אות דיגיטלי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
אות בינארי, הקרוי גם אות לוגי או בינארי, הוא אות דיגיטלי עם שתי רמות מובחנות

אות דיגיטלי הוא אות המשמש לייצוג נתונים על ידי סט סופי של ערכים. אות דיגיטלי יכול, בכל אזור בו מוגדר האות, להיות בעל ערך הנבחר מתוך אותו סט סופי,[1] זאת בניגוד לאות אנלוגי, המייצג ערכים רציפים ובכל זמן נתון הוא מייצג מספר ממשי או מרוכב בתוך טווח ערכים רציף. בחלק מן ההגדרות, נדרש האות גם להיות בדיד[2].

ברוב המעגלים הספרתיים, האות יכול לקבל ערך של אחד משני ערכים אפשריים,[3] המיוצגים על ידי שתי רמות מתח: האחת קרובה לערך ייחוס ( וקרויה בדרך כלל קרקע או אפס וולט), והשנייה ערך הקרוב למתח האספקה. ערכים אלו תואמים לשני הערכים הלוגיים "אפס" ו "אחד" (לאו דווקא בהתאמה), וכך בכל זמן נתון אות בינארי מייצג ספרה בינארית (סיבית) יחידה. בגלל דיסקרטיזציה זו, שינויים הקטנים יחסית לפער בין שתי הרמות אינם משפיעים על הערך הלוגי. כתוצאה מכך, לאותות דיגיטליים יש רמה מסוימת של חסינות לרעש, בניגוד לאותות אנלוגיים הנפגעים מרעש, ברמה מסוימת, תמיד.

אותות דיגיטליים עשויים לקבל יותר משני ערכים אפשריים. לדוגמה, אותות העשויים לקבל 3 רמות מתח נקראים לוגיקה טרנרית. בסכימות תקשורת מסוימות, האות נבחר מתוך סט של מאות ערכים.

באות דיגיטלי, הייצוג הפיזיקלי של המידע עשוי להיות העוצמה, המופע (פאזה) או הקיטוב של שדה אלקטרומגנטי, אופטי או אחר, לחץ אקוסטי, מגנטיזציה של אמצעי אחסון מגנטיים ועוד. אותות דיגיטליים הם הבסיס הלוגי לכל האלקטרוניקה הדיגיטלית, ובפרט ציוד מחשוב ותקשורת נתונים.

אות דיגיטלי נקלט עלול לספוג רעש ועיוותים מבלי להשפיע בהכרח על הערכים הלוגיים.

הגדרות[עריכת קוד מקור | עריכה]

למונח " אות דיגיטלי" מספר הגדרות בהקשרים שונים:

באלקטרוניקה דיגיטלית[עריכת קוד מקור | עריכה]

אות PAM בעל 5 רמות

בתחום האלקטרוניקה הספרתית, אות הדיגיטלי הוא "רכבת" של דפקים (פולסים), כלומר רצף של פעימות מתח או אור (או גודל פיזיקלי אחר) ברוחב קבוע, באחת מרמות המשרעת המותרות.[4][5] מקרה מיוחד הוא אות לוגי או אות בינארי, המשתנה בין שתי רמות מותרות בלבד.

בעיבוד אותות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בעיבוד אותות, האות הדיגיטלי הוא הפשטה וקיים רק בנקודות זמן בדידות.

בעיבוד אותות ספרתי, אות דיגיטלי הוא ייצוג של אות פיזי שנדגם ועבר כימות (קוונטיזציה). ערך האות קיים רק במרווחי זמן קבועים ובנקודות בדידות בזמן, ורק ערכים אלו מועברים לעיבוד דיגיטלי נוסף.[6]

בתקשורת[עריכת קוד מקור | עריכה]

באפנון תדר משתנה האות לסירוגין בין שתי צורות גל, ומאפשר העברת תקשורת בתחום ספקטרום מוגבל.

בתקשורת ספרתית, אות ספרתי הוא אות פיזי רציף בזמן, המשתנה לסירוגין בין מספר סופי של צורות גל,[2] המייצג רצף ביטים (סיביות). צורת הגל תלויה בסכמת השידור. את כזה כזה נחשב לאות דיגיטלי בספרות תקשורת נתונים[7] אך בספרות רשתות מחשבים ואלקטרוניקה ייחשב לרצף ביטים שהומר לאות אנלוגי.

בתקשורת, רעש הוא בעיה משמעותית. השפעות הרעש ממוזערות בדרך כלל על ידי סינון אותות מפריעים ככל האפשר ובאמצעות יתירות נתונים. היתרונות העיקריים של אותות דיגיטליים לצורך תקשורת הם העמידות לרעש, והיכולת, במקרים רבים (למשל נתוני אודיו ווידאו), להשתמש בדחיסת נתונים כדי להפחית באופן משמעותי את רוחב הפס הנדרש.

רמות מתח לוגי[עריכת קוד מקור | עריכה]

צורת גל של אות לוגי: (1) רמה נמוכה,(2) רמה גבוהה, (3) קצה עולה ו (4) קצה נופל.

ייצוג ערך בוליאני (0 ו -1, או נמוך וגבוה, או שקר ואמת) קרוי אות לוגי או אות בינארי.

שתי הרמות מיוצגות בדרך כלל על ידי מדידה כלשהי של תכונה חשמלית: המתח הוא הנפוץ ביותר, אך גם זרם משמש לעיתים למטרה זו. מתחת לסף מסוים, האות נחשב לנמוך, ומעליו לגבוה.

אות השעון הוא אות ספרתי מיוחד המשמש לסנכרון מעגלים ספרתיים רבים. שינויים לוגיים מופעלים על ידי "הקצה העולה" או "הקצה הנופל". הקצה העולה הוא המעבר ממתח נמוך (רמה 1 בתרשים) למתח גבוה (רמה 2). הנפילה היא המעבר ממתח גבוה למתח נמוך.

למרות שבמודל אידיאלי של מעגל ספרתי, מעברים אלו יתרחשו באופן מיידי, מעגלים ממשיים אינם משנים באופן מיידי את רמות המתח, עקב קיבול והשראות במעגל. המשמעות היא כי במהלך זמני המעבר בין רמות האות לא מתאים לוגית בצורה אמינה לאף אחת מהרמות.

אפנון[עריכת קוד מקור | עריכה]

כדי ליצור אות דיגיטלי בעולם הממשי, למשל לצורך שידור, על האות להיות מאופנן. אפנון פשוט ביותר הוא כיבוי והדלקת אות DC, כך שמתח גבוה מייצג '1' ומתח נמוך מייצג '0'.

בסכימות אחרות אפנון משרעת, תדר או מופע מאופננות על ידי אות הבקרה לייצר אות דיגיטלי המתאים לשידור.

אות שעון[עריכת קוד מקור | עריכה]

אותות דיגיטליים ניתנים לדגימה על ידי אות השעון במרווחים קבועים על ידי העברת האות דרך flip-flop. הקלט נמדד בעליית אות השעון, והאות הנדגם מוחזק באופן קבוע עד עליית השעון הבאה. תהליך זה הוא הבסיס של הלוגיקה הסינכרונית.

לוגיקה א-סינכרונית גם היא נמצאת בשימוש. היא מהירה יתר וחסכונית בהספק, אך קשה יותר לתכנון.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Robert K. Dueck. Digital Design with CPLD Applications and VHDL. A digital representation can have only specific discrete values 
  2. ^ 2.0 2.1 Analogue and Digital Communication Techniques: "A digital signal is a complex waveform and can be defined as a discrete waveform having a finite set of levels"
  3. ^ "Digital Signal". בדיקה אחרונה ב-13 באוגוסט 2016. 
  4. ^ B. SOMANATHAN NAIR, Digital electronics and logic design 2002: "Digital signals are fixed-width pulses, which occupy only one of two levels of amplitude."
  5. ^ Joseph Migga Kizza, Computer Network Security 2005
  6. ^ Vinod Kumar Khanna, Digital Signal Processing, 2009: A digital signal is a special form of discrete-time signal which is discrete in both time and amplitude, obtained by permitting each value (sample) of a discrete-time signal to acquire a finite set of values (quantization), assigning it a numerical symbol according to a code ... A digital signal is a sequence or list of numbers drawn from a finite set.
  7. ^ J.S.Chitode, Communication Systems, 2008: "When a digital signal is transmitted over a long distance, it needs CW modulation."