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【專題1:電子工程師 之 軟體】 之 【14.模擬訊號和數字訊號的區別】

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模擬訊號是漸變的,斜率比較緩,研究的是訊號的整個過程。
譬如下圖所示的正弦波。即使你把橫座標無限放大,波形還是連續的。

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數字訊號是突變的,突變也僅僅是因為斜率比較陡,也就是突變的時間非常短,短到忽略不計,研究的僅僅是兩個狀態。

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數字訊號和模擬訊號研究的本質是斜率。如果波形越陡,也就是斜率越大,那麼上升到一定幅值所用的時間就越短,如果這個時間短得可以忽略,那就可以認為該訊號是一個數字訊號,否則就是一個模擬訊號。

數字電路里面的訊號一般是方波,由於方波的斜率很陡,所以可以認為方波只有低電平和高電平。但如果把方波訊號的橫座標(時間)放大,會發現方波從低電平到高電平之間也是有一段時間的,訊號也是一個漸變的過程,類似於一個梯形波。

世界上沒有絕對的數字訊號,數字訊號也僅僅是因為斜率非常陡而已。陡到可以將上升或下降過程忽略不計,不會對系統產生什麼影響。數字訊號是一種特殊的模擬訊號

斜率越高,從低電平到高電平的時間就越短,也就是訊號的週期越短。微控制器的彙編語句是單週期執行的,也就是一個週期執行一條彙編語句,如果頻率越高,相同時間內能處理的彙編語句就越多,微控制器執行的速度就越快。

把訊號的幅值降低,訊號從低電平到高電平的時間也會變短,訊號的頻率也就變高了。在微控制器領域,我們希望訊號的頻率越高越好,頻率越高,意味著微控制器處理速度就越快。

通過斜率提高頻率在技術上比較難(這取決於半導體工藝),所以一般的做法是降低微控制器的工作電壓,從原來的5V降到現在普遍使用的3.3V,晶片內部有的還會使用1.8V。電壓如果太低,訊號就會衰減得厲害,所以也不是越低越好。

從功耗的角度出發:微控制器是半導體器件,介於絕緣體和導體之間,也是有電阻的,如果微控制器的工作電壓越大,其工作電流也就越大,所以功耗也就越大,我們當然希望器件的功耗越低越好。

總結:微控制器的工作電壓越來越低,訊號的斜率也越來越陡。斜率影響訊號頻率,頻率影響cpu處理速度。同時也影響電路的頻寬(整個系統最大的頻率 - 系統最小頻率(最小頻率一般指基波的頻率(譬如晶振產生的基波,我們可以對基波進行倍頻)))。電壓越低功耗也就越低。