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模拟与数字 |
| 作者：maychang 栏目：模拟技术 |
最近一段时间，本坛又有几帖讨论模拟电路与数字电路的关系。 其实这个问题，先前已经讨论过多次了。网友各抒己见，有说所有电路都是模拟电路，数字电路只是模拟电路的一部分的；有说模拟电路和数字电路各成系统，井水不犯河水的；有说线性的就是模拟电路，非线性的就是数字电路的……不一而足。 昨天忽然想到这个问题，便一直想下去，却总也想不出个结果。现在将所想到的贴出来，再和各位讨论讨论。 首先我们讨论的是电路，油路水路气路都不在讨论范围。 说到电，人类最早研究的是静电。静电因为不能产生持续的电流，一般不认为那是电路。只有在伏打于1799年发明了电池之后，能够产生持续的电流了，才有了电路。 最早的几个著名电路是： 1800年尼科尔逊电解水，随后戴维于1807年用电解法还原出金属钠和金属钾，后来又得到金属钙、镁等。 1820年奥斯特发现通有电流的导线可以使磁针偏转。 1826年欧姆通过实验总结出后人所称的欧姆定律。 1831年法拉第发现电磁感应定律。 现在的问题是：这些著名的电路，例如欧姆做实验的电路，是不是模拟电路？ 你可以选择“是”，也可以选择“否”。 有些人选择“是”。他们选择“是”的理由是：欧姆实验中的电动势电流等都是可以连续变化的，当然这是模拟电路。 此论言之有理。 选择了“是”，那么没有一个电路不是模拟电路，包括数字电路在内。选择“是”的人认为数字电路只是模拟电路的一部分，用数学语言说，数字电路是模拟电路的一个真子集。 不过，既然所有的电路都是模拟电路，又何必在电路前面加上“模拟”二字呢？ 还有一些人选择“否”。他们选择“否”的理由是：模拟和数字是对信号而言的。处理模拟信号的电路就是模拟电路，处理数字信号的电路就是数字电路，不处理信号的电路那就既不是模拟电路也不是数字电路。 此论也言之有理。 不过，这样一来，“模拟是数字的基础”就不成立了。世界上第一个处理信号的电路是1837年莫理斯发明的电报——有线电报。众所周知，电报是由导线中电流“有”和“无”来传输信号的，所以电报毫无疑问是数字电路。数字电路的发明比第一个模拟电路——贝尔于1876年发明的电话早了差不多40年。 忽然又想到，电报不仅是数字电路，而且电报是串行传输信号的——只有一条线，电报还是异步的——没有同步信号，所以电报还是第一个异步串行口。千万别以为有了计算机之后才有异步串行口，早在计算机之前，甚至爱迪生发明电灯之前，甚至西门子发明发电机之前，就有了同步串行口了。 有没有既是模拟又是数字的信号？我们都知道，两台计算机要通过电话线传递信息，需要用调制解调器。发送的一方用调制器，接收的一方用解调器。调制解调器在电话线上传送的信号，用示波器看，虽然有些歪歪扭扭，大体上看着和正弦波差不太多(调相)，这应该说是模拟信号。可是，它是离散取值的，就是说，是数字信号。倒底是什么，我也拿不准。 看来，模拟与数字的关系，还得继续讨论下去。 |
| 2楼： | >>参与讨论 |
| 作者： jz0095 于 2007/4/20 13:11:00 发布：
maychange的认真态度实在可嘉， 以至于说错了也值得回复一下。 我这里先冒个泡，等有空了再回复。 |
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| 3楼： | >>参与讨论 |
| 作者： maychang 于 2007/4/20 13:55:00 发布：
I am waiting for you . |
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| 4楼： | >>参与讨论 |
| 作者： HWM 于 2007/4/20 16:21:00 发布：
这实际上是一个信息表达的成本和可靠性的问题 用分离物理量来表达信息比用连续量可靠性高大家都明白（因为有冗余）。 但用怎样的分离量形式来表示信息成本最低呢，可证明有e进制时成本最低，这样取整，2或3进制就是可选的值。但对于我们所掌握的技术来看，用2进制更为可行。这样就形成了目前的数字电路形式。 |
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| 5楼： | >>参与讨论 |
| 作者： 小嘿 于 2007/4/20 18:13:00 发布：
我感兴趣的是"模拟"这个概念怎么来的 是谁提出的 |
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| 6楼： | >>参与讨论 |
| 作者： awey 于 2007/4/20 19:40:00 发布：
这个真的没关心过，觉得与研究和应用的角度不同有关 比如，一个数字集成电路，对使用者来说，是数字电路，但对IC设计的人来说，可能是个模拟电路。 |
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| 7楼： | >>参与讨论 |
| 作者： jz0095 于 2007/4/21 15:59:00 发布：
其实，模拟这个词怎么来的并不要紧， 区别是存在的，它仅是个称呼而已。 我没看过最近的讨论，估计内容已经综合在maychang的帖子中了。 这里讨论的模拟与数字的关系问题涉及了三个内容： A。硬件电路的自然属性 B。模拟电路的分类及属性 C。数字电路的分类及属性 对于A，电路的材料取自于自然界，无论是天然的材料还是人工改造的器件，其特性都是遵循自然规律的。当电路工作时，被利用的材料、器件等并不知道自己在为什么目的工作，只是按照自身的特性对外界的变化产生反应。无论是欧姆原理的实验电路还是集成电路，也无论产生的结果是线性的还是非线性的、连续的还是脉冲的、周期的还是非周期的，等等，它们的反应靠的是硬件电路的自然属性，不管人们主观上将它们归于哪类。变化的连续性是它们的共性，也是自然界物理量的共性。 与客观的自然属性相对照的是主观的分类。C是主观分类的结果，B是C的对照物，也是主观分类的结果。B和C必须同时存在，并且都是以A的全部或者部分为依托的。 在主观分类上，以脉冲电路为例，不少人把它划入数字电路，因为数字电路大量地用到脉冲电路。但是如果我的目的是要产生一个或者数个有一定指标要求的脉冲，比如指标有脉冲宽度、高度、沿的上升速率、下降速率、过冲，等等，对这些电量的控制，你是考虑它的电特性还是比如0、1的数字特性？显然，这些量和控制手段跟数字内容是沾不上边的。脉冲电路可以是模拟的。 当脉冲属于数字量时，需要人为地对其赋予某些含义，比如“有”或“无”，“0”或“1”等。对这类电路类别的划分，我还是持以前的观点：当你关注数字量时，该电路为数字电路；当你关注电量时，该电路为模拟的－我中有你。关注电量的例子有：信号的完整性、消除阻尼振荡、信号的延时、干扰，等等。 作为数字电路对照面的模拟电路B，它不需要象数字电路那样对其结果赋予额外的含义，其结果是电路自然属性使然。也就是说，B与A之间有着天然的联系。这样，在给“A和B归于同类”找到理由的同时，也给忽视两者的区别打下了基础。 在当今复杂的调制、解调技术和电路中，输入、输出可以各是、或者同是数字量，中间处理过程中量的性质是难以用波形来区分的，仅用输入、输出是否为数字量来区分这些电路是否属于数字电路会是行不通的。由此有“混合信号、混合电路”一说。“混合”是对上述纯数字性质的否定，言外之意，被否定的部分属于模拟。如果先把混合电路的内容排除在外，模拟与数字讨论的结果可能会清晰一些。 不一定严谨的小结： A是不依赖于主观（B、C）的客观存在；B和C是建立在A上的主观产物，B和C对照共存；B和A因其自然属性而存在着天然的联系；客体上B可以全部接纳A，两者的区别就在于各自的主、客观属性上。 |
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| 8楼： | >>参与讨论 |
| 作者： and 于 2007/4/21 19:17:00 发布：
同意楼上，有个范畴的问题 用微分方程计算的是模拟电路，用布尔代数计算的是数字电路，即使计算的对象可能是同一个客观实体。 |
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| 9楼： | >>参与讨论 |
| 作者： maychang 于 2007/4/21 20:38:00 发布：
jz0095 果然不凡 本人此帖意图抛砖引玉，看来初步达到目的。 本坛曾有一帖，谈开关电源是模拟电路还是数字电路。 经 jz0095 这么一分析，结论就很明显了：开关电源中当然是脉冲工作，但我们关心的是脉冲的宽度或占空比而非“有”、“无”的数字特性，所以开关电源本身是模拟电路。当然，有可能加入单片机之类来做键盘、显示甚至控制工作，那一部分是数字电路，在那里我们关心的不是脉冲宽度等，而是高电平低电平的数字特性。 请各路高人继续。 |
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| 10楼： | >>参与讨论 |
| 作者： thw 于 2007/4/22 1:10:00 发布：
我觉得是从逻辑上分吧 既然是电路，必然有他的电气属性，所有电路都是“模拟电路” 但是数字电路的重点已经不在电路上了。所以很多教材已经把数字电路的教学改名叫 数字逻辑 了 |
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| 11楼： | >>参与讨论 |
| 作者： iC921 于 2007/4/22 7:19:00 发布：
一言难尽 事实上，典型的模拟电路并不是连续的。如反馈放大器，由于放大器本身的放大倍数有限，从而有了最小灵敏度的问题，既然有了最小灵敏度的问题，那么就说明它不是连续的。现在产业论坛有个帖子说他的温度测量（-2～35）℃达到±0.02 ℃的准确度（精度）。这个问题还不能单单从它给的结果来说，如果所谓的±0.02 ℃对应的模拟信号电平梯度小于放大器的最小灵敏度，那么，它的结果显然是用了普通人不易识破的障眼法----软件拟合。不要轻易给骗过去了。 模拟电路，我想并不是因为脉冲的存在就说它是数字电路。如同楼上各位讲的开关电源、脉冲宽度调整等等。数字电路必须赋予它数字意义，不然，谈不上数字电路。脱离数字意义谈数字电路，似乎没有什么价值。数字电路的本质是模拟电路的脉冲电路，当脉冲赋予数字意义时，才称为数字电路。 讲到数字电路，必然涉及逻辑判断的问题。涉及判断问题自然涉及模拟电路。这下，逻辑电路算不算数字电路呢？还是一言难尽。我通常认为，数字电路是简化了的模拟电路，数字电路必须溶入到模拟电路中才能正常工作，数字电路只需关心逻辑标准，不必关心传统意义上的连续不连续的问题。而判断一个电平是否革命既定的逻辑标准，必须由模拟电路来实现，亦即判断一个信号是不是符合数字逻辑的标准，完全是模拟上的问题。这就更加证明了，数字电路只是对于信号的意义而言，决不是对于信号的波形而言。因此，一切所谓的数字电路事实上就是模拟电路。换言之，数字电路的说法并非是讲电路实质而是讲电路中信号的意义，它的正确说法应当是模拟电路的数字意义。 * - 本贴最后修改时间：2007-4-22 8:19:47 修改者：iC921 |
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| 12楼： | >>参与讨论 |
| 作者： maychang 于 2007/4/22 14:41:00 发布：
继续 74HC系列(包括比较早的LS等)通常我们认为是数字电路，但并非全都如此。 例如74HC123，这是单稳态电路。显然我们关心的不是其输入输出的逻辑意义，而是脉冲宽度，这是模拟电路。 还有一些芯片，倒底是模拟电路还是数字电路，要看用在何处。例如74HC04，有两个名字，一个叫“非门”，一个叫“反相器”。从这两个名字就可以看出来，“非门”是数字电路，“反相器”是模拟电路。同样一块芯片，用作“非门”时我们关心的是输入输出的逻辑关系，用作“反相器”时我们并不关心其逻辑关系。例如用74HC04加一片晶体构成振荡器，其输出并没有逻辑意义，我们关心的是其频率，这是模拟电路，虽然用通常认为是数字电路的芯片构成。
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| 13楼： | >>参与讨论 |
| 作者： maychang 于 2007/4/22 14:46:00 发布：
再举个例子 74HC393是异步计数器，也可以用作二分频、四分频等。用作计数器时它是数字电路，我们关心的是计数值，即各输出引脚的逻辑意义。用作分频时它是模拟电路，我们并不关心引脚逻辑，而是关心输出的频率。 |
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| 14楼： | >>参与讨论 |
| 作者： jz0095 于 2007/4/23 7:55:00 发布：
所见略同， 说的都不错。 其中，感觉IC921和thw描述的起点和我的、还有一些人的不同。一方是基于硬件都是模拟性质的结论；另一方是基于早期将电路分为两类的现象。虽然表达的方式不同，大家最终的结论是一致的，通俗的说法：数字电路由模拟硬件及其处理的数字信号两部分组成，其功能是“模拟电路处理数字、逻辑量”。 逻辑量是数字量，它们都是状态量，以步长或者范围区分状态、逻辑。 另外，感到IC921对连续的理解和我的略有不同。我理解的连续不是输入、输出量线性关系、保真的连续，而是任何物理量的连续。放大器最小灵敏度影响到放大的范围，这是电路的特性所至。按我的理解，由特性导致的任何输出也都是满足自然规律的连续，跟任何例子无关。是不是这么回事？ |
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| 15楼： | >>参与讨论 |
| 作者： wolver 于 2007/4/23 10:07:00 发布：
随便说两句看法 模拟：模仿、比拟，用于电路的最初创始形态。 数字：可以量化的，用于量值计算的电路。 所以，模拟意味着不断的实验、求证和创新....数字意味着不断的量化、精确和客观。一个由外而内，一个由内而外，殊途同归.... 少林和武当，谁是武学正宗？我们都不知道，只知道大师都是内外兼修的.... |
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| 16楼： | >>参与讨论 |
| 作者： lihuanjie 于 2007/4/23 12:39:00 发布：
说的好 |
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| 17楼： | >>参与讨论 |
| 作者： iC921 于 2007/4/24 19:38:00 发布：
我想，不同人的心里，模拟的概念没有一个是相同的 |
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| 18楼： | >>参与讨论 |
| 作者： HHYY 于 2007/4/30 18:06:00 发布：
电路 有些道理，不过还是没有答案。 |
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| 19楼： | >>参与讨论 |
| 作者： 赖城基 于 2007/5/2 1:21:00 发布：
好耍 这个立论命名为“电子嵌入式哲学” |
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| 20楼： | >>参与讨论 |
| 作者： jz0095 于 2007/5/3 5:58:00 发布：
谈 -- 下一个话题 (村长赵大宝悲哀地一嚎) 如何看待观点的不统一？能否统一？如果统一，需要对原分类作什么更正？ ...... |
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| 21楼： | >>参与讨论 |
| 作者： 杨真人 于 2007/5/4 20:32:00 发布：
信号的意义比电路本身更能决定性质。 电路是为信号服务的。 我以前说过，SS9014大家都知道是模拟电路里常用零件。可是这个零件完全可以用在数字信号的处理电路中。是不是数字电路，并不重要，重要的是信号是否被赋予数字意义。 这么说来相当多人会觉得玄。 |
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| 22楼： | >>参与讨论 |
| 作者： iC921 于 2007/5/4 20:51:00 发布：
说得好啊，兄弟！ 信号的意义比电路本身更能决定性质。 电路是为信号服务的。 是不是数字电路，并不重要，重要的是信号是否被赋予数字意义。 |
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| 23楼： | >>参与讨论 |
| 作者： jz0095 于 2007/5/5 13:25:00 发布：
关于观点的统一 “模拟电路”的叫法，据网上的搜索，是出于电路用电量对物理量的模拟。 但是当把这种性质的电路与数字应用电路进行对比，并因此将电路从硬件上分为模拟和数字两类时，探讨模拟与数字更深层性质的区别就是不可避免的了，模拟的含义也因此将覆盖更广泛的电路而脱离原始电路的局限。 目前看来，不统一在于基于现有硬件分类的解释和基于硬件不可分类的解释。而后者是更接近底层性质的表达。要统一，就需要聚焦在最基本的性质上，现有的硬件分类就不一定合适了。 萝卜白菜各有所爱，认可哪种分类并不要紧，只要能分辨出各种区别就可以了。 （进入武林境界也是一个选项） |
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| 24楼： | >>参与讨论 |
| 作者： lihuanjie 于 2007/5/7 14:26:00 发布：
我新看的 模拟:用成比例的信号表示物理量,就是信号的大小与物理量成比例. |
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| 25楼： | >>参与讨论 |
| 作者： maychang 于 2007/5/7 15:32:00 发布：
模拟:用成比例的信号表示物理量 这话不知道是谁说的。 这么说，所有的非线性电路就都被逐出模拟电路门外了，连调制、检波、变频、整流都不是模拟电路了。按这个定义，甚至运放构成的加法器都不是模拟电路，因为成比例的信号加上一个常数就不再成比例。 |
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| 26楼： | >>参与讨论 |
| 作者： 赤铸 于 2007/5/7 19:48:00 发布：
什么是信号？ 信号的本质是信息 某些场合，信号是表达特定信息的物理量 某些场合，信号是物理量中包含的信息 两种理解都成立，但重心不同 前者中心词是物理量，偏重物理，类似前面说的“自然属性” 后者中心词是信息，偏重数学 如果按前者理解，根本无所谓模拟数字，换个角度也可以说都是模拟的 如果按后者理解，才好名正言顺地区分模拟数字 其实区别模拟数字有个很简便的特征：量纲，或者单位。 模拟信号（原始的）有单位：V,A,ohm,F,H,……；真正的数字信号无单位。 * - 本贴最后修改时间：2007-5-7 19:50:36 修改者：赤铸 |
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| 27楼： | >>参与讨论 |
| 作者： wanshx 于 2007/5/7 20:22:00 发布：
综述 初学者看看还真不错 |
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| 28楼： | >>参与讨论 |
| 作者： oldzhang 于 2007/5/8 0:14:00 发布：
74HC393异步计数器，用作分频时它是模拟电路？？？ 74HC393是异步计数器，用作分频时它是模拟电路 |
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| 29楼： | >>参与讨论 |
| 作者： 杨真人 于 2007/5/8 0:24:00 发布：
哈哈，几乎各路高手都出招来了。 过瘾啊！顶。 |
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| 30楼： | >>参与讨论 |
| 作者： dengm 于 2007/5/9 1:51:00 发布：
模拟电子计算机 VS 数字电子计算机 模拟:用成比例的信号表示物理量 是侠义的“模拟”, 用于“模拟电子计算机”、ADC 等 |
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| 31楼： | >>参与讨论 |
| 作者： computer00 于 2007/5/9 2:59:00 发布：
我认为叫数字电路只是为了强调它处理信息的方法 数字电路使用的是数字逻辑的方法. 而在硬件上，数字电路依然是一个模拟电路. 为了跟数字电路相区别，就有了模拟电路的叫法,这个模拟电路的概念是狭义的. 是为了区别数字电路而来的.这就好比阻抗和电阻.通常我们把纯电阻叫做电阻， 而复阻抗才叫做阻抗。但事实上阻抗是包括纯电阻的. 模拟电路另外还有一个概念就是广义的模拟电路，泛指一切信号可以连续变化的电路。 那么现实中是否存在着一种电路是非模拟的呢?即它的信号是突变的?我想应该没有. 即便你全用继电器或者开关什么的搭一个数字电路，由于电路中存在着分布电容, 分布电感等,也会导致信号不能突变,因此从细微的地方来看，它依然还是模拟的, 对实际的电压或者电流信号分析时,依然还是要用模拟电路的方法。除非到了量子级, 才可能不会出现中间态,而产生突变吧?但是我依然不敢想象，一个东西可以没有过程， 直接突变么?总得需要一个时间才能完成转换吧.那么在这个转换过程中必然会出现 其它状态。并且如果一个元件真的做到这样的微观级别，那样的东西不知道还是否 能够叫做电路........ |
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| 32楼： | >>参与讨论 |
| 作者： langman 于 2007/5/9 14:59:00 发布：
哈哈,读的真欢啊 看到各位高人的高见,长见识啊. |
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| 33楼： | >>参与讨论 |
| 作者： radio_yb 于 2007/5/9 21:00:00 发布：
本为一物。如果硬要分开，我认为量化前为模拟，量化后称数字... 量化的原因如HWM所说。把模拟和数字分开应该是认识或描述信息的两种方式。之所以把74 4000叫数字电路，大概是心底里默认了手册上给出的量化规则。 |
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| 34楼： | >>参与讨论 |
| 作者： dengm 于 2007/5/13 17:09:00 发布：
2/3/5 电平量化的例子： RJ45 双绞线以太网： 10base T : 10Mbps 2电平： A+ B- === 0 A- B+ === 1 100base T : 100Mbps 3电平： A+ B- === 0 A- B+ === 1 A=Z B=Z === 2 1000base T: 1000Mbps 5电平： A= +L B= -L === 0 A= -L B= +L === 1 A=Z B=Z === 2 A= +H B= -H === 3 A= -H B= +H === 4 |
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| 35楼： | >>参与讨论 |
| 作者： maodashi 于 2007/5/14 9:16:00 发布：
恨 发展窑！ |
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