文/邱雨

在電子電路中，信號(hào)分為兩種，一種是模擬信號(hào)，另一種是數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)一般是連續(xù)有限信號(hào)源，模擬信號(hào)圖形模型一般為折線(xiàn)、曲線(xiàn)或者連續(xù)的直線(xiàn)，保證中間連續(xù)不間斷。而數(shù)字信號(hào)一般為離散信號(hào)，中間不帶有連續(xù)重構(gòu)，數(shù)字信號(hào)帶有加密技術(shù)，采用加密方式包括：十進(jìn)制及十六進(jìn)制編碼，每種編碼都具有一定的邏輯性。信號(hào)的處理離不開(kāi)電子技術(shù)的支持，根據(jù)信號(hào)處理方式的不同，可以將人們所掌握的電子技術(shù)分為兩種：模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。

1 電子系統(tǒng)信號(hào)處理

所有的電子技術(shù)，都離不開(kāi)信號(hào)的發(fā)生和接收處理兩個(gè)過(guò)程。信號(hào)某種形式存在于一定的介質(zhì)（如磁帶、CD光盤(pán)、硬盤(pán)等）上或電子電路中。通常，為了提高信號(hào)處理過(guò)程中的準(zhǔn)確性，人們會(huì)采用一定的技術(shù)手段對(duì)過(guò)程中的信號(hào)進(jìn)行降噪、濾波、糾錯(cuò)、檢查，同時(shí)，為了加快信號(hào)轉(zhuǎn)換效率，會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮、編碼等處理。

模擬信號(hào)由于是在連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)，因此其處理采樣過(guò)程還會(huì)涉及到平滑采樣，加以濾波。數(shù)字信號(hào)由于是在離散的時(shí)間點(diǎn)上出現(xiàn)的數(shù)值序列，因此采樣時(shí)關(guān)鍵在于采樣周期的把握。數(shù)字邏輯電路的基本單元是邏輯門(mén)處理單元，存儲(chǔ)器一般是借助數(shù)字電路以二進(jìn)制方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

數(shù)字信號(hào)采用數(shù)字代碼方式進(jìn)行電壓及電流變化記錄，數(shù)字0代表流經(jīng)電流值的變化情況，數(shù)字1代表流經(jīng)電壓值的變化情況。當(dāng)流經(jīng)的幅度不超過(guò)允許的最大值時(shí)，數(shù)字信號(hào)記錄器便會(huì)計(jì)量數(shù)字1；當(dāng)流經(jīng)的幅度超過(guò)允許的最小值時(shí)，數(shù)字信號(hào)記錄器便會(huì)計(jì)量數(shù)字0；在同一電路中，假設(shè)流經(jīng)的數(shù)值在最大值與最小值之間，則不會(huì)影響整個(gè)數(shù)據(jù)終端數(shù)值的精確性。另外數(shù)字信號(hào)抗干擾能力比模擬信號(hào)強(qiáng)很多，主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，采用串行或者并行編碼方式，這種方式會(huì)根據(jù)傳輸鏈路數(shù)據(jù)量的不同，進(jìn)行自動(dòng)切換，保證傳輸?shù)男盘?hào)不會(huì)失真。但是模擬信號(hào)采用傳統(tǒng)信道傳輸方式，當(dāng)信號(hào)收到外界電流及電壓變化時(shí)，會(huì)對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生失真現(xiàn)象，造成信號(hào)片段的丟失。

2 模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)對(duì)比

在電子系統(tǒng)的信號(hào)處理過(guò)程中，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換處理方式不同，系統(tǒng)的應(yīng)用效果也不相同。所有的邏輯運(yùn)算，從根本上分析，依然是二進(jìn)制的數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算。通過(guò)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的與、或、非、判斷、比較、處理等工作，進(jìn)一步發(fā)展出更為復(fù)雜的推理、預(yù)測(cè)、存儲(chǔ)、傳輸?shù)取Ｔ谶M(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，清晰的邏輯能夠給軟件的編制工作帶來(lái)極大的便利。人們更傾向于采用數(shù)學(xué)方法和熟知的電路定律來(lái)處理電子元件或整個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題。

2.1 模擬電子技術(shù)

以音頻處理系統(tǒng)為例，在模擬電子技術(shù)中：通過(guò)傳聲器從外界得到的音頻信號(hào)在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)變化的，我們稱(chēng)之為模擬信號(hào)。記錄和重放信號(hào)的音源就是模擬音源，在聲音的錄放系統(tǒng)中所產(chǎn)生、傳輸?shù)碾娏?、電壓信?hào)也是模擬信號(hào)。聲音信號(hào)本身就是模擬信號(hào)，因此，模擬信號(hào)處理在電子技術(shù)工作過(guò)程有著自身的優(yōu)勢(shì)——系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單、無(wú)需復(fù)雜的算法處理。這一優(yōu)點(diǎn)使得電子技術(shù)在在發(fā)展的早期，模擬系統(tǒng)迅速發(fā)展，誕生了眾多革命性的產(chǎn)品例如磁帶、錄音座、LP電唱機(jī)等。在模擬電子系統(tǒng)中，系統(tǒng)各個(gè)功能部件的工作原理更加接近現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的工作方式，無(wú)需經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、編碼、調(diào)制、解調(diào)等一系列處理，信號(hào)更不容易失真，相對(duì)而言，系統(tǒng)的維護(hù)也更加簡(jiǎn)單，往往是根據(jù)故障狀態(tài)針對(duì)電路當(dāng)中的相應(yīng)元器件進(jìn)行性能測(cè)試檢查即可找出系統(tǒng)故障所在，問(wèn)題的排查更加直觀。

模擬電子技術(shù)的劣勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）模擬電子技術(shù)的精度等級(jí)低。模擬信號(hào)在處理過(guò)程中的精度主要是由系統(tǒng)中所采用的硬件電路所決定，電子元件的性能直接影響著整個(gè)電子技術(shù)的效果。在如今越來(lái)越追求信號(hào)無(wú)損的當(dāng)下，模擬信號(hào)處理受限于硬件電路的制約，精度等級(jí)始終無(wú)法達(dá)到0.001級(jí)。在對(duì)精度要求比較高的系統(tǒng)中，模擬電路因其精度限制表現(xiàn)出巨大的局限性。

（2）模擬電子技術(shù)的抗干擾能力差。在模擬電路中，晶體管一般工作在放大狀態(tài)。在容易產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的環(huán)境下，模擬電路非常容易產(chǎn)生信號(hào)干擾，進(jìn)而影響信號(hào)的準(zhǔn)確性，產(chǎn)生失真。尤其是在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，線(xiàn)路比較繁雜，加上各種周邊設(shè)備較多時(shí)，受環(huán)境影響因素較多。這一點(diǎn)，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)（如GPRS、Wi-Fi、4G、5G通信）中表現(xiàn)尤其明顯。

（3）無(wú)法保存過(guò)去的場(chǎng)景，尤其是對(duì)于系統(tǒng)中已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的部分模擬信號(hào)，不能夠有效的對(duì)信號(hào)以及信號(hào)發(fā)生過(guò)程進(jìn)行復(fù)原重現(xiàn)。

2.2 數(shù)字電子技術(shù)

數(shù)字電子技術(shù)包含2種綜合性技術(shù)應(yīng)用，一種是數(shù)字電路，數(shù)字電路連接整個(gè)電路運(yùn)行處理程序，保證信號(hào)在傳輸過(guò)程中，不被外界信號(hào)干擾。而另一種是數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)的運(yùn)行處理速度直接關(guān)系到數(shù)字電路的工作運(yùn)行效率。數(shù)字電路包括組合邏輯電路，該電路在運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)前端數(shù)字信號(hào)的記憶功能，只與傳輸過(guò)程中最開(kāi)始的傳輸信號(hào)有關(guān)，開(kāi)始時(shí)傳輸信號(hào)的狀態(tài)決定著最后輸出狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)。而另一種是時(shí)序邏輯電路，該電路具有一定的記憶功能，能對(duì)不同數(shù)字信號(hào)進(jìn)行不同邏輯運(yùn)算，其中涉及“與、或、非”三者的相關(guān)運(yùn)算，在“與”邏輯運(yùn)算過(guò)程中，只有2個(gè)邏輯門(mén)全部為1時(shí)，才能保證輸出信號(hào)為1；在“或”運(yùn)算過(guò)程中，保證其中1個(gè)邏輯門(mén)為1，則輸出信號(hào)為1；而“非”門(mén)側(cè)重于否定關(guān)系，輸入邏輯為1，則輸出為0，輸入邏輯為0，則輸出為1。邏輯表達(dá)式越簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)它的電路越簡(jiǎn)單，電路工作越穩(wěn)定可靠。

在工作時(shí)，首先是以數(shù)字化形式對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，將在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的模擬源信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)。然后，借助硬件電路以及算法的處理，將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行壓縮、編碼、存儲(chǔ)、傳輸，最后將其解壓、再次轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

在數(shù)字電路中，系統(tǒng)信號(hào)處理器的工作方式多種多樣，既可以是微處理器通過(guò)軟件編程對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)期的處理，即軟件實(shí)現(xiàn)方法。也可以是由數(shù)字硬件組成的專(zhuān)用處理器即硬件實(shí)現(xiàn)方法。很多情況下，這兩種方法并不是完全獨(dú)立的，而是相互補(bǔ)充，共同存在的。尤其是在處理數(shù)字高頻信號(hào)時(shí)，憑借單一的軟件實(shí)現(xiàn)方法很難對(duì)高頻信號(hào)在時(shí)間延遲較大的情況下做到及時(shí)的響應(yīng)，因此需要在硬件方面提高處理器的并行工作能力，以此來(lái)應(yīng)對(duì)高速數(shù)據(jù)的處理任務(wù)。這兩種工作方式也使得數(shù)字電子電路的應(yīng)用范圍比模擬電子電路更加廣泛。

3 總結(jié)

從整體上看，數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)現(xiàn)往往并非全部依靠數(shù)字元件完成，而是還要依靠部分的模擬電路作為補(bǔ)充。在電子設(shè)計(jì)之初，往往需要考慮多種因素，尤其是穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)，例如航空航天飛行控制器、精密醫(yī)療器械控制電路等，系統(tǒng)必須具有極高的抗電磁干擾能力，這是數(shù)字電路中模擬部分所要解決的重要問(wèn)題之一。數(shù)字電路技術(shù)相較于模擬電子技術(shù)，工作更加靈活、可靠、經(jīng)濟(jì)，因此在應(yīng)用中也更加的普及。但綜合而言，兩者各有優(yōu)劣，相互補(bǔ)充，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下兩者各自發(fā)揮出不同的優(yōu)勢(shì)。相信在未來(lái)，大數(shù)據(jù)以及人工智能等更多新興技術(shù)蓬勃發(fā)展趨勢(shì)的下，數(shù)字電子技術(shù)將會(huì)在應(yīng)用層起到更加主要的作用，而模擬電子技術(shù)將會(huì)在底層硬件電路以及驅(qū)動(dòng)方面起到關(guān)鍵作用。