淺談模擬電路與數(shù)字電路
最近一段時(shí)間,本壇又有幾帖討論模擬電路與數(shù)字電路的關(guān)系。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/280908.htm其實(shí)這個(gè)問題,先前已經(jīng)討論過多次了。網(wǎng)友各抒己見,有說所有電路都是模擬電路,數(shù)字電路只是模擬電路的一部分的;有說模擬電路和數(shù)字電路各成系統(tǒng),井水不犯河水的;有說線性的就是模擬電路,非線性的就是數(shù)字電路的……不一而足。
昨天忽然想到這個(gè)問題,便一直想下去,卻總也想不出個(gè)結(jié)果?,F(xiàn)在將所想到的貼出來,再和各位討論討論。
首先我們討論的是電路,油路水路氣路都不在討論范圍。
說到電,人類最早研究的是靜電。靜電因?yàn)椴荒墚a(chǎn)生持續(xù)的電流,一般不認(rèn)為那是電路。只有在伏打于1799年發(fā)明了電池之后,能夠產(chǎn)生持續(xù)的電流了,才有了電路。
最早的幾個(gè)著名電路是:
1800年尼科爾遜電解水,隨后戴維于1807年用電解法還原出金屬鈉和金屬鉀,后來又得到金屬鈣、鎂等。
1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)通有電流的導(dǎo)線可以使磁針偏轉(zhuǎn)。
1826年歐姆通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出后人所稱的歐姆定律。
1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。
現(xiàn)在的問題是:這些著名的電路,例如歐姆做實(shí)驗(yàn)的電路,是不是模擬電路?
你可以選擇“是”,也可以選擇“否”。
有些人選擇“是”。他們選擇“是”的理由是:歐姆實(shí)驗(yàn)中的電動(dòng)勢(shì)電流等都是可以連續(xù)變化的,當(dāng)然這是模擬電路。
此論言之有理。
選擇了“是”,那么沒有一個(gè)電路不是模擬電路,包括數(shù)字電路在內(nèi)。選擇“是”的人認(rèn)為數(shù)字電路只是模擬電路的一部分,用數(shù)學(xué)語言說,數(shù)字電路是模擬電路的一個(gè)真子集。
不過,既然所有的電路都是模擬電路,又何必在電路前面加上“模擬”二字呢?
還有一些人選擇“否”。他們選擇“否”的理由是:模擬和數(shù)字是對(duì)信號(hào)而言的。處理模擬信號(hào)的電路就是模擬電路,處理數(shù)字信號(hào)的電路就是數(shù)字電路,不處理信號(hào)的電路那就既不是模擬電路也不是數(shù)字電路。
此論也言之有理。
不過,這樣一來,“模擬是數(shù)字的基礎(chǔ)”就不成立了。世界上第一個(gè)處理信號(hào)的電路是1837年莫理斯發(fā)明的電報(bào)——有線電報(bào)。眾所周知,電報(bào)是由導(dǎo)線中電流“有”和“無”來傳輸信號(hào)的,所以電報(bào)毫無疑問是數(shù)字電路。數(shù)字電路的發(fā)明比第一個(gè)模擬電路——貝爾于1876年發(fā)明的電話早了差不多40年。
忽然又想到,電報(bào)不僅是數(shù)字電路,而且電報(bào)是串行傳輸信號(hào)的——只有一條線,電報(bào)還是異步的——沒有同步信號(hào),所以電報(bào)還是第一個(gè)異步串行口。千萬別以為有了計(jì)算機(jī)之后才有異步串行口,早在計(jì)算機(jī)之前,甚至愛迪生發(fā)明電燈之前,甚至西門子發(fā)明發(fā)電機(jī)之前,就有了同步串行口了。
有沒有既是模擬又是數(shù)字的信號(hào)?我們都知道,兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過電話線傳遞信息,需要用調(diào)制解調(diào)器。發(fā)送的一方用調(diào)制器,接收的一方用解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器在電話線上傳送的信號(hào),用示波器看,雖然有些歪歪扭扭,大體上看著和正弦波差不太多(調(diào)相),這應(yīng)該說是模擬信號(hào)??墒牵请x散取值的,就是說,是數(shù)字信號(hào)。倒底是什么,我也拿不準(zhǔn)。
看來,模擬與數(shù)字的關(guān)系,還得繼續(xù)討論下去。
其實(shí),模擬這個(gè)詞怎么來的并不要緊,
區(qū)別是存在的,它僅是個(gè)稱呼而已。
我沒看過最近的討論,估計(jì)內(nèi)容已經(jīng)綜合在maychang的帖子中了。
這里討論的模擬與數(shù)字的關(guān)系問題涉及了三個(gè)內(nèi)容:
A。硬件電路的自然屬性
B。模擬電路的分類及屬性
C。數(shù)字電路的分類及屬性
對(duì)于A,電路的材料取自于自然界,無論是天然的材料還是人工改造的器件,其特性都是遵循自然規(guī)律的。當(dāng)電路工作時(shí),被利用的材料、器件等并不知道自己在為什么目的工作,只是按照自身的特性對(duì)外界的變化產(chǎn)生反應(yīng)。無論是歐姆原理的實(shí)驗(yàn)電路還是集成電路,也無論產(chǎn)生的結(jié)果是線性的還是非線性的、連續(xù)的還是脈沖的、周期的還是非周期的,等等,它們的反應(yīng)靠的是硬件電路的自然屬性,不管人們主觀上將它們歸于哪類。變化的連續(xù)性是它們的共性,也是自然界物理量的共性。
與客觀的自然屬性相對(duì)照的是主觀的分類。C是主觀分類的結(jié)果,B是C的對(duì)照物,也是主觀分類的結(jié)果。B和C必須同時(shí)存在,并且都是以A的全部或者部分為依托的。
在主觀分類上,以脈沖電路為例,不少人把它劃入數(shù)字電路,因?yàn)閿?shù)字電路大量地用到脈沖電路。但是如果我的目的是要產(chǎn)生一個(gè)或者數(shù)個(gè)有一定指標(biāo)要求的脈沖,比如指標(biāo)有脈沖寬度、高度、沿的上升速率、下降速率、過沖,等等,對(duì)這些電量的控制,你是考慮它的電特性還是比如0、1的數(shù)字特性?顯然,這些量和控制手段跟數(shù)字內(nèi)容是沾不上邊的。脈沖電路可以是模擬的。
當(dāng)脈沖屬于數(shù)字量時(shí),需要人為地對(duì)其賦予某些含義,比如“有”或“無”,“0”或“1”等。對(duì)這類電路類別的劃分,我還是持以前的觀點(diǎn):當(dāng)你關(guān)注數(shù)字量時(shí),該電路為數(shù)字電路;當(dāng)你關(guān)注電量時(shí),該電路為模擬的-我中有你。關(guān)注電量的例子有:信號(hào)的完整性、消除阻尼振蕩、信號(hào)的延時(shí)、干擾,等等。
作為數(shù)字電路對(duì)照面的模擬電路B,它不需要象數(shù)字電路那樣對(duì)其結(jié)果賦予額外的含義,其結(jié)果是電路自然屬性使然。也就是說,B與A之間有著天然的聯(lián)系。這樣,在給“A和B歸于同類”找到理由的同時(shí),也給忽視兩者的區(qū)別打下了基礎(chǔ)。
在當(dāng)今復(fù)雜的調(diào)制、解調(diào)技術(shù)和電路中,輸入、輸出可以各是、或者同是數(shù)字量,中間處理過程中量的性質(zhì)是難以用波形來區(qū)分的,僅用輸入、輸出是否為數(shù)字量來區(qū)分這些電路是否屬于數(shù)字電路會(huì)是行不通的。由此有“混合信號(hào)、混合電路”一說。“混合”是對(duì)上述純數(shù)字性質(zhì)的否定,言外之意,被否定的部分屬于模擬。如果先把混合電路的內(nèi)容排除在外,模擬與數(shù)字討論的結(jié)果可能會(huì)清晰一些。
不一定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男〗Y(jié):
A是不依賴于主觀(B、C)的客觀存在;B和C是建立在A上的主觀產(chǎn)物,B和C對(duì)照共存;B和A因其自然屬性而存在著天然的聯(lián)系;客體上B可以全部接納A,兩者的區(qū)別就在于各自的主、客觀屬性上。
事實(shí)上,典型的模擬電路并不是連續(xù)的。如反饋放大器,由于放大器本身的放大倍數(shù)有限,從而有了最小靈敏度的問題,既然有了最小靈敏度的問題,那么就說明它不是連續(xù)的?,F(xiàn)在產(chǎn)業(yè)論壇有個(gè)帖子說他的溫度測(cè)量(-2~35)℃達(dá)到±0.02 ℃的準(zhǔn)確度(精度)。這個(gè)問題還不能單單從它給的結(jié)果來說,如果所謂的±0.02 ℃對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電平梯度小于放大器的最小靈敏度,那么,它的結(jié)果顯然是用了普通人不易識(shí)破的障眼法----軟件擬合。不要輕易給騙過去了。
模擬電路,我想并不是因?yàn)槊}沖的存在就說它是數(shù)字電路。如同樓上各位講的開關(guān)電源、脈沖寬度調(diào)整等等。數(shù)字電路必須賦予它數(shù)字意義,不然,談不上數(shù)字電路。脫離數(shù)字意義談數(shù)字電路,似乎沒有什么價(jià)值。數(shù)字電路的本質(zhì)是模擬電路的脈沖電路,當(dāng)脈沖賦予數(shù)字意義時(shí),才稱為數(shù)字電路。
講到數(shù)字電路,必然涉及邏輯判斷的問題。涉及判斷問題自然涉及模擬電路。這下,邏輯電路算不算數(shù)字電路呢?還是一言難盡。我通常認(rèn)為,數(shù)字電路是簡(jiǎn)化了的模擬電路,數(shù)字電路必須溶入到模擬電路中才能正常工作,數(shù)字電路只需關(guān)心邏輯標(biāo)準(zhǔn),不必關(guān)心傳統(tǒng)意義上的連續(xù)不連續(xù)的問題。而判斷一個(gè)電平是否革命既定的邏輯標(biāo)準(zhǔn),必須由模擬電路來實(shí)現(xiàn),亦即判斷一個(gè)信號(hào)是不是符合數(shù)字邏輯的標(biāo)準(zhǔn),完全是模擬上的問題。這就更加證明了,數(shù)字電路只是對(duì)于信號(hào)的意義而言,決不是對(duì)于信號(hào)的波形而言。因此,一切所謂的數(shù)字電路事實(shí)上就是模擬電路。換言之,數(shù)字電路的說法并非是講電路實(shí)質(zhì)而是講電路中信號(hào)的意義,它的正確說法應(yīng)當(dāng)是模擬電路的數(shù)字意義。
關(guān)于觀點(diǎn)的統(tǒng)一
“模擬電路”的叫法,據(jù)網(wǎng)上的搜索,是出于電路用電量對(duì)物理量的模擬。
但是當(dāng)把這種性質(zhì)的電路與數(shù)字應(yīng)用電路進(jìn)行對(duì)比,并因此將電路從硬件上分為模擬和數(shù)字兩類時(shí),探討模擬與數(shù)字更深層性質(zhì)的區(qū)別就是不可避免的了,模擬的含義也因此將覆蓋更廣泛的電路而脫離原始電路的局限。
目前看來,不統(tǒng)一在于基于現(xiàn)有硬件分類的解釋和基于硬件不可分類的解釋。而后者是更接近底層性質(zhì)的表達(dá)。要統(tǒng)一,就需要聚焦在最基本的性質(zhì)上,現(xiàn)有的硬件分類就不一定合適了。
蘿卜白菜各有所愛,認(rèn)可哪種分類并不要緊,只要能分辨出各種區(qū)別就可以了。
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