαζί με τα παιδιά, οι ενήλικες μάζευαν κιβώτια και χτυπούσαν εξωγήινους εχθρούς. Τα σύγχρονα παιχνίδια είναι πολύ κατώτερα από τα πρώτα πουλιά που αιχμαλώτισαν τα μυαλά των παικτών για κάποιο χρονικό διάστημα.

Ηχογράφηση και τηλεφωνία

Στις αρχές της δεκαετίας του '80 άρχισε να εμφανίζεται η ποπ μουσική με ηλεκτρονική επεξεργασία. Ο μουσικός τηλέγραφος παρουσιάστηκε στο κοινό το 1876, αλλά δεν κέρδισε την αναγνώριση. Η δημοφιλής μουσική απευθύνεται στο κοινό με την ευρεία έννοια της λέξης. Ο τηλέγραφος ήταν σε θέση να παράγει μια μόνο νότα και να τη μεταδώσει σε απόσταση, όπου αναπαρήχθη από ένα ειδικά σχεδιασμένο ηχείο. Και παρόλο που οι Beatles χρησιμοποίησαν ένα ηλεκτρονικό όργανο για να δημιουργήσουν το Sergeant Pepper, το συνθεσάιζερ άρχισε να χρησιμοποιείται στα τέλη της δεκαετίας του '70. Το όργανο έγινε πραγματικά δημοφιλές και ψηφιακό ήδη από τα μέσα της δεκαετίας του '80: θυμηθείτε το Modern Talking. Προηγουμένως, είχαν χρησιμοποιηθεί αναλογικοί συνθεσάιζερ, ξεκινώντας με το Novachord το 1939.

Έτσι, ο μέσος πολίτης δεν είχε την ανάγκη να κάνει διάκριση μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών τεχνολογιών έως ότου η τελευταία καθιερώθηκε σταθερά στην καθημερινή ζωή. Η λέξη αναλογικό είναι στη δημόσια ιδιοκτησία από τις αρχές της δεκαετίας του '80. Όσον αφορά την προέλευση του όρου, παραδοσιακά πιστεύεται ότι ο δείκτης δανείστηκε από την τηλεφωνία και αργότερα μεταφέρθηκε στην ηχογράφηση. Οι αναλογικές δονήσεις τροφοδοτούνται απευθείας στο ηχείο και η φωνή ακούγεται αμέσως. Το σήμα είναι παρόμοιο με την ανθρώπινη ομιλία και γίνεται ηλεκτρικό ανάλογο.

Εάν εφαρμόσετε ψηφιακό σήμα στο ηχείο, θα ακουστεί μια απερίγραπτη κακοφωνία από νότες διαφορετικών τόνων. Αυτή η «ομιλία» είναι γνωστή σε όποιον έχει φορτώσει προγράμματα και παιχνίδια από μαγνητική ταινία στη μνήμη του υπολογιστή. Δεν μοιάζει με ανθρώπινο, γιατί είναι ψηφιακό. Όσο για το διακριτό σήμα, στα απλούστερα συστήματα τροφοδοτείται απευθείας στο ηχείο, το οποίο χρησιμεύει ως ολοκληρωτής. Η επιτυχία ή η αποτυχία μιας επιχείρησης εξαρτάται αποκλειστικά από σωστά επιλεγμένες παραμέτρους.

Ταυτόχρονα, ο όρος εμφανίστηκε στην ηχογράφηση, όπου η μουσική και η φωνή πήγαιναν απευθείας από το μικρόφωνο στην κασέτα. Η μαγνητική εγγραφή έχει γίνει ανάλογο πραγματικών καλλιτεχνών. Οι δίσκοι βινυλίου είναι σαν τους μουσικούς και εξακολουθούν να θεωρούνται το καλύτερο μέσο για οποιαδήποτε σύνθεση. Αν και παρουσιάζουν περιορισμένη διάρκεια ζωής. Τα CD περιέχουν πλέον συχνά ψηφιακό ήχο που αποκωδικοποιείται από έναν αποκωδικοποιητή. Σύμφωνα με τη Wikipedia, η νέα εποχή ξεκίνησε το 1975 (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Ηλεκτρικές μετρήσεις

Σε ένα αναλογικό σήμα, υπάρχει μια αναλογία μεταξύ της τάσης ή του ρεύματος και της απόκρισης στη συσκευή αναπαραγωγής. Ο όρος τότε θα θεωρηθεί ότι προέρχεται από το ελληνικό ανάλογο. Τι σημαίνει αναλογική; Ωστόσο, η σύγκριση είναι παρόμοια με την παραπάνω: το σήμα είναι παρόμοιο με μια φωνή που αναπαράγεται από τα ηχεία.

Επιπλέον, στην τεχνολογία χρησιμοποιείται ένας άλλος όρος για την αναφορά σε αναλογικά σήματα - συνεχές. Το οποίο αντιστοιχεί στον ορισμό που δόθηκε παραπάνω.

γενικές πληροφορίες

Ενέργεια σήματος

Όπως προκύπτει από τον ορισμό, ένα αναλογικό σήμα έχει άπειρη ενέργεια και δεν περιορίζεται χρονικά. Επομένως, οι παράμετροί του υπολογίζονται κατά μέσο όρο. Για παράδειγμα, τα 220 V που υπάρχουν στις πρίζες καλούνται πραγματική τιμή για τον καθορισμένο λόγο. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται αποτελεσματικές (με μέσο όρο σε ένα συγκεκριμένο διάστημα) τιμές. Είναι ήδη σαφές ότι η πρίζα περιέχει αναλογικό σήμα με συχνότητα 50 Hz.

Όταν πρόκειται για διακριτικότητα, χρησιμοποιούνται πεπερασμένες τιμές. Για παράδειγμα, όταν αγοράζετε ένα πιστόλι αναισθητοποίησης, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η ενέργεια κρούσης δεν υπερβαίνει μια συγκεκριμένη τιμή μετρούμενη σε joule. Διαφορετικά, θα υπάρξουν προβλήματα με τη χρήση ή την επιθεώρηση. Δεδομένου ότι, ξεκινώντας από μια συγκεκριμένη ενεργειακή τιμή, το πιστόλι αναισθητοποίησης χρησιμοποιείται μόνο από ειδικές δυνάμεις, με καθορισμένο ανώτατο όριο. Οτιδήποτε άλλο είναι καταρχήν παράνομο και μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο όταν χρησιμοποιείται.

Η ενέργεια του παλμού βρίσκεται πολλαπλασιάζοντας το ρεύμα και την τάση με τη διάρκεια. Και αυτό δείχνει το πεπερασμένο της παραμέτρου για διακριτά σήματα. Οι ψηφιακές ακολουθίες βρίσκονται επίσης στην τεχνολογία. Ένα ψηφιακό σήμα διαφέρει από ένα διακριτό σήμα από αυστηρά καθορισμένες παραμέτρους:

1. Διάρκεια.
2. Εύρος.
3. Η παρουσία δύο καθορισμένων καταστάσεων: 0 και 1.
4. Τα bit μηχανής 0 και 1 προστίθενται σε λέξεις που είναι προσυμφωνημένες και κατανοητές από τους συμμετέχοντες (γλώσσα συναρμολόγησης).

Αμοιβαία μετατροπή σήματος

Ένας πρόσθετος ορισμός ενός αναλογικού σήματος είναι η φαινομενική τυχαιότητά του, η απουσία ορατών κανόνων ή η ομοιότητά του με ορισμένες φυσικές διεργασίες. Για παράδειγμα, ένα ημιτονοειδές κύμα μπορεί να περιγράψει την περιστροφή της Γης γύρω από τον Ήλιο. Αυτό είναι ένα αναλογικό σήμα. Στη θεωρία κυκλώματος και σήματος, ένα ημιτονοειδές αντιπροσωπεύεται από ένα διάνυσμα πλάτους περιστροφής. Και η φάση του ρεύματος και της τάσης είναι διαφορετική - πρόκειται για δύο διαφορετικά διανύσματα, που προκαλούν αντιδραστικές διεργασίες. Τι παρατηρείται σε επαγωγείς και πυκνωτές.

Από τον ορισμό προκύπτει ότι ένα αναλογικό σήμα μετατρέπεται εύκολα σε διακριτό. Οποιοδήποτε τροφοδοτικό διακόπτη μειώνει την τάση εισόδου από την πρίζα σε δέσμες. Κατά συνέπεια, ασχολείται με τη μετατροπή ενός αναλογικού σήματος με συχνότητα 50 Hz σε διακριτές υπερηχητικές εκρήξεις. Μεταβάλλοντας τις παραμέτρους κοπής, το τροφοδοτικό προσαρμόζει τις τιμές εξόδου στις απαιτήσεις του ηλεκτρικού φορτίου.

Μέσα στον δέκτη ραδιοκυμάτων με ανιχνευτή πλάτους, συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία. Αφού διορθωθεί το σήμα, σχηματίζονται παλμοί διαφόρων πλάτους στις διόδους. Οι πληροφορίες περιέχονται στο φάκελο ενός τέτοιου σήματος, τη γραμμή που συνδέει τις κορυφές του δέματος. Το φίλτρο μετατρέπει διακριτούς παλμούς σε αναλογική τιμή. Η αρχή βασίζεται στην ενσωμάτωση της ενέργειας: κατά τη διάρκεια της περιόδου παρουσίας τάσης, το φορτίο του πυκνωτή αυξάνεται και, στη συνέχεια, στο διάστημα μεταξύ των κορυφών, το ρεύμα σχηματίζεται λόγω της προηγουμένως συσσωρευμένης παροχής ηλεκτρονίων. Το κύμα που προκύπτει τροφοδοτείται σε έναν ενισχυτή μπάσων και αργότερα σε ηχεία, όπου το αποτέλεσμα ακούγεται από άλλους.

Το ψηφιακό σήμα κωδικοποιείται διαφορετικά. Εκεί, το πλάτος του παλμού περιέχεται στη λέξη μηχανής. Αποτελείται από μονάδες και μηδενικά, απαιτείται αποκωδικοποίηση. Η λειτουργία πραγματοποιείται από ηλεκτρονικές συσκευές: προσαρμογέας γραφικών, προϊόντα λογισμικού. Όλοι κατέβασαν κωδικοποιητές K-Lite από το Διαδίκτυο, αυτή είναι η περίπτωση. Το πρόγραμμα οδήγησης είναι υπεύθυνο για την αποκωδικοποίηση του ψηφιακού σήματος και τη μετατροπή του για έξοδο σε ηχεία και οθόνη.

Δεν χρειάζεται να βιαστούμε σε σύγχυση όταν ένας προσαρμογέας ονομάζεται επιταχυντής 3-D και αντίστροφα. Το πρώτο μετατρέπει μόνο το παρεχόμενο σήμα. Για παράδειγμα, υπάρχει πάντα ένας προσαρμογέας πίσω από την ψηφιακή είσοδο DVI. Ασχολείται μόνο με τη μετατροπή αριθμών από ένα και μηδενικό για εμφάνιση στη μήτρα της οθόνης. Ανακτά πληροφορίες σχετικά με τη φωτεινότητα και τις τιμές εικονοστοιχείων RGB. Όσον αφορά τον τρισδιάστατο επιταχυντή, η συσκευή μπορεί (αλλά δεν απαιτείται) να περιέχει έναν προσαρμογέα, αλλά η κύρια εργασία είναι περίπλοκοι υπολογισμοί για την κατασκευή τρισδιάστατων εικόνων. Αυτή η τεχνική σας επιτρέπει να ανακουφίσετε τον κεντρικό επεξεργαστή και να επιταχύνετε τη λειτουργία του προσωπικού σας υπολογιστή.

Το αναλογικό σε ψηφιακό σήμα μετατρέπεται σε ADC. Αυτό συμβαίνει στο λογισμικό ή μέσα στο τσιπ. Ορισμένα συστήματα συνδυάζουν και τις δύο μεθόδους. Η διαδικασία ξεκινά με τη λήψη δειγμάτων που ταιριάζουν σε μια δεδομένη περιοχή. Κάθε μία, όταν μετασχηματίζεται, γίνεται λέξη μηχανής που περιέχει το υπολογιζόμενο ψηφίο. Στη συνέχεια οι αναγνώσεις συσκευάζονται σε δέματα, δίνοντας τη δυνατότητα αποστολής τους σε άλλους συνδρομητές του σύνθετου συστήματος.

Οι κανόνες δειγματοληψίας κανονικοποιούνται από το θεώρημα του Kotelnikov, το οποίο δείχνει τη μέγιστη συχνότητα δειγματοληψίας. Τις περισσότερες φορές απαγορεύεται η αντίστροφη μέτρηση, καθώς χάνονται πληροφορίες. Για να το θέσω απλά, μια εξαπλάσια υπέρβαση της συχνότητας δειγματοληψίας πάνω από το ανώτερο όριο του φάσματος σήματος θεωρείται επαρκής. Μια μεγαλύτερη προσφορά θεωρείται επιπλέον πλεονέκτημα, που εγγυάται καλή ποιότητα. Οποιοσδήποτε έχει δει ενδείξεις για το ρυθμό δειγματοληψίας των ηχογραφήσεων. Συνήθως η ρύθμιση είναι πάνω από 44 kHz. Ο λόγος είναι οι ιδιαιτερότητες της ανθρώπινης ακοής: το ανώτερο όριο του φάσματος είναι 10 kHz. Επομένως, μια συχνότητα δειγματοληψίας 44 kHz είναι αρκετή για μέτρια μετάδοση ήχου.

Διαφορά μεταξύ διακριτού και ψηφιακού σήματος

Τέλος, ένα άτομο συνήθως αντιλαμβάνεται αναλογικές πληροφορίες από τον έξω κόσμο. Εάν το μάτι δει ένα φως που αναβοσβήνει, η περιφερειακή όραση θα καταγράψει το γύρω τοπίο. Κατά συνέπεια, το τελικό αποτέλεσμα δεν φαίνεται να είναι διακριτό. Φυσικά, είναι δυνατό να προσπαθήσουμε να δημιουργήσουμε μια διαφορετική αντίληψη, αλλά αυτό είναι δύσκολο και θα αποδειχθεί εντελώς τεχνητό. Αυτή είναι η βάση για τη χρήση του κώδικα Μορς, ο οποίος αποτελείται από τελείες και παύλες που διακρίνονται εύκολα από το θόρυβο του φόντου. Οι διακριτές πινελιές ενός τηλεγραφικού κλειδιού είναι δύσκολο να συγχέονται με φυσικά σήματα, ακόμη και με την παρουσία ισχυρού θορύβου.

Ομοίως, ψηφιακές γραμμές έχουν εισαχθεί στην τεχνολογία για την εξάλειψη των παρεμβολών. Κάθε λάτρης του βίντεο προσπαθεί να αποκτήσει ένα κωδικοποιημένο αντίγραφο της ταινίας σε μέγιστη ανάλυση. Οι ψηφιακές πληροφορίες μπορούν να μεταδοθούν σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς την παραμικρή παραμόρφωση. Οι κανόνες που είναι γνωστοί και στις δύο πλευρές για το σχηματισμό προσυμφωνημένων λέξεων γίνονται βοηθοί. Μερικές φορές περιττές πληροφορίες ενσωματώνονται σε ένα ψηφιακό σήμα, επιτρέποντας τη διόρθωση ή τον εντοπισμό σφαλμάτων. Αυτό εξαλείφει τις εσφαλμένες αντιλήψεις.

Παλμικά σήματα

Για να είμαστε πιο ακριβείς, διακριτά σήματα δίνονται από μετρήσεις σε ορισμένα χρονικά σημεία. Είναι σαφές ότι μια τέτοια ακολουθία δεν σχηματίζεται στην πραγματικότητα λόγω του γεγονότος ότι η άνοδος και η πτώση έχουν πεπερασμένο μήκος. Η ώθηση δεν μεταδίδεται αμέσως. Επομένως, το φάσμα της ακολουθίας δεν θεωρείται διακριτό. Αυτό σημαίνει ότι το σήμα δεν μπορεί να ονομαστεί έτσι. Στην πράξη, υπάρχουν δύο κατηγορίες:

1. Αναλογικά σήματα παλμών - το φάσμα των οποίων καθορίζεται από τον μετασχηματισμό Fourier, επομένως, συνεχές, τουλάχιστον σε ορισμένες περιοχές. Το αποτέλεσμα της δράσης της τάσης ή του ρεύματος σε ένα κύκλωμα βρίσκεται από τη λειτουργία συνέλιξης.
2. Τα διακριτά σήματα παλμών δείχνουν επίσης ένα διακριτό φάσμα οι λειτουργίες με αυτά πραγματοποιούνται μέσω διακριτών μετασχηματισμών Fourier. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται επίσης διακριτή συνέλιξη.

Αυτές οι διευκρινίσεις είναι σημαντικές για τους γραμματικούς που έχουν διαβάσει ότι τα σήματα παλμών μπορεί να είναι αναλογικά. Τα διακριτά ονομάζονται από τα χαρακτηριστικά του φάσματος. Ο όρος αναλογικό χρησιμοποιείται για τη διαφοροποίηση. Το επίθετο συνεχής είναι εφαρμόσιμο, όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, και σε σχέση με τα χαρακτηριστικά του φάσματος.

Διευκρίνιση: μόνο το φάσμα μιας άπειρης ακολουθίας παλμών θεωρείται αυστηρά διακριτό. Για ένα πακέτο, τα αρμονικά στοιχεία είναι πάντα ασαφή. Ένα τέτοιο φάσμα μοιάζει με μια ακολουθία παλμών διαμορφωμένων στο πλάτος.