文·貝魚

頭條號·貝魚說

全文脈絡(luò)

1.信息、信號,、消息三者的關(guān)系

2.模擬信號,、數(shù)字信號的通俗解釋

3.具體電路中模擬信號和數(shù)字信號的產(chǎn)生原理

在理解信號之前，我們先來模擬一對話場景：

A：我有一個好消息要告訴你,。

B：好的,，你說,。

A：我數(shù)學考了100分。

01 信息,、信號,、消息三者的關(guān)系

這里面當A向B說有一個好消息的時候，A是通過聲波,，也就是聲音信號傳遞給B的,。好消息中的內(nèi)容我們稱為信息，這里的信息是指：數(shù)學考了100分,。這樣我們就明白了信號,、消息和信息三者之間的關(guān)系：

在信息論中,，有專門講解一則消息中所含信息量的多少的相關(guān)知識,，事實證明人們更喜歡信息量大的消息，而信息量大的消息往往具有很大的不確定性,，也極易引起轟動,。限于篇幅，此處僅辨析模擬信號和數(shù)字信號,。

上一部分我們說明了信號是消息的物理載體,，載體容易理解，比如過河的橋,，運貨的卡車等等均可以作為載體,。而此處我們所說的信號則指向光、熱,、聲,、電之類的信號，它們傳播速度快,，適合于通信,。而所說的模擬信號和數(shù)字信號在電路中屬于電信號。

之所以研究電信號,，是因為電信號容易傳送,、處理和控制，即使在光通信中,，利用光信號傳遞信息的場合,，系統(tǒng)的發(fā)送和接收兩端也是轉(zhuǎn)換為電信號來處理的，可見電信號的基礎(chǔ)作用可見一斑,。

02 模擬信號,、數(shù)字信號的通俗解釋

一般，我們說模擬信號是指在時間上和數(shù)值上連續(xù),、確定的信號,；而數(shù)字信號則是指在時間和數(shù)值上均具有離散特性的信號。如下圖：

可見,，模擬信號在時間和數(shù)值上是連續(xù)變化的,，不存在跳變；但數(shù)字信號在數(shù)值上首先是不連續(xù)的,，存在電平跳變,，其次數(shù)字信號也可以在時間上離散，比如完成一項任務(wù)的請求信號（ack）,中斷信號（interrupt）等等,，這些信號在時間上是不確定,，也便是離散的。

03 具體電路中模擬信號和數(shù)字信號的產(chǎn)生原理

在一個具體的電路系統(tǒng)中,，既可以集成模擬部分,，也可以集成數(shù)字部分。一般模擬信號和數(shù)字信號均是由半導體器件產(chǎn)生的,，比如三極管,、場效應(yīng)管。在模擬信號中,，我們可能會利用這些器件的放大特性,；而在數(shù)字電路中，利用更多的是這些器件的開關(guān)特性（截至和放大特性中的某一部分）,。

正是由于同一器件既可以產(chǎn)生模擬信號也可以產(chǎn)生數(shù)字信號,，因此模擬信號和數(shù)字信號之間也存在著一定的聯(lián)系。數(shù)字信號將模擬信號中高于一定電平值的電壓賦作邏輯1,，低于一定電平值的電平賦作邏輯0.(下圖中,，將模擬信號中高于2.4V的電壓信號當作了數(shù)字信號中的邏輯1，低于0.4V的電壓當作邏輯0),。

為了定性地說明數(shù)字信號的產(chǎn)生過程,，以場效應(yīng)管的開關(guān)特性來說明，若以模擬信號作為輸入信號,，當Uin的數(shù)值大于一定值的時候,，場效應(yīng)管導通，輸出端接地,，此時輸出低電平,，也即邏輯上的‘0’；而當Uin的數(shù)值低于場效應(yīng)管的開啟電壓時,，場效應(yīng)管截至,，此時輸出端輸出高電平，也即邏輯上的‘1’,。

可見,，對于數(shù)字信號來說,，理想狀態(tài)是上升沿和下降沿異常陡峭。但是實際中,，由于存在分布電容和結(jié)電容的影響（存在充放電時間）,，上升和下降沿會存在一定的坡度，正如上圖數(shù)字信號波形圖所示,，實際波形還可能會存在一些毛刺,。