分析模拟电子技术与数字电子技术的优劣与应用

文/邱雨

在电子电路中，信号分为两种，一种是模拟信号，另一种是数字信号。模拟信号一般是连续有限信号源，模拟信号图形模型一般为折线、曲线或者连续的直线，保证中间连续不间断。而数字信号一般为离散信号，中间不带有连续重构，数字信号带有加密技术，采用加密方式包括：十进制及十六进制编码，每种编码都具有一定的逻辑性。信号的处理离不开电子技术的支持，根据信号处理方式的不同，可以将人们所掌握的电子技术分为两种：模拟电子技术和数字电子技术。

1 电子系统信号处理

所有的电子技术，都离不开信号的发生和接收处理两个过程。信号某种形式存在于一定的介质（如磁带、CD光盘、硬盘等）上或电子电路中。通常，为了提高信号处理过程中的准确性，人们会采用一定的技术手段对过程中的信号进行降噪、滤波、纠错、检查，同时，为了加快信号转换效率，会对信号进行压缩、编码等处理。

模拟信号由于是在连续时间范围内出现，因此其处理采样过程还会涉及到平滑采样，加以滤波。数字信号由于是在离散的时间点上出现的数值序列，因此采样时关键在于采样周期的把握。数字逻辑电路的基本单元是逻辑门处理单元，存储器一般是借助数字电路以二进制方法对数据进行存储。

数字信号采用数字代码方式进行电压及电流变化记录，数字0代表流经电流值的变化情况，数字1代表流经电压值的变化情况。当流经的幅度不超过允许的最大值时，数字信号记录器便会计量数字1；当流经的幅度超过允许的最小值时，数字信号记录器便会计量数字0；在同一电路中，假设流经的数值在最大值与最小值之间，则不会影响整个数据终端数值的精确性。另外数字信号抗干扰能力比模拟信号强很多，主要是因为数字信号在传输过程中，采用串行或者并行编码方式，这种方式会根据传输链路数据量的不同，进行自动切换，保证传输的信号不会失真。但是模拟信号采用传统信道传输方式，当信号收到外界电流及电压变化时，会对传输信号产生失真现象，造成信号片段的丢失。

2 模拟电子技术与数字电子技术对比

在电子系统的信号处理过程中，模拟信号和数字信号相互转换。转换处理方式不同，系统的应用效果也不相同。所有的逻辑运算，从根本上分析，依然是二进制的数学逻辑运算。通过二进制数据的与、或、非、判断、比较、处理等工作，进一步发展出更为复杂的推理、预测、存储、传输等。在进行系统级设计时，清晰的逻辑能够给软件的编制工作带来极大的便利。人们更倾向于采用数学方法和熟知的电路定律来处理电子元件或整个系统问题。

2.1 模拟电子技术

以音频处理系统为例，在模拟电子技术中：通过传声器从外界得到的音频信号在时间和幅度上都是连续变化的，我们称之为模拟信号。记录和重放信号的音源就是模拟音源，在声音的录放系统中所产生、传输的电流、电压信号也是模拟信号。声音信号本身就是模拟信号，因此，模拟信号处理在电子技术工作过程有着自身的优势——系统原理简单、无需复杂的算法处理。这一优点使得电子技术在在发展的早期，模拟系统迅速发展，诞生了众多革命性的产品例如磁带、录音座、LP电唱机等。在模拟电子系统中，系统各个功能部件的工作原理更加接近现实系统的工作方式，无需经过A/D转换、编码、调制、解调等一系列处理，信号更不容易失真，相对而言，系统的维护也更加简单，往往是根据故障状态针对电路当中的相应元器件进行性能测试检查即可找出系统故障所在，问题的排查更加直观。

模拟电子技术的劣势主要包括以下几个方面：

（1）模拟电子技术的精度等级低。模拟信号在处理过程中的精度主要是由系统中所采用的硬件电路所决定，电子元件的性能直接影响着整个电子技术的效果。在如今越来越追求信号无损的当下，模拟信号处理受限于硬件电路的制约，精度等级始终无法达到0.001级。在对精度要求比较高的系统中，模拟电路因其精度限制表现出巨大的局限性。

（2）模拟电子技术的抗干扰能力差。在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。在容易产生机械振动的环境下，模拟电路非常容易产生信号干扰，进而影响信号的准确性，产生失真。尤其是在远距离传输时，线路比较繁杂，加上各种周边设备较多时，受环境影响因素较多。这一点，在现代通信系统（如GPRS、Wi-Fi、4G、5G通信）中表现尤其明显。

（3）无法保存过去的场景，尤其是对于系统中已经出现过的部分模拟信号，不能够有效的对信号以及信号发生过程进行复原重现。

2.2 数字电子技术

数字电子技术包含2种综合性技术应用，一种是数字电路，数字电路连接整个电路运行处理程序，保证信号在传输过程中，不被外界信号干扰。而另一种是数字信号，数字信号的运行处理速度直接关系到数字电路的工作运行效率。数字电路包括组合逻辑电路，该电路在运行过程中，没有对前端数字信号的记忆功能，只与传输过程中最开始的传输信号有关，开始时传输信号的状态决定着最后输出状态的数字信号。而另一种是时序逻辑电路，该电路具有一定的记忆功能，能对不同数字信号进行不同逻辑运算，其中涉及“与、或、非”三者的相关运算，在“与”逻辑运算过程中，只有2个逻辑门全部为1时，才能保证输出信号为1；在“或”运算过程中，保证其中1个逻辑门为1，则输出信号为1；而“非”门侧重于否定关系，输入逻辑为1，则输出为0，输入逻辑为0，则输出为1。逻辑表达式越简单，实现它的电路越简单，电路工作越稳定可靠。

在工作时，首先是以数字化形式对模拟信号进行处理，将在时间和幅度上都是连续的模拟源信号转换成离散的数字信号。然后，借助硬件电路以及算法的处理，将数字信号进行压缩、编码、存储、传输，最后将其解压、再次转换成模拟信号。

在数字电路中，系统信号处理器的工作方式多种多样，既可以是微处理器通过软件编程对输入信号进行预期的处理，即软件实现方法。也可以是由数字硬件组成的专用处理器即硬件实现方法。很多情况下，这两种方法并不是完全独立的，而是相互补充，共同存在的。尤其是在处理数字高频信号时，凭借单一的软件实现方法很难对高频信号在时间延迟较大的情况下做到及时的响应，因此需要在硬件方面提高处理器的并行工作能力，以此来应对高速数据的处理任务。这两种工作方式也使得数字电子电路的应用范围比模拟电子电路更加广泛。

3 总结

从整体上看，数字电子技术的实现往往并非全部依靠数字元件完成，而是还要依靠部分的模拟电路作为补充。在电子设计之初，往往需要考虑多种因素，尤其是稳定性要求较高的系统，例如航空航天飞行控制器、精密医疗器械控制电路等，系统必须具有极高的抗电磁干扰能力，这是数字电路中模拟部分所要解决的重要问题之一。数字电路技术相较于模拟电子技术，工作更加灵活、可靠、经济，因此在应用中也更加的普及。但综合而言，两者各有优劣，相互补充，在不同的应用场景下两者各自发挥出不同的优势。相信在未来，大数据以及人工智能等更多新兴技术蓬勃发展趋势的下，数字电子技术将会在应用层起到更加主要的作用，而模拟电子技术将会在底层硬件电路以及驱动方面起到关键作用。