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按照我們通常的定義，數(shù)字信號是指幅度和時間都離散的信號叫“數(shù)字信號”。而很多書里面也說處理數(shù)字信號的電路就是數(shù)字電路，其實真的是這樣嗎？之前有人質(zhì)問過說什么Digital Sensor、Digital LDO都是假的，因為這些電路處理的都是“模擬信號”，所以這些都是“模擬電路”。
數(shù)字信號看似一個非常常規(guī)而成熟的概念，其實含有很大的混淆。今天就來大概談談這個概念，和大家討論。
首先要討論一個問題 —— 什么叫信號(Signal)？按照信號與系統(tǒng)的定義，信號是傳遞有關一些現(xiàn)象的行為或屬性的信息的函數(shù)，這個函數(shù)通常自變量是時間或者是位置。隨著時間連續(xù)變化的信號，被定義為模擬信號；而不是隨著時間連續(xù)變化，也就是間隔一段時間(通常為固定周期)變化的信號，其實就是離散時間信號。
如果離散時間信號只有有限個取值的，就是數(shù)字信號。所以我們談數(shù)字信號，實際上談的是信號本身的一種屬性或者數(shù)學上的特征。如果抽象的來談信號，其實就是一個數(shù)學上的函數(shù)的概念。一個數(shù)(自變量)與數(shù)(因變量)的關系。
但從另外一方面來講，信號是必須有載體的，是要有物理的現(xiàn)成才能把信號表示出來?，F(xiàn)實世界的物理現(xiàn)象(宏觀上的)如果以時間為自變量，那么絕大部分都可以表示成某種物理量的變化過程。而這種變化過程中，時間是連續(xù)變化的而物理量也是連續(xù)變化的，這顯然是一種模擬信號。例如溫度的變化、飛機速度的變化等等。
自然界有沒有天生的數(shù)字信號？應該是沒有的。但是應該是極其特定的條件下有天生的離散時間信號。一個勻速跳躍的青蛙，它的位移量應該是一個離散時間信號……
如果我們要對這些信號加以記錄和處理，我們應該是先把這些信號轉變?yōu)殡娦盘?。這個轉換的過程就叫做“傳感”，執(zhí)行這個過程的器件叫做傳感器，傳感器把某種物理量轉變成了以電壓或者電流表示的信號。這個信號是對現(xiàn)實世界物理量的“復刻”或者說“再現(xiàn)”，因此這個也符合模擬信號的特點。
我們也知道我們要把模擬信號用數(shù)字信號處理的辦法來求解，是要把模擬信號用數(shù)字信號來表示。那么第一步就是要把模擬信號由時間上連續(xù)變?yōu)闀r間上離散的，大家都知道這個過程叫做采樣。采樣完了的信號時間上是離散的，間隔了若干周期才變化，但是因變量的取值仍然是隨意的。
那么在接下來的過程中，通過把這些因變量映射到固定的數(shù)值上去，這個過程上叫量化。但是這個量化，在實際的物理過程上就有問題了。按理說量化完了，這個信號就已經(jīng)是自變量也離散，因變量也離散了，最后就應該是數(shù)字信號了？
但是為什么我們的AD轉換過程應該三步：采樣、量化、編碼啊(嚴格說來是四步：采樣、保持、量化、編碼，但是這個保持的過程是做ADC電路設計時候才考慮的)。這就涉及到一個問題：那就是數(shù)字信號的“表征”問題。
既然數(shù)字信號是自變量和應變量都是離散的，想到最直觀的就是用一個有有限個幅度值的脈沖信號來表征它。比如1就是1V，2就是2V，3就是3V……事實上，在數(shù)模轉換中，我們其實是把常規(guī)的數(shù)字信號轉換成了這種類型的脈沖。
但我們在真實的系統(tǒng)中并沒有用這種方法來表征數(shù)字信號，而是采用了的一套二進制的數(shù)值系統(tǒng)來表征這個數(shù)字信號。這個二進制的數(shù)值系統(tǒng)是采用多個二值信號+權重的方式來表示數(shù)值的。
所以我們知道了，編碼的過程，本質(zhì)上是將數(shù)字信號轉換為以特定的二進制數(shù)值系統(tǒng)表征的過程。當然，也可以考慮將其轉換為多進制(如蘇聯(lián)大力研制的三進制)或者其它體系的數(shù)值系統(tǒng)(如余數(shù)系統(tǒng)、隨機數(shù)等)。
而所謂的“數(shù)字信號處理”，實際上是對已經(jīng)被某種數(shù)值系統(tǒng)表示出來的數(shù)字信號加以計算。本質(zhì)上是在用“數(shù)值計算”的方法來處理，常規(guī)的“數(shù)值計算”自然是二進制的加減運算了。而如果表示為非常規(guī)的數(shù)值系統(tǒng)，其實也可以做數(shù)值計算。比如余數(shù)系統(tǒng)就是前幾年大熱的一種數(shù)值系統(tǒng)，很多做信號處理電路的人是在這個層面上做創(chuàng)新。
回過頭來說，構成這個二進制數(shù)值系統(tǒng)的根基，是二值化的特定信號。這種信號顯然是一種數(shù)字信號(時間上離散，取值只有兩種)，所以大家講數(shù)字信號的時候往往是在講這種信號，但這并不是數(shù)字信號的全部。恰恰又是我們通常以這種二值信號為基礎構建的二進制數(shù)值系統(tǒng)來表征了數(shù)字信號，從而產(chǎn)生了概念上的混淆。
凡是電路的工作過程中，信號的變化過程是以時間離散且應變量離散的方式進行的，都應該是Digital的。比如Digital LDO，就是把LDO的變化從連續(xù)的可調(diào)，變?yōu)榱送ㄟ^在時間上開關一組LDO。從連續(xù)的控制變成了時間也離散，因變量也離散的控制。這種當然當?shù)闷稹癉igital”的名。
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