为什么要区分模拟信号和数字信号？

电子信号在几乎所有电子设备的运行中都至关重要。它们可以传输各种信息，从人的声音到电视和广播信号，再到 LED 的供电电流。电子信号用于在电子设备之间以模拟或数字方式发送信息。

模拟信号

模拟量是指某种事物对其他事物的表征。在电子学中，模拟信号是某种输入的表征。

例如， 挂钟的指针模拟了时间的流逝。 模拟电压表指向表盘上的数字，模拟了施加的电压。 麦克风产生的变化电压模拟了歌手的声音。

因此，在通信系统中，我们可以说模拟信号代表了某种已传递给系统的信息，通常是通过交流电波形。

该图显示了模拟信号随时间变化的幅度（即电压）：

模拟信号

数字信号

数字信号是以二进制格式传输或显示原始源表示的信号。仅使用 1 和 0。

回到时钟的例子，数字时钟中有一个晶体方波振荡器， 工作频率为 32,768 Hz。我们可以使用数字分频器将该频率除以二，得到 16,384 Hz。如果我们重复此操作 15 次，振荡器的输出频率将为 1 Hz，即每秒一次。这些滴答声以 60 的倍数计数，从而得到分钟和小时。然后，这些值被发送到 LCD 显示屏显示时间。

二进制字由一串依次发送的 1 和 0 组成。字长通常为 8 位，但可以更大。一组位可以称为一个字节，半个字节称为一个半字节。为了进行错误校验（例如奇偶校验），会添加一些额外的位。例如，在网络和互联网中，这些字可以分组到带有目标地址的数据包中。

但是这样的数字信息是如何通过电线或空气传输的呢？

如果距离较短，则表示该数据的二进制字会逐位逐位地输入到线路中。如果先发送代表数据最不重要部分的位，则称为 LSB（最低有效位优先）。反之，则称为 MSB（最高有效位优先）。

数字信号

调制和调制解调器

如果线很长或者信号需要无线传输怎么办？

由于线路的电容和电感，输入到线路中的数字信号很快就会衰减并丢失。所以答案是使用调制解调器 。

调制解调器有两种稳定的频率状态：低频状态和高频状态。例如，调制解调器可能以 1000 Hz 的频率编码数字 0，以 1500 Hz 的频率编码数字 1。该信号通过有线或无线链路传输到解调器，解调器响应频率变化并输出 1 和 0。

二进制字节的大小取决于所需的精度类型。由于只有两种状态——开或关——我们可以说，对于一个 8 位字（或字节），有 2 ^8 种可能的状态，即 256 种。以精度表示，则为 1/256 * 100 = 0.4%，非常适合大多数需求。但如果将其加倍至 16 位，则有 2^ 16 种可能的状态，即 65,536 种，精度将提升至 1/65536 * 100 = 0.0015%。

模拟到数字转换

数字到模拟转换

模拟信号和数字信号的优缺点

特性	模拟信号	数字信号
抗噪性	容易受到损坏和噪音	相当不受噪音影响
加工难度	易于加工	更加困难
典型应用	最适合音频和视频	可用于多种场景
通道数量	同时频道数量有限	可以同时拥有大量通道
错误概率	错误概率高	错误概率低
加密与安全	加密和安全很困难	加密和安全很容易
复用方式	用于多通道的频分复用	用于多通道的时分复用
同步	同步很困难	同步更容易
信号表示	用正弦波表示	用方波表示
带宽	——	高带宽
信息密度	——	信息密度完全取决于字节大小

如今，纯模拟或纯数字系统已不常见。两种技术不可避免地结合在一起，并且每种系统都有其适用之处。