Pregunta general sobre señales analógicas y digitales

Básicamente, desde un punto de vista eléctrico, cada señal "digital" es, como usted dice, solo una aproximación de una onda cuadrada. En particular, tendrá tiempos finitos de subida y bajada.

A altas velocidades, puede ser difícil asegurarse de que se vea tan bien como la teoría quiere. Para garantizar que la señal aún se detecte como digital (es decir, el receptor no se confunda por completo con una señal de forma horrible), se utiliza el llamado diagrama de ojo (también conocido como patrón de ojo ) para medir sus características en varias muestras.

Muchos estándares (por ejemplo, USB y otros) definen algunas características aceptables para este diagrama.

Tenga en cuenta que un patrón/diagrama de ojo no está restringido a solo dos niveles [de voltaje]. También es aplicable cuando tiene cualquier número de niveles de salida discretos . Por ejemplo, Gigabit Ethernet sobre pares trenzados (1000BASE-T) utiliza no dos, sino 5 niveles de voltaje diferentes.

¿Es solo nuestra interpretación cada vez que el voltaje pasa alguna barrera o cae por debajo de ella? Es decir, cuando el voltaje está por encima de un umbral elegido arbitrariamente, lo consideramos "alto", pero de lo contrario lo consideramos "bajo".

Básicamente, sí, así es como funciona, algunos umbrales de voltaje para lo que es "1" y lo que es "0" se deciden según algún estándar.

Las señales digitales son binarias . Solo tienen dos estados: encendido o apagado, alto o bajo, arriba o abajo, como quieras llamarlos. Como ha deducido, hay un umbral por encima del cual el valor se considera alto y otro umbral por debajo del cual el valor se considera bajo. Digital es muy simple de hacer con transistores ya sea encendiéndolos completamente o apagándolos completamente.

Las señales analógicas son análogas a la cantidad que están midiendo. por ejemplo, una báscula puede generar un voltaje proporcional a la carga, digamos de 0 a 10 V para una carga de 0 a 200 kg. Otro ejemplo es la señal de un micrófono que varía con la presión del sonido que afecta el diafragma del micrófono. En este caso, la frecuencia variará con el tono del sonido y la amplitud variará con el volumen.

De alguna manera te has dado cuenta de una pequeña confusión; déjame ver si puedo ayudar.

Cuando se trata de "señales digitales", hay más de un nivel en el que se aplica ese término. Parece que tienes la idea de las señales analógicas: un valor continuo que cambia con el tiempo.

El "analógico" digital (perdón por el juego de palabras) es en cambio una serie de valores numéricos; cada valor numérico corresponde a un punto en el tiempo y, por lo general, los puntos están espaciados a intervalos de tiempo regulares. Además, hay un rango de valores numéricos disponibles para el proceso y, por lo general, esto es una potencia de dos; por ejemplo, 256 valores para ocho bits o 65 536 valores para 16 bits si la forma en que representa los valores es mediante palabras binarias.

Ahora lo que acabo de describir es una abstracción; una señal digital se puede transmitir ondeando banderas de semáforos si alguien así lo desea. Pero si, en cambio, elegimos representar una señal digital a través de un conjunto de señales eléctricas dispuestas un conductor por bit en paralelo, entonces cada una de esas señales es de hecho una señal analógica como sugirieron otros aquí. Es el trabajo de la electrónica, entonces, generar esas señales y recibirlas/decodificarlas en consecuencia.

Además, puede transmitir señales digitales en serie en lugar de en paralelo enviando cada bit de cada valor en secuencia; puede hacer esto sobre un solo conductor en lugar de la cantidad de bits que esté usando y, como también se ha dicho aquí, hay esquemas que son más complejos que usar solo un voltaje o corriente "alto" para significar "1" o "verdadero" y un voltaje o corriente "bajo" o cero para significar "0" o "falso".

Y tiene razón: una señal analógica nunca puede tener un cambio instantáneo; las razones de esto son muchas y no entraré en todas ellas excepto una: los cambios en la corriente en un conductor siempre se resisten a sí mismos (eso se deriva directamente de las ecuaciones de Faraday). Pero en la práctica, cuando se diseñan circuitos digitales, la idea es que la transición entre estados sea lo suficientemente corta en relación con la longitud del intervalo más pequeño entre transiciones para que no importe. Esa suposición comienza a fallar cuando usa un cable Ethernet demasiado largo, por ejemplo.

La señal digital no quiere representar la señal analógica como "cosas cuadradas", por lo que cuando ve un 1 en una señal digital no es equivalente a una amplitud alta en la señal analógica, pero quiere representar la altura de la amplitud para tiempos diferentes como un número (pero en formato binario). Tantos números binarios quieren representar la altura de la amplitud en un momento específico.

Considere esta imagen de la BBC:

El gráfico anterior es la forma analógica. A partir de ahí, se toma un valor por segundo (pero esto puede llegar hasta 40 millones de veces por segundo y mucho, mucho más). Este valor es la altura de amplitud de la señal analógica.

Llamémoslo "paso" cuando tomamos el valor.

En cada paso, se registra la altura de la amplitud. La altura es un número, que se puede representar como 0 y 1 (por ejemplo, 10 sería 1010).

Verá, cuantos más valores medimos cada segundo, más datos se deben guardar/transmitir y más preciso será el formato digital resultante de esta señal analógica.

Además, cuanto mayor sea el valor, más preciso será también el formato digital resultante. (por ejemplo, cuando tomamos valores de 0 a 10, solo hay 10 valores, no muy precisos. Cuando remodulamos esta señal digital en una analógica, la curva no sería muy "buena". Pero cuando tomamos valores de 0 a 16000, esto será mucho más preciso.) También se deben guardar más bits aquí en cada paso.

Si ahorra 64 bits en cada paso y el paso se realiza una vez por segundo, ahorra 64 bits/s. Si ahorra 32 bits en cada paso y el paso se realiza dos veces por segundo, también ahorra 64 bits/s. Si ahorra 16Bit cada paso y el paso se hace 4 veces por segundo, también tiene 64Bit/s.

Hay muchas maneras de transmitir una señal digital. Por ejemplo, al "cambiar el voltaje", que se llama "Modulación de amplitud", que se muestra en su gráfico (¡pero, por supuesto, NUNCA es un cuadrado perfecto!). La modulación de amplitud solo significa que usted indica que hay un 1 por una amplitud alta (voltaje alto) y un 0 por una amplitud baja.

Hay otras técnicas de modulación como Modulación de frecuencia (FM que se usa con radios; indica un 1 con una frecuencia alta y un 0 con una baja) o Modulación de amplitud de pulso que se usa en Ethernet y ¡muchas, muchas más!