Преобразование формы сигналов

Процесс преобразования аналоговой формы сигнала в цифровую включает два этапа: дискретизацию во времени, рассмотренную в предыдущем разделе, и квантование по уровню. Если первая операция линейная, то вторая – нелинейная. Квантованные уровни сигнала соответствуют ряду чисел от нуля до максимального числа, определяемого разрядностью квантователя.

Из технических соображений числа представляются в двоичном коде (т. е. комбинацией цифр двоичного кода «0» и «1»), что объясняется достижениями микроэлектроники в разработке элементов с двумя устойчивыми состояниями. Таким образом, фрагмент соответствующего цифрового сигнала имеет вид, показанный на рис.6.2. На этом рисунке показано четыре уровня квантования непрерывного сигнала u₁(t). Физически последовательность 2-х чисел отображается последовательностью уровней напряжения. Например, «1» это +5 В, «0» это 0 В. Тогда физический цифровой сигнал имеет вид, показанный на диаграмме преобразования рис. 6.2 в виде напряжения u₂(t). Сигнал именно такого вида действует на входе и выходе цифровой ЭЦ. Конечно, это непрерывный, по сути, сигнал. Однако определяющим для такого сигнала является цифровой код, т. е. набор чисел - комбинаций цифр принятого кода (в частности двоичного кода).

Переходы от дискретного сигнала к аналоговому сигналу и наоборот осуществляются с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Эти переходы показаны на рис. 6.2 стрелками с соответствующими структурными звеньями.

Рис.6.2

АЦП осуществляет преобразование каждого дискретного десятичного значения сигнала в двоичную систему исчисления. Например,

3 = 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 011.

Чем выше требуемая точность АЦП, тем больше необходимое число разрядов «n».

Тактовая частота, с которой работает АЦП, равна частоте дискретизации. Она должны удовлетворять условию

,

так как максимальный десятичный эквивалент двоичного числа будет

.

Цифровые сигналы характеризуются скоростью передачи, которая измеряется в бит/с. Бит - минимальное сообщение, означающее выбор одного из двух значений: "0" или "1". 1 байт равен 8 бит. На передачу сигнала через электрическую цепь со скоростью 1 бит/с обычно требуется 1 Гц полосы частот (предел Найквиста).