สัญญาณดิจิตอลใด ๆสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่องที่จะถูกนำมาใช้เพื่อแสดงข้อมูลเป็นลำดับของที่ไม่ต่อเนื่องค่า; ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งสามารถรับค่าได้มากที่สุดค่าหนึ่งในจำนวนที่ จำกัด เท่านั้น [1] [2] [3]สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับสัญญาณแอนะล็อกซึ่งแสดงถึงค่าต่อเนื่อง ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งจะแสดงจำนวนจริงภายในช่วงค่าที่ต่อเนื่องกัน
สัญญาณไบนารีหรือที่เรียกว่าสัญญาณลอจิกเป็นสัญญาณดิจิทัลที่มีสองระดับที่แตกต่างกัน
สัญญาณดิจิทัลอย่างง่ายแสดงข้อมูลในแถบที่ไม่ต่อเนื่องของระดับอนาล็อก ทุกระดับภายในวงของค่าแทนเดียวกันรัฐข้อมูล ในวงจรดิจิทัลส่วนใหญ่สัญญาณสามารถมีค่าที่ถูกต้องได้สองค่า นี้เรียกว่าสัญญาณไบนารีหรือสัญญาณตรรกะ [4]แสดงด้วยแถบแรงดันไฟฟ้าสองแถบ: แถบหนึ่งใกล้ค่าอ้างอิง (โดยทั่วไปเรียกว่ากราวด์หรือศูนย์โวลต์) และอีกค่าใกล้กับแรงดันไฟฟ้า ค่าเหล่านี้สอดคล้องกับค่าสองค่า "ศูนย์" และ "หนึ่ง" (หรือ "เท็จ" และ "จริง") ของโดเมนบูลีนดังนั้นในช่วงเวลาใดก็ตามที่สัญญาณไบนารีจะแสดงเลขฐานสอง (บิต) หนึ่งตัว ด้วยเหตุนี้ไม่ต่อเนื่อง , การเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเล็กให้อยู่ในระดับสัญญาณอนาล็อกจะไม่ออกจากซองจดหมายที่ไม่ต่อเนื่องและเป็นผลให้จะถูกละเลยโดยสัญญาณรัฐวงจรตรวจจับ เป็นผลให้การส่งสัญญาณดิจิตอลมีภูมิคุ้มกันเสียง ; สัญญาณรบกวนอิเล็กทรอนิกส์หากไม่มากเกินไปจะไม่ส่งผลกระทบต่อวงจรดิจิทัลในขณะที่สัญญาณรบกวนจะลดการทำงานของสัญญาณแอนะล็อกในระดับหนึ่ง [5]
สัญญาณดิจิทัลที่มีมากกว่าสองสถานะจะถูกใช้เป็นครั้งคราว วงจรการใช้สัญญาณดังกล่าวเรียกว่าตรรกะที่มีหลาย ยกตัวอย่างเช่นการส่งสัญญาณที่สามารถสันนิษฐานได้ว่าสามรัฐเป็นไปได้จะเรียกว่าสามมูลค่าตรรกะ
ในสัญญาณดิจิตอลปริมาณทางกายภาพที่เป็นตัวแทนของข้อมูลที่อาจจะเป็นตัวแปรในปัจจุบันไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าความเข้มเฟสหรือโพลาไรซ์ของแสงหรืออื่น ๆ ที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงดันอะคูสติกที่ดึงดูดของการเก็บรักษาแม่เหล็กสื่อเป็นต้น สัญญาณดิจิตอลจะใช้ในทุกดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์สะดุดตาคอมพิวเตอร์อุปกรณ์และการส่งข้อมูล
คำว่าสัญญาณดิจิทัลมีคำจำกัดความที่เกี่ยวข้องในบริบทที่แตกต่างกัน
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลสัญญาณดิจิทัลคือพัลส์เทรน ( สัญญาณมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์ ) คือลำดับของพัลส์ไฟฟ้าคลื่นสี่เหลี่ยมความกว้างคงที่หรือพัลส์แสงแต่ละอันมีจำนวนแอมพลิจูดที่ไม่ต่อเนื่องหนึ่งระดับ [6] [7]กรณีพิเศษคือสัญญาณลอจิกหรือสัญญาณไบนารีซึ่งแตกต่างกันไประหว่างระดับสัญญาณต่ำและระดับสูง
โดยทั่วไปแล้วพัลส์รถไฟในวงจรดิจิทัลจะสร้างขึ้นโดยอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามผลโลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์ (MOSFET) เนื่องจากความเร็วในการสลับอิเล็กทรอนิกส์แบบเปิด - ปิดอย่างรวดเร็วและความสามารถในการรวมขนาดใหญ่ (LSI) [8] [9]ในทางตรงกันข้ามทรานซิสเตอร์BJT จะสร้างสัญญาณแอนะล็อกที่คล้ายกับคลื่นไซน์ได้ช้ากว่า [8]
ในการประมวลผลสัญญาณ
ในการประมวลผลสัญญาณสัญญาณดิจิทัลเป็นนามธรรมที่ไม่ต่อเนื่องในช่วงเวลาและแอมพลิจูดซึ่งหมายความว่ามีอยู่ในบางช่วงเวลาเท่านั้น
ในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลสัญญาณดิจิทัลเป็นตัวแทนของสัญญาณคลื่นทางกายภาพที่สุ่มตัวอย่างและหาปริมาณ สัญญาณดิจิทัลเป็นนามธรรมที่ไม่ต่อเนื่องในช่วงเวลาและแอมพลิจูดหรือคลื่น ค่าของสัญญาณจะมีอยู่ในช่วงเวลาปกติเท่านั้นเนื่องจากเฉพาะค่าของสัญญาณทางกายภาพที่สอดคล้องกันในช่วงเวลาที่สุ่มตัวอย่างเหล่านั้นเท่านั้นที่มีความสำคัญสำหรับการประมวลผลแบบดิจิทัลเพิ่มเติม สัญญาณดิจิทัลคือลำดับของรหัสที่ดึงมาจากชุดค่าที่ จำกัด [10]สัญญาณดิจิทัลอาจถูกจัดเก็บประมวลผลหรือส่งทางกายภาพเป็น [[รหัสพัลส์ -
เปลี่ยนแปลงความถี่ keying (FSK) สัญญาณจะสลับกันระหว่างสองรูปคลื่นและช่วยให้การส่ง passband ก็ถือว่าเป็นวิธีการของดิจิตอล ส่งข้อมูล
AMI รหัสสัญญาณดิจิตอลที่ใช้ในการส่ง baseband (สายการเข้ารหัส)
ในการสื่อสารแบบดิจิตอล , สัญญาณดิจิตอลเป็นอย่างต่อเนื่องเวลาสัญญาณทางกายภาพสลับระหว่างจำนวนที่ไม่ต่อเนื่องของรูปคลื่น, [3]คิดเป็นbitstream รูปร่างของรูปคลื่นขึ้นอยู่กับรูปแบบการส่งสัญญาณซึ่งอาจเป็นรูปแบบการเข้ารหัสสายที่อนุญาตให้ส่งสัญญาณเบสแบนด์ หรือรูปแบบการมอดูเลตแบบดิจิทัลทำให้สามารถส่งสัญญาณพาสแบนด์ผ่านสายยาวหรือผ่านย่านความถี่วิทยุที่ จำกัด ได้ คลื่นไซน์ที่ปรับเปลี่ยนผู้ให้บริการดังกล่าวถือเป็นสัญญาณดิจิทัลในวรรณกรรมเกี่ยวกับการสื่อสารและการส่งข้อมูลแบบดิจิทัล[11]แต่ถือว่าเป็นบิตสตรีมที่แปลงเป็นสัญญาณแอนะล็อกในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครือข่ายคอมพิวเตอร์ [12]
ในการสื่อสารมักจะมีแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวนมักเป็นปัญหาสำคัญ ผลกระทบของการรบกวนจะลดลงโดยการกรองสัญญาณรบกวนออกมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้และโดยการใช้โดยทั่วไปความซ้ำซ้อนของข้อมูล ข้อได้เปรียบหลักของสัญญาณดิจิทัลสำหรับการสื่อสารมักถูกพิจารณาว่าเป็นตัวป้องกันเสียงรบกวนต่อความสามารถในการรบกวนและในหลาย ๆ กรณีเช่นกับข้อมูลเสียงและวิดีโอเพื่อใช้การบีบอัดข้อมูลเพื่อลดแบนด์วิดท์ที่จำเป็นในการสื่อสารลงอย่างมาก สื่อ
รูปคลื่นสัญญาณลอจิก: (1) ระดับต่ำ (2) ระดับสูง (3) ขอบที่เพิ่มขึ้นและ (4) ขอบที่ตกลงมา
รูปแบบของคลื่นที่สลับเป็นตัวแทนของทั้งสองรัฐของบูลีนค่า (0 และ 1 หรือต่ำและสูงหรือเท็จและจริง) จะเรียกว่าเป็นสัญญาณดิจิตอลหรือสัญญาณตรรกะหรือสัญญาณไบนารีเมื่อมันถูกตีความในแง่ของการเพียงสองที่เป็นไปได้ ตัวเลข
โดยปกติทั้งสองสถานะจะแสดงโดยการวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าบางอย่าง: แรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุด แต่กระแสจะใช้ในตระกูลลอจิกบางประเภท โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าสองช่วงจะถูกกำหนดไว้สำหรับแต่ละตระกูลลอจิกซึ่งมักจะไม่อยู่ติดกันโดยตรง สัญญาณจะต่ำเมื่ออยู่ในช่วงต่ำและสูงเมื่ออยู่ในช่วงสูงและในระหว่างสองช่วงพฤติกรรมอาจแตกต่างกันไประหว่างประตูประเภทต่างๆ
สัญญาณนาฬิกาเป็นสัญญาณดิจิตอลพิเศษที่จะใช้ในการประสานวงจรดิจิตอลจำนวนมาก ภาพที่แสดงถือได้ว่าเป็นรูปคลื่นของสัญญาณนาฬิกา การเปลี่ยนแปลงลอจิกถูกทริกเกอร์โดยขอบที่เพิ่มขึ้นหรือขอบลดลง ขอบที่เพิ่มขึ้นคือการเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าต่ำ (ระดับ 1 ในแผนภาพ) เป็นแรงดันไฟฟ้าสูง (ระดับ 2) ขอบตกคือการเปลี่ยนจากไฟฟ้าแรงสูงไปเป็นแรงดันต่ำ
แม้ว่าในรูปแบบของวงจรดิจิทัลที่เรียบง่ายและเป็นอุดมคติ แต่เราอาจต้องการให้การเปลี่ยนเหล่านี้เกิดขึ้นในทันที แต่ไม่มีวงจรในโลกแห่งความเป็นจริงที่เป็นตัวต้านทานอย่างหมดจดดังนั้นจึงไม่มีวงจรใดที่สามารถเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าได้ในทันที ซึ่งหมายความว่าในช่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงที่สั้นและ จำกัดเอาต์พุตอาจไม่สะท้อนอินพุตอย่างถูกต้องและจะไม่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่มีเหตุผลสูงหรือต่ำ
ในการสร้างสัญญาณดิจิทัลต้องมีการปรับสัญญาณแอนะล็อกด้วยสัญญาณควบคุมเพื่อสร้างสัญญาณ การมอดูเลตที่ง่ายที่สุดประเภทหนึ่งของการเข้ารหัสแบบ unipolarคือการเปิดและปิดสัญญาณ DC เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าสูงแสดงถึง '1' และแรงดันไฟฟ้าต่ำคือ '0'
ในวิทยุดิจิตอลรูปแบบหนึ่งหรือผู้ให้บริการมากขึ้นคลื่นกว้าง , ความถี่หรือเฟสมอดูเลตโดยสัญญาณควบคุมการผลิตให้เป็นสัญญาณดิจิตอลเหมาะสำหรับการส่ง
Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) ผ่านสายโทรศัพท์ไม่ได้ใช้ตรรกะไบนารีเป็นหลัก สัญญาณดิจิทัลสำหรับผู้ให้บริการแต่ละรายจะถูกมอดูเลตด้วยลอจิกที่มีมูลค่าแตกต่างกันขึ้นอยู่กับความจุของแชนนอนของแต่ละช่องสัญญาณ
การตอกบัตรดิจิตอลผ่านฟลิปฟล็อปที่มีการตอกบัตร
สัญญาณดิจิตอลอาจจะเก็บตัวอย่างโดยสัญญาณนาฬิกาในช่วงเวลาปกติโดยการส่งผ่านสัญญาณผ่านปัดพลิก เมื่อเสร็จแล้วอินพุตจะถูกวัดที่ขอบนาฬิกาและสัญญาณจากเวลานั้น จากนั้นสัญญาณจะคงที่จนถึงนาฬิกาถัดไป กระบวนการนี้เป็นพื้นฐานของตรรกะแบบซิงโครนัส
ยังมีตรรกะแบบอะซิงโครนัสซึ่งไม่ใช้นาฬิกาเดียวและโดยทั่วไปจะทำงานได้เร็วกว่าและอาจใช้พลังงานน้อยลง แต่ออกแบบได้ยากกว่าอย่างเห็นได้ชัด