模擬信號處理

模擬信號處理(analog signal processing) 用模擬方法對信號進行加工、變換等處理方法的總稱。

基本介紹

• 中文名：模擬信號處理
• 外文名：analog signal processing
• 套用學科：通信
• 特點：模擬、信號處理

定義

通常自然界所遇到的信號均為模擬信號，它在幅值域內和時間域內都是連續的，對這些信號進行放大、濾波、調製、解調以及各種頻率變換都屬於模擬信號處理。模擬信號處理是相對於數位訊號處理而言數位訊號處理是利用數字計算機方法來對信號進行處理。為了實現數字處理，信號必須首先進行時間上的抽樣，幅度上的量化，然後輸入給計算機進行處理。處理結束後，還要將數位訊號再經過濾波，恢復為模擬信號。模擬信號處理的優點是實時性能好，而且所使用器件、設備體積小、價格低。但由於其精度、穩定性以及器件的集成化方面局限性大，更不便於進行程控復用。因此，許多複雜的信號處理運算，難以由模擬方法完成，需要用數位訊號處理方法來完成。

儘管如此，模擬信號處理，在研究及套用方面，仍然具有相當的潛力。

模擬信號

模擬信號是指信息參數在給定範圍內表現為連續的信號。 或在一段連續的時間間隔內，其代表信息的特徵量可以在任意瞬間呈現為任意數值的信號。

模擬信號主要是與離散的數位訊號相對的連續的信號。模擬信號分布於自然界的各個角落，如氣溫的變化，而數位訊號是人為的抽象出來的在幅度取值上不連續的信號。電學上的模擬信號主要是指幅度和相位都連續的電信號，此信號可以被模擬電路進行各種運算，如放大，相加，相乘等。

模擬信號是指用連續變化的物理量表示的信息，其信號的幅度，或頻率，或相位隨時間作連續變化，廣播的聲音信號，電視的圖像信號等。

模擬信號的主要優點是其精確的解析度，在理想情況下，它具有無窮大的解析度。與數位訊號相比，模擬信號的信息密度更高。由於不存在量化誤差，它可以對自然界物理量的真實值進行儘可能逼近的描述。

模擬信號的另一個優點是，當達到相同的效果，模擬信號處理比數位訊號處理更簡單。模擬信號的處理可以直接通過模擬電路組件（例如運算放大器等）實現，而數位訊號處理往往涉及複雜的算法，甚至需要專門的數位訊號處理器。

模擬信號的主要缺點是它總是受到雜訊（信號中不希望得到的隨機變化值）的影響。信號被多次複製，或進行長距離傳輸之後，這些隨機噪聲的影響可能會變得十分顯著。在電學裡，使用接地禁止（shield）、線路良好接觸、使用同軸電纜或雙絞線，可以在一定程度上緩解這些負面效應。

噪聲效應會使信號產生有損。有損後的模擬信號幾乎不可能再次被還原，因為對所需信號的放大會同時對噪聲信號進行放大。如果噪聲頻率與所需信號的頻率差距較大，可以通過引入電子濾波器，過濾掉特定頻率的噪聲，但是這一方案只能儘可能地降低噪聲的影響。因此，在噪聲在作用下，雖然模擬信號理論上具有無窮解析度，但並不一定比數位訊號更加精確。

儘管數位訊號處理算法相對複雜，但是現有的數位訊號處理器可以快速地完成這一任務。另外，計算機等系統的逐漸普及，使得數位訊號的傳播、處理都變得更加方便。諸如照相機等設備都逐漸實現數位化，儘管它們最初必須以模擬信號的形式接收真實物理量的信息，最後都會通過模擬數字轉換器轉換為數位訊號，以方便計算機進行處理，或通過網際網路進行傳輸。

概念

模擬信號的變換與處理是直接對連續時間信號進行分析處理的過程，是利用一定的數學模型所組成的運算網路來實現的．從廣義講，它包括了調製、濾波、放大、微積分、乘方、開方、除法運算等．模擬信號分析的目的是便於信號的傳輸與處理，例如，信號調製後的放大與遠距離傳輸；利用信號濾波實現剔除噪聲與頻率分析；對信號的運算估值，以獲取特徵參數等。

儘管數位訊號分析技術已經獲得了很大發展，但模擬信號分析仍然是不可少的，即使在數位訊號分析系統中，也要加以模擬分析設備．例如，對連續時問信號進行數字分析之前的抗頻混濾波，信號處理以後的顯示記錄等。
感測器輸出的電信號，大多數不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去。其主要原因是：大多數感測器輸出的電信號很微弱,需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換；有些感測器輸出的是電參量，要轉換為電能量；輸出信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比；若測試工作僅對部分頻段的信號感興趣，則有必要從輸出信號中分離出所需的頻率成分；當採用數字式儀器、儀表和計算機時，模擬輸出信號還要轉換為數位訊號等等。因此，感測器的輸出信號要經過適當的調理，使之與後續測試環節相適應。常用的信號調理環節有：電橋、放大器、濾波器、調製器與解調器等。

流程

一般而言,模擬信號處理會包括放大、濾波、調製與解調等流程，這些流程均會影響信號處理的效果。

圖 1 模擬信號處理流程圖