模擬信號(hào)調(diào)理技術(shù)

模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)需要經(jīng)過信號(hào)的采樣、信號(hào)的保持、信號(hào)的量化與信號(hào)的編碼四個(gè)基本步驟。

采樣是對(duì)連續(xù)信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行離散，即按照特定的時(shí)間間隔在原始的模擬信號(hào)上逐點(diǎn)采集瞬時(shí)值。從效果來看，采樣頻率越高，所得的離散信號(hào)就越接近原始的模擬信號(hào)，但采樣頻率過高則對(duì)實(shí)際電路的要求就更高，也會(huì)給帶來大量的計(jì)算與存儲(chǔ)。采樣頻率過低會(huì)導(dǎo)致信息丟失，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致信息失真，無法使用。采取其瞬時(shí)值后要在原位置保持一段時(shí)間，這樣形成的鋸齒型波信號(hào)提供給后續(xù)信號(hào)量化。

對(duì)采集得到的離散信號(hào)進(jìn)行量化是將特定幅度的信號(hào)轉(zhuǎn)化為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最小單位的整數(shù)倍，這個(gè)最小單位也被稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的量化單位。每個(gè)采樣值代表一次采樣所獲得模擬信號(hào)的瞬時(shí)幅度。通常量化單位都是2的倍數(shù)，量化位數(shù)越多，量化誤差就越小，量化得到的結(jié)果就越好。在實(shí)際的量化過程由于需要近似處理，因此一定存在量化誤差，這種誤差在最后數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)又會(huì)再現(xiàn)，通常稱這種誤差為量化噪聲。通?？梢酝ㄟ^增加量化位數(shù)來降低這種量化誤差，但當(dāng)信號(hào)幅度降低到一定值后，量化噪聲與原始模擬信號(hào)之間的相關(guān)性就更加明顯。

對(duì)量化后的離散信號(hào)進(jìn)行編碼是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的最后環(huán)節(jié)，常見的采用并行比較型路和逐次逼近型電路實(shí)現(xiàn)，通過借助一定的電路，可以將量化后的離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。

模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量所表達(dá)的信息，如溫度、濕度、壓力、長(zhǎng)度、電流、電壓等等，我們通常又把模擬信號(hào)稱為連續(xù)信號(hào)，它在一定的時(shí)間范圍內(nèi)可以有無限多個(gè)不同的取值。而數(shù)字信號(hào)是指在取值上是離散的、不連續(xù)的信號(hào)。

實(shí)際生產(chǎn)生活中的各種物理量，如攝相機(jī)攝下的圖像、車間控制室所記錄的壓力、流速、轉(zhuǎn)速、濕度等等都是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是在模擬信號(hào)的基礎(chǔ)上經(jīng)過采樣、量化和編碼而形成的。具體地說，采樣就是把輸入的模擬信號(hào)按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔得到各個(gè)時(shí)刻的樣本值.量化是把經(jīng)采樣測(cè)得的各個(gè)時(shí)刻的值用二進(jìn)碼制來表示，編碼則是把量化生成的二進(jìn)制數(shù)排列在一起形成順序脈沖序列。

模擬信號(hào)傳輸過程中，先把信息信號(hào)轉(zhuǎn)換成幾乎“一模一樣”的波動(dòng)電信號(hào)(因此叫“模擬”)，再通過有線或無線的方式傳輸出去，電信號(hào)被接收下來后，通過接收設(shè)備還原成信息信號(hào)。

近百年以來，無論是有線相連的電話，還是無線發(fā)送的廣播電視，很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都是用模擬信號(hào)來傳遞信號(hào)的。照說模擬信號(hào)同原來的信號(hào)在波形上幾乎“一模一樣”，似乎應(yīng)該達(dá)到很好的傳播效果，然而事實(shí)恰恰相反，過去我們打電話時(shí)常常遇到聽不清的現(xiàn)象;廣播電臺(tái)，效果總有較大的欠缺;電視圖像上也時(shí)有雪花點(diǎn)閃爍。這是因?yàn)樾盘?hào)在傳輸過程中要經(jīng)過許多的處理和轉(zhuǎn)送，這些設(shè)備難免要產(chǎn)生一些干擾;此外，如果是有線傳輸，線路附近的電氣設(shè)備也要產(chǎn)生電磁干擾;如果是無線傳送，則更加“開放”，空中的各種干擾根本無法抗拒。這些干擾很容易引起信號(hào)失真，也會(huì)帶來一些噪聲。這些失真和附加的噪聲，還會(huì)隨著傳送的距離的增加而積累起來，嚴(yán)重影響通訊質(zhì)量。對(duì)此，人們想了許多辦法。一種是采取各種措施來抗干擾，如提高信息處理設(shè)備的質(zhì)量，盡量減少它的干擾;又如給傳輸線加上屏蔽;再如采用調(diào)頻載波來代替調(diào)幅載波等。但是，這些辦法都不能從根本上解決干擾的問題。另一種辦法是設(shè)法除去信號(hào)中的噪聲，把失真的信號(hào)恢復(fù)過來，但是，對(duì)于模擬信號(hào)來說，由于無法從已失真的信號(hào)較準(zhǔn)確地推知出原來不失真的信號(hào)，因此這種辦法很難有效，有的甚至越弄越糟。

模擬信號(hào)主要是與離散的數(shù)字信號(hào)相對(duì)的連續(xù)的信號(hào)，模擬信號(hào)分布于自然界的各個(gè)角落，如氣溫的變化，而數(shù)字信號(hào)是人為的抽象出來的在幅度取值上不連續(xù)的信號(hào)。電學(xué)上的模擬信號(hào)主要是指幅度和相位都連續(xù)的電信號(hào)，此信號(hào)可以被模擬電路進(jìn)行各種運(yùn)算，如放大，相加，相乘等。