文·贝鱼

头条号·贝鱼说

全文脉络

1.信息、信号、消息三者的关系

2.模拟信号、数字信号的通俗解释

3.具体电路中模拟信号和数字信号的产生原理

在理解信号之前，我们先来模拟一对话场景：

A：我有一个好消息要告诉你。

B：好的，你说。

A：我数学考了100分。

01 信息、信号、消息三者的关系

这里面当A向B说有一个好消息的时候，A是通过声波，也就是声音信号传递给B的。好消息中的内容我们称为信息，这里的信息是指：数学考了100分。这样我们就明白了信号、消息和信息三者之间的关系：

消息、信息和信号三者之间的关系

在信息论中，有专门讲解一则消息中所含信息量的多少的相关知识，事实证明人们更喜欢信息量大的消息，而信息量大的消息往往具有很大的不确定性，也极易引起轰动。限于篇幅，此处仅辨析模拟信号和数字信号。

上一部分我们说明了信号是消息的物理载体，载体容易理解，比如过河的桥，运货的卡车等等均可以作为载体。而此处我们所说的信号则指向光、热、声、电之类的信号，它们传播速度快，适合于通信。而所说的模拟信号和数字信号在电路中属于电信号。

之所以研究电信号，是因为电信号容易传送、处理和控制，即使在光通信中，利用光信号传递信息的场合，系统的发送和接收两端也是转换为电信号来处理的，可见电信号的基础作用可见一斑。

02 模拟信号、数字信号的通俗解释

一般，我们说模拟信号是指在时间上和数值上连续、确定的信号；而数字信号则是指在时间和数值上均具有离散特性的信号。如下图：

交流信号波形图

数字信号波形图

可见，模拟信号在时间和数值上是连续变化的，不存在跳变；但数字信号在数值上首先是不连续的，存在电平跳变，其次数字信号也可以在时间上离散，比如完成一项任务的请求信号（ack）,中断信号（interrupt）等等，这些信号在时间上是不确定，也便是离散的。

03 具体电路中模拟信号和数字信号的产生原理

在一个具体的电路系统中，既可以集成模拟部分，也可以集成数字部分。一般模拟信号和数字信号均是由半导体器件产生的，比如三极管、场效应管。在模拟信号中，我们可能会利用这些器件的放大特性；而在数字电路中，利用更多的是这些器件的开关特性（截至和放大特性中的某一部分）。

正是由于同一器件既可以产生模拟信号也可以产生数字信号，因此模拟信号和数字信号之间也存在着一定的联系。数字信号将模拟信号中高于一定电平值的电压赋作逻辑1，低于一定电平值的电平赋作逻辑0.(下图中，将模拟信号中高于2.4V的电压信号当作了数字信号中的逻辑1，低于0.4V的电压当作逻辑0)。

模拟信号

数字信号

为了定性地说明数字信号的产生过程，以场效应管的开关特性来说明，若以模拟信号作为输入信号，当Uin的数值大于一定值的时候，场效应管导通，输出端接地，此时输出低电平，也即逻辑上的‘0’；而当Uin的数值低于场效应管的开启电压时，场效应管截至，此时输出端输出高电平，也即逻辑上的‘1’。

场效应管开关特性图示

可见，对于数字信号来说，理想状态是上升沿和下降沿异常陡峭。但是实际中，由于存在分布电容和结电容的影响（存在充放电时间），上升和下降沿会存在一定的坡度，正如上图数字信号波形图所示，实际波形还可能会存在一些毛刺。