Wo liegt der Unterschied zwischen Analog und Digital ?
Ist es die Anstiegsgeschwindigkeit (V/uS) ?
Rechtecksignale bezeichnet man als digital, ob von Transistoren, CMos-Invertern oder auch von einem ganz gewöhnlichen 741 Operationsverstärker oder auch mit Röhren ?
Sinussignale werden als analog bezeichnet...
Trotzdem kann man aus einem Rechteck ein Sinussignal generieren und umgekehrt geht es auch...
Wo ist die Grenze ? Was die Kriterien,die eine Schwelle ziehen von A/D oder D/A?
Bitte um eure Meinungen
Liebe Grüsse
Mani
Zuletzt bearbeitet am 28.04.14 00:56
!
!!!
Fotos, Grafiken nur über die
Upload-Option des Forums, KEINE FREMD-LINKS auf externe Fotos.
!!! Keine
Komplett-Schaltbilder, keine Fotos, keine Grafiken, auf denen
Urheberrechte Anderer (auch WEB-Seiten oder Foren) liegen! Solche Uploads werden wegen der Rechtslage kommentarlos gelöscht!
Keine Fotos, auf denen Personen erkennbar sind, ohne deren schriftliche Zustimmung.
Damit wird beschreiben, mit welcher (Augenblicks-)Wertinformation bzw. welcher Zeitinformation ein Signal vorliegt.
Wertkontinuierlich bedeutet, dass eine bestimmten physikalischen Größe (z.B. ein Messwert, eine NF-Spannung etc) so vom System verarbeitet wird, dass jede beliebig kleine Veränderung der Eingangsgröße eine entsprechende Veränderung der Ausgangsgröße bewirkt. Es ist also "theoretisch" am Ausgang ein Unterschied zu sehen, wenn die Eingangsspannung z.B. von 1,00000000V auf 1,00000001V ansteigt. Das ist das was man prinzipiell als "analog" bezeichnet. Die elektrische Größe verhält sich "analog" zur physikalischen Größe, oder der Ausgang "analog" zum Eingang. Es gibt keinerlei "Stufen" in den Signalen.
Wertdiskret ist ein System, wenn an (mindestens) einer Stelle die stufenlose Signalabbildung durch abgestufte Signalpegel ersetzt werden. Das könnte z.B. das Runden einer Spannung auf ganze Volt-Werte sein. Das ist das was man meistens als Digitalisierung bezeichnet. Der korrekte Begriff für diese Pegel-Abstufung ist jedoch Quantisierung. Wenn man das soweit treibt das nur noch 2 Stufen übrig bleiben erhält man ein binäres (=zweiwertiges) Signal, also das was man üblicherweise als Digitalsignal bezeichnet.
Da Signale immer auch einen zeitlichen Verlauf haben gibt es auch dafür eine entsprechende Unterscheidung:
Zeitkontinuierlich ist ein System, wenn das Signalabbild in unendlich feinen zeitlichen Schritten aktualisiert wird. Es muss dem Eingangssignal dabei aber nicht unverzögert folgen (Bandbreite!).
Zeitdiskret bedeutet dagegen dass ein Signalabbild nur zu bestimmten Zeitpunkten übernommen wird, und dazwischen keine Aktualisierung erfolgt. Das bezeichnet man als Abtastung bzw. Sampling.
Ein analoges Signal bzw. ein analog arbeitendes System ist wertkontinuierlich und zeitkontinuierlich. Die Signaldarstellung auf einem Oszilloskop in Y(t)-Betriebsart ist glatt, kontinuierlich, stufenfrei sowohl in der Höhe (Augenblickswert) wie auch in der Zeitachse.
Beim digitalen System wird es schwieriger, da es unterschiedliche Betrachtungsweisen gibt: nur im allereinfachsten Fall wird ein Digitalsignal auf einer einzigen Leitung dargestellt. Oft ist die übertragene Information über mehreren Leitungen verteilt (Stichwort Datenbus), wo keine unmittelbare Oszi-Anzeige funktioniert. Wenn man die enthaltene Signalinformation oszi-tauglich umsetzten würde, würde man sehen dass das Signal sich nur zu bestimmten Zeitpunkten verändert, und auch nur bestimmte Amplitudenstufen annimmt. Digitalsysteme arbeiten wertdiskret und eigentlich immer auch zeitdiskret (zeitkontinuierlich wäre aber auch mit wertdiskret kombinierbar, mir fällt aber kein praktisches Beispiel ein).
Wir betrachten jetzt mal nur den einfachsten Fall, ein binäres Digitalsignal auf einer einzigen Leitung. Also das einfache "digitale Reckteck".
Ob ein Rechtecksignal ein Digitalsignal ist oder nicht hängt in erster Linie davon ab zwischen welchen "Gesprächspartnern" es auftritt, und welche "Sprache" diese verstehen. Der wesentliche Gesichtspunkt: wie interpretiert der Empfänger das Signal? Wertet er den Signalverlauf mit beliebig feiner Zeit- und Spannungsauslösung aus, oder sortiert er den Pegel nur grob in "Schubladen" ein und schaut vieleicht auch nur in bestimmten Momenten hin? Und wenn der Sender weiß dass der Empfänger sich nur dafür interessiert ob der Pegel nur größer 2V ist, und dass der Empfänger nur alle 10µs hinschaut, kann er sich das Leben vereinfachen und nur genau das produzieren was den Empfänger interessiert. So erfolgt der Übergang von der Analog-Übertragung zur Digital-Übertragung.
Da man aber trotz der Vereinfachung bei der Übertragung keine Information oder Bandbreite verlieren will, müssen mehr grobe Pegelübertragungen pro Sekunde erfolgen, als bei dem stufenlosen analogen Signal. Die Digitalsignale müssen also schneller werden, benötigen mehr Bandbreite. Die Anforderungen an die Signalqualität sinkt (Linearität, Verzerrungen, Rauschfreiheit), aber die Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit steigt. Und letztere ist heutzutage relativ einfach (und billig) machbar.
Es gibt mehrere Gründe die Umschaltzeit bei digitalen Signalen kurz zu machen. Zum einen ist die Zeit des Übergangs zwischen den beiden Soll-Pegeln einfach verlorene Zeit. Es gibt aber auch bei der heute dominierenden CMOS Technologie das Problem dass bei Eingangspegeln die irgendwo zwischen einer klaren 0 und einer klaren 1 liegen den Effekt dass die Schaltungsstrukturen wesentlich mehr Strom ziehen und deshalb Wärme produzieren. Deshalb will man den Bereich so schnell wie möglich durchfahren. Außerdem haben Störungen während der Übergangszeit ihre beste Gelegenheit wirksam zu werden, auch deshalb will man schnell dort wieder rauskommen. Dem schnellen Umschalten entgegen stehen Aspekte der EMV, sowohl bezüglich Abstrahlung in die Umgebung wie auch zu benachbarten Leiterbahnen bzw. Schaltungsteilen.
Also: die Anstiegsgeschwindigkeit ist kein Unterscheidungsmerkmal digital/analog, aber in der Praxis sind die Anstiegsgeschwindigkeiten bei Digitalsignalen meist sehr viel höher als bei Rechtecken die für "analoge" Zwecke verwendet werden. Typisch für Digitalsignale sind ca. 1000V/µs.
Der Pegel eines Rechtecksignals ist auch kein zuverlässiges Unterscheidungsmerkmal. Bei Digitalsystemen sind zwar meist (Nenn)Pegelwerte von 5V und 0V bzw. heute meist 3,3V und 0V zu beobachten, aber zum Beispiel die alte Serielle Schnittstelle des PCs arbeitet mit +12V und -12V. Es gibt auch sehr viel kleinere Amplitudenwerte von nur einigen 100 mV. Diese werden dann symetrisch mit einer Doppel-Leiterbahn oder Doppelleitung übertragen, und ermöglichen Datenraten bis in den GHz-Bereich mit gleichzeitig relativ wenig EMV-Problemen.
Übrigens verschwimmen bei sehr schnellen Digitalen Signalen die Grenzen wieder: hier gibt es keine Rechtecke mehr, sondern alle Signale haben wieder runde Kanten und geschwungene Verläufe. Man muss sich schon ab mittleren digitalen Taktfrequenzen (z.B. 100MHz) durchaus tiefgehende Gedanken um die analogen parasitären Elemente in der Schaltung bzw. auf der Leiterplatte oder den Verbindungen machen.
Lange Rede... Digital ist, wenn ein Signal durch eine begrenzte Anzahl von Wertestufen dargestellt wird. Mindestens 2. Dabei muss den Wertestufen aber eine bestimmte Bedeutung zugeordnet sein. Bei einem einfachen Rechtecksignal, egal wie erzeugt, fehlt erst mal diese Bedeutung.
Elektrisch betrachtet ist die schnelle digitale Welt eher wieder analog. Von daher ist deine Eingangsbemerkung der verschwimmenden Grenzen durchaus zutreffend...
viele Grüße Martin
19.07.14 22:07
Mani
nicht registriert
19.07.14 22:07
Mani
nicht registriert
Re: Analog und Digital
Danke Martin!
Ich werde mir Deine 2 Beiträge wahrscheinlich noch dreimal durchlesen müssen, um meine Frage selbst verstehen zu können.
es ist halt oft so dass die scheinbar harmlosesten Fragen die größten Probleme bereiten
Wo ich gerade deine Signatur sehe (Möge es bei mehr als "Eins oder Null" bleiben...)
Es ist ja nicht so dass sich alles auf eine EINZIGE Eins oder Null reduziert. Die einzelne 0 oder 1 ist nichts anderes als eine 0,1,2,3,4,5,6,7,8 oder 9, oder I, V, X, L, C, D, M, oder a, b, c, d .... Nämlich Zeichen eines "Alphabets". Und erst MEHRERE Zeichen bilden die Worte, auch im Digitalen.
Die Einser oder Nuller im Digitalsystem tauchen immer in Gruppen auf, wenn sie etwas "Komplexes" darstellen. Genauso wie Buchstaben immer in Gruppen auftauchen wenn sie etwas Komplexes darstellen wollen, oder so wie die Dezimalziffern immer in Gruppen auftauchen wenn sie einen physikalischen Messwert genau darstellen wollen. Die Nuller und Einser im Dualsystem sind genauso gut oder schlecht wie die Buchstaben des Alphabets oder die Ziffern der Dezimalzahl.
Einziger Nachteil: man benötigt eine höhere Anzahl von Nullen oder Einsen um das Gleiche darzustellen wie der Buchstabe oder die Ziffer. Nämlich eine Gruppe von 5 bzw. von 4 Nullen/Einsern.
Wenn man sagt (oder meint) dass bei der Reduzierung auf die binären Werte 0/1 irgendwas verloren geht, muss man auch sagen dass der Aufbau von Worten aus 26(+4) Buchstaben nicht richtig gelingt, oder dass man eine Zahl nicht wirklich durch eine Reihe von Ziffern hinschreiben kann. (Wobei zumindest das Letztere mathematisch tatsächlich der Fall sein kann, was aber zumindest technisch nicht relevant ist)
Auch die Grenzen zur Philisophie sind also schwimmend...
Gruß Martin
19.07.14 22:49
Mani
nicht registriert
19.07.14 22:49
Mani
nicht registriert
Re: Analog und Digital
Hallo Martin!
Interessannte Meinung und ich teile diese, weil ja alles relativ ist.
Das mit den Buchstaben gibt schon zu denken - philosophisch und technisch betrachtet...
Möge es bei mehr als "Eins oder Null" bleiben ist für mich das, was sich vom Minimum bis zum Maximum bewegt, das aber einem analogen Ablauf folgt, jedoch nicht in 0 oder 1 aufgelöst in 256 oder mehr Bits.
Digital kann sich nur anpassen an Analog, auch wenn es tausende Bits sind...
Es gibt eine wesentliche Größe, die die digitalen Stufen buchstäblich verschwimmen lässt: das analoge(!) Rauschen. Wenn die Umsetzung von Analog in Digital handwerklich korrekt gemacht wird, und (wie üblich) die digitale Schrittweiten so klein sind dass das Rauschen des analogen Signals zum "Wackeln" um einige digitale Stufen hin oder her führt, ist im Digitalsignal SÄMTLICHE Information des Analogsignals enthalten. Es kann dann FEHLERFREI in ein analoges(!) stufenloses(!) Signal zurückgewandelt werden. Es kommt jedoch ein minimaler Rauschanteil hinzu, der sich mit mehr Bits nach Bedarf verkleinern lässt.
Man braucht bei weitem keine tausend Bits um ein noch so hochwertiges Analogsignal verlustfrei in der digitalen Ebene darzustellen. Im Gegenteil, auf der digitalen Seite kann man sich durch beliebiges Hinzufügen je eines weiteren Bits immer nochmal 6dB Dynamikumfang hinzukaufen. 60dB mehr Dynamik benötigt? ok, 10 Bits hinzufügen. Davon träumt die analoge Welt.
Jedes analoge Signal ist im Detail betrachtet ja auch quantisiert, durch die Elementarladung des Elektrons. Ein Signalpegel ist also immer "abzählbar" (="digital"). Klar, das spielt für die meisten praktischen Zwecke keine Rolle da die Abstufung so klein ist dass sie überhaupt nicht mehr sichtbar ist. Da wäre es dann auch egal wenn die Elementarladung 100x so groß wäre, man würde sie immer noch nicht als Stufen im Signal wahrnehmen, da sie komplett im Rauschen untergeht. Die Stufengröße ist egal, solange sie deutlich kleiner ist als das Rauschen. Genauso ist es bei der Digitalisierung: wenn die Stufen im Rauschen untergehen spielen sie überhaupt keine Rolle mehr.
Digital KANN sich tatsächlich anpassen an die jeweiligen Anforderungen der analogen Seite.
das Video ist von D aus nicht abrufbar (Copyright). Beim Titelbild (dieses ist zu sehen) erkennt man aber schön wie rund die "Rechtecke" werden bei Taktraten in Richtung GHz.
Augendiagramme sind ja eine Meßmethode speziell für die Analyse der Zeit- und Pegelverläufe rund um den Abtastzeitpunkt des Empfängers bei schnellen seriellen Übertragungen. Dabei ist man bestrebt die "Augenöffnung" möglichst groß zu machen um sowohl in der Zeit wie im Pegel ein möglichst "ruhiges" Signal zum Abtastzeitpunkt zu erhalten. Das ist erforderlich für eine geringe Bitfehlerwahrscheinlichkeit. Insgesamt also ein Spezialfall der digitalen Datenübertragung.
Bemerkenswert bei der digitalen Übertragung ist die Fähigkeit Übertragungsfehler bis zu einem gewissen Maß vollständig zu kompensieren, sofern das Protokoll dieses vorsieht. Auch das ist ein Vorteil den die analoge Welt nicht kennt.
Trotzdem will ich damit nicht sagen dass eine digitale Übertragung immer perfekt ist. Jedoch ist das dann eine Konsequenz von bewußt eingesparter Bandbreite oder allgemeiner von bewußt durchgeführter Kostenoptimierung (z.B. verlustbehaftete Datenkompression).
viele Grüße Martin
Zuletzt bearbeitet am 21.07.14 22:27
21.07.14 22:51
Mani
nicht registriert
21.07.14 22:51
Mani
nicht registriert
Re: Analog und Digital
Hallo Martin!
Wie Du schon sagtest, die Grenze ist wahrscheinlich das Analoge Rauschen.
Digitale Übertragungsfehler lassen sich bis zu einem gewissen Maß kompensieren, ist sicher ein Vorteil, solange nicht ein paar Bits zu viel fehlen oder falsch dargestellt werden....
Die analoge Seite hat vielleicht kurzfristig Aussetzer bzw. zeigt eine gewisse Schwäche, ein Sinus kann Spikes mittragen, die sich filtern lassen.
Die Frage ist jetzt, ob Digital dem Analog wirklich überlegen ist? Sicher eine Frage der Grenzfrequenz und der Stromaufnahme?
Anmelden
