デジタル信号

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論理信号とも呼ばれるバイナリ信号は、2つの識別可能なレベルを持つデジタル信号です。

デジタル信号は、データを離散シーケンスとして表す信号です。いつでも、それは最大で有限数の値のうちの1つしかとることができません。[1] [2] [3]これは、連続を表すアナログ信号とは対照的です。常に、値の連続範囲内の 実数を表します。

単純なデジタル信号は、アナログレベルの個別の帯域で情報を表します。値のバンド内のすべてのレベルは、同じ情報状態を表します。ほとんどのデジタル回路では、信号は2つの有効な値を持つことができます。これは、バイナリ信号または論理信号と呼ばれます。[4] これらは2つの電圧帯域で表されます。1つは基準値(通常は接地またはゼロボルトと呼ばれます)に近く、もう1つは供給電圧に近い値です。これらは、ブール領域の2つの値「ゼロ」と「1」(または「false」と「true」)に対応するため、常に2進信号は1つの2進数(ビット)を表します。離散化、アナログ信号レベルへの比較的小さな変化は離散エンベロープを残さず、その結果、信号状態検知回路によって無視されます。その結果、デジタル信号にはノイズ耐性があります。電子ノイズは、大きすぎない限り、デジタル回路に影響を与えませんが、ノイズは常にアナログ信号の動作をある程度低下させます。[5]

3つ以上の状態を持つデジタル信号が使用されることがあります。このような信号を使用する回路は、多値論理と呼ばれます。たとえば、3つの可能な状態を想定できる信号は、3値論理と呼ばれます。

デジタル信号では、情報を表す物理量は、可変電流または電圧、光または他の電磁場の強度、位相または分極磁気記憶媒体の磁化などである可能性があります。デジタル信号は、すべてのデジタル電子機器、特にコンピューティング機器やデータ伝送で使用されています。

受信したデジタル信号は、必ずしも数字に影響を与えることなく、ノイズ歪みによって損なわれる可能性があります

定義

デジタル信号という用語には、さまざまな状況で関連する定義があります。

デジタルエレクトロニクスでは

5レベルのPAMデジタル信号

デジタル電子機器では、デジタル信号はパルス列パルス振幅変調信号)、つまり、それぞれが離散的な数の振幅レベルの1つを占める一連の固定幅の方形波電気パルスまたは光パルスです。[6] [7]特殊なケースは、低信号レベルと高信号レベルの間で変化 する論理信号またはバイナリ信号です。

デジタル回路のパルス列は、高速のオン/オフ電子スイッチング速度と大規模積分(LSI)機能により、通常、金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)デバイスによって生成されます。[8] [9]対照的に、BJTトランジスタは正弦波に似たアナログ信号をよりゆっくりと生成します。[8]

信号処理において

信号処理では、デジタル信号は時間と振幅が離散的な抽象化であり、特定の時点でのみ存在することを意味します。

デジタル信号処理では、デジタル信号は、サンプリングおよび量子化された物理信号の表現です。デジタル信号は、時間と振幅が離散的な抽象化です。信号の値は一定の時間間隔でのみ存在します。これは、これらのサンプリングされた瞬間の対応する物理信号の値のみが、さらなるデジタル処理にとって重要であるためです。デジタル信号は、有限の値のセットから引き出された一連のコードです。[10]デジタル信号は、パルス符号変調(PCM)信号 として物理的に保存、処理、または送信することができます。

コミュニケーション

周波数偏移変調(FSK)信号は、2つの波形間で交互になり、通過帯域伝送を可能にします。これは、デジタルデータ送信の手段と見なされます。
ベースバンド伝送で使用されるAMI符号化デジタル信号(ライン符号化)

デジタル通信では、デジタル信号は連続時間の物理信号であり、離散数の波形を交互に繰り返し[3] 、ビットストリームを表します。波形の形状は伝送方式によって異なります。伝送方式は、ベースバンド伝送を可能にするラインコーディング方式のいずれかです。またはデジタル変調方式。長いワイヤまたは限られた無線周波数帯域での通過帯域伝送を可能にします。このような搬送波変調正弦波は、デジタル通信およびデータ伝送に関する文献ではデジタル信号と見なされています[11]。しかし、電子機器やコンピュータネットワークではアナログ信号に変換されたビットストリームと見なされます。[12]

通信では、通常、干渉源が存在し、ノイズが重大な問題になることがよくあります。干渉の影響は通常、干渉信号を可能な限りフィルターで除去し、データの冗長性を使用することで最小限に抑えられます。通信用のデジタル信号の主な利点は、多くの場合、ノイズ耐性であると考えられており、オーディオやビデオデータなどの多くの場合、データ圧縮を使用して通信メディアに必要な帯域幅を大幅に削減できます。

論理電圧レベル

論理信号波形:(1)低レベル、(2)高レベル、(3)立ち上がりエッジ、および(4)立ち下がりエッジ。

ブール値の2つの状態(0と1、または低と高、または偽と真)を表すように切り替わる波形は、 2つの可能なものだけで解釈される場合、デジタル信号または論理信号またはバイナリ信号と呼ばれます。桁。

2つの状態は通常、電気的特性の測定によって表されます。電圧が最も一般的ですが、一部のロジックファミリでは電流が使用されます。通常、ロジックファミリごとに2つの範囲の電圧が定義されますが、これらは直接隣接していないことがよくあります。信号は、低範囲では低、高範囲では高であり、2つの範囲の間では、異なるタイプのゲート間で動作が異なる可能性があります。

クロック信号は、多くのデジタル回路を同期するために使用される特別なデジタル信号です。示されている画像は、クロック信号の波形と見なすことができます。ロジックの変更は、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのいずれかによってトリガーされます。立ち上がりエッジは、低電圧(図のレベル1)から高電圧(レベル2)への遷移です。立ち下がりエッジは、高電圧から低電圧への遷移です。

非常に単純化され理想化されたデジタル回路のモデルでは、これらの遷移が瞬時に発生することを望む場合がありますが、純粋な抵抗性の回路はないため、電圧レベルを瞬時に変更できる回路はありません。これは、短い有限の遷移時間の間、出力が入力を適切に反映しない可能性があり、論理的に高い電圧または低い電圧のいずれにも対応しないことを意味します。

変調

デジタル信号を作成するには、アナログ信号を制御信号で変調して生成する必要があります。単極符号化の一種である最も単純な変調は、DC信号のオンとオフを切り替えるだけで、高電圧は「1」を表し、低電圧は「0」を表します。

デジタル無線方式では、1つまたは複数の搬送波は、送信に適したデジタル信号を生成するために、制御信号によって 振幅周波数、または位相変調されます。

電話線を介した非対称デジタル加入者線(ADSL)は、主にバイナリロジックを使用しません。個々のキャリアのデジタル信号は、個々のチャネル のシャノン容量に応じて、異なる値のロジックで変調されます。

クロッキング

クロックドフリップフロップを介したデジタル信号のクロッキング

デジタル信号は、信号をフリップフロップに通すことにより、一定の間隔でクロック信号によってサンプリングすることができます。これが行われると、入力はクロックエッジで測定され、その時点からの信号が測定されます。その後、信号は次のクロックまで安定した状態に保たれます。このプロセスは、同期ロジックの基礎です。

非同期ロジックも存在します。これは、単一のクロックを使用せず、一般に、より高速に動作し、より少ない電力を使用する可能性がありますが、設計が非常に困難です。

も参照してください

参考文献

  1. ^ Robert K. Dueck(2005)。CPLDアプリケーションとVHDLを使用したデジタルデザインISBN 14018403022017年12月17日にオリジナルからアーカイブされまし2017年8月30日取得デジタル表現は特定の離散値のみを持つことができます
  2. ^ プロアキス、ジョンG。; マノラキス、ディミトリスG.(2007-01-01)。デジタル信号処理ピアソンプレンティスホール。ISBN 97801318737422016年5月20日にオリジナルからアーカイブされました2015年9月22日取得
  3. ^ a b Wayback Machineで2017年12月17日にアーカイブされたアナログおよびデジタル通信技術 :「デジタル信号は複雑な波形であり、有限のレベルセットを持つ離散波形として定義できます」
  4. ^ 「デジタル信号」2016-03-04にオリジナルからアーカイブされました2016年8月13日取得
  5. ^ ホロヴィッツ、ポール; ヒル、ウィンフィールド(1989)。アートオブエレクトロニクス、第2版ケンブリッジ大学出版局。pp。471–473。ISBN 0521370957
  6. ^ B. SOMANATHAN NAIR(2002)。デジタルエレクトロニクスと論理設計PHIラーニングPvt。株式会社p。289. ISBN 9788120319561デジタル信号は固定幅のパルスであり、2つのレベルの振幅のうちの1つのみを占有します。
  7. ^ ジョセフ・ミガ・キザ(2005)。コンピュータネットワークセキュリティシュプリンガーサイエンス&ビジネスメディア。ISBN 9780387204734
  8. ^ ab 「今日の電力スイッチング設計へのMOSFET 適用」電子設計2016年5月23日。2019年8月10日のオリジナルからアーカイブ2019年8月10日取得
  9. ^ 2000デジタルエレクトロニクスの解決された問題タタマグロウヒルエデュケーション2005.p。151. ISBN 978-0-07-058831-8
  10. ^ Vinod Kumar Khanna(2009)。デジタル信号処理p。3. ISBN 9788121930956デジタル信号は、時間と振幅の両方で離散的な特殊な形式の離散時間信号であり、離散時間信号の各値(サンプル)が有限の値のセット(量子化)を取得し、それに数値を割り当てることによって取得されます。コードによる記号...デジタル信号は、有限のセットから引き出された数値のシーケンスまたはリストです。
  11. ^ JSChitode、 Communication Systems、2008年:「デジタル信号が長距離を伝送される場合、CW変調が必要です。」
  12. ^ Fred Halsall、コンピュータネットワーキングおよびインターネット:「アナログ加入者回線を介してデジタル信号を送信するには、変調送信を使用する必要があります。thasは、ソース(デジタル)出力のバイナリビットストリームを表す電気信号です。 (テレフォニー)音声信号と互換性のあるアナログ信号に変換されます。」

外部リンク