Αναλογικά και Ψηφιακά σήματα

Ποιά είναι η διαφορά αναλογικού από ψηφιακό σήμα;

Το άρθρο αυτό δίνει σε περίληψη μερικές χρήσιμες πληροφορίες για τα Digital & Analog σήματα και αποτελεί την εισαγωγή για να εξετάσουμε με κάποιες λεπτομέρειες το πότε αξίζει και πότε όχι να επενδύσουμε σε ακριβά καλώδια . Θεώρησα καλό τα δυο αυτά άρθρα να είναι ξεχωριστά καθώς το άρθρο που θα ακολουθήσει μετάφραση , ως έχει, ολόκληρου του  άρθρου από ένα γνωστό συγγραφέα

Θεώρησα καλό να μη τα περιγράψω με δικά μου λόγια αλλά να το μεταφράσω ως έχει για έμφαση και ενημέρωση των μελών του avsite ότι δεν χρειάζεται μεγάλη δαπάνη για ψηφιακά καλώδια..

Digital & Analog σήματα

Τα πρώτα καλώδια video και audio σχεδιάστηκαν για αναλογικά σήματα.

Το αναλογικό σήμα αντιπροσωπεύει τις πληροφορίες που μεταφέρονται με μια συνεχή κυματομορφή ανάλογη μ’ αυτές τις  πληροφορίες.

Εάν πχ οι πληροφορίες είναι ένας τόνος 2KHz ημιτονικός, το αναλογικό σήμα θα είναι μία τάση που κυμαίνεται συνεχώς από θετική σε αρνητική, 2000 φορές ανά δευτερόλεπτο, σε ένα σχήμα ημιτονοειδούςς κύματος.

Το ψηφιακό σήμα, σε αντίθεση με ένα αναλογικό, δεν έχει καμιά ομοιότητα με τις πληροφορίες που μεταδίδει αλλά αποτελείται από μια σειρά από "1" και "0" bits (bitstream) , όπου ο ημιτονικός τόνος πχ 2KHz κωδικοποιείται σύμφωνα με κάποιο συγκεκριμένο standard και παραδίδεται σαν «τετραγωνικό κύμα» (Σχήμα 1).

Όταν το σήμα αποκωδικοποιείται, το αποτέλεσμα είναι ο παραπάνω τόνος των 2KHz.

Μία από τις ενδιαφέρουσες διαφορές μεταξύ ψηφιακών και αναλογικών σημάτων είναι ότι υποβαθμίζονται  με εντελώς  διαφορετικό τρόπο.

Και τα δύο είναι ηλεκτρικά σήματα και επομένως και τα δύο υπόκεινται σε μεταβολή των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του καλωδίου αλλά και από παρεμβολή  ΕΜΙ.

Όμως, ενώ η μεταβολή του αναλογικού είναι προοδευτική και συνεχής (όσος περισσότερος  θόρυβο εισάγεται, τόσο περισσότερος θόρυβος θα ακουστεί από το μεγάφωνο μας, μαζί με τον ήχο )  αντίθετα το ψηφιακό σήμα υφίσταται αλλοίωση εντελώς διαφορετικά.

Το ψηφιακό σήμα, λόγω των απότομων πτώσεων των μετώπων του («τετραγωνικό κύμα».), υπόκειται άμεσα σε υποβάθμιση κυρίως απ΄τη σύνθετη αντίσταση του καλωδίου.

Αυτό σημαίνει ότι, ενώ το σήμα παράγεται ως τετραγωνικό κύμα, ποτέ δεν φτάνει σαν τέτοιο.

Ανάλογα με τη σύνθετη αντίσταση του καλωδίου, οι γωνίες του τετραγωνικού κύματος στρογγυλεύουν σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, και τα ίσια του τμήματα του στραβώνουν (Σχήμα 2).

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα καθιστά το κύκλωμα λήψης να προσδιορίζει με δυσκολία την ακρίβεια στο εισερχόμενο σήμα.

Όσο μεγαλύτερη η υποβάθμιση στο σήμα, τόσο πιο δύσκολο είναι για τη συσκευή λήψης να εξάγει με ακρίβεια το περιεχόμενο του bitstream.

Όμως το ψηφιακό σήμα, λόγω του τρόπου που αποθηκεύονται πληροφορίες του, μπορεί να είναι αρκετά ανθεκτικό.

Ενώ το σήμα πάντα σε κάποιο βαθμό υποβαθμίζεται στο καλώδιο, εάν το κύκλωμα λήψης μπορέσει να αναπαράγει το αρχικό bitstream, η λήψη του σήματος θα είναι τέλεια.

Δεν έχει σημασία πόσο πολύ jitter, πόσο στρογγυλοποίηση των μετώπων του τετραγωνικού κύματος, ή πόσο πολύ θόρυβο, έχουμε.

Αν το bitstream μπορέσει να αναπαραχθεί με ακρίβεια στη λήψη, το αποτέλεσμα είναι σαν να μη έχει υπάρξει καμία υποβάθμιση του σήματος .

BER (Bit error rate) είναι ο αριθμός των σφαλμάτων δυαδικών ψηφίων διαιρούμενο με το συνολικό αριθμό των μεταφερόμενων bits .

Απ’ τη δική μου εμπειρία στις  Μικροκυματικές Ράδιο Ζεύξεις .

Το κατώφλι BER (Bit Error Ratio) το είχαμε:

στο 10^-6 για υποβάθμιση

και στα 10^-3  για φίμωση 

BER 10^-12 είναι καλύτερο από BER 10^-6 ???? ΟΧΙ πρακτικά είναι το ΙΔΙΟ.

Στα καλώδια, το πόσο σύντομα θα φτάσει σ’ αυτό το κατώφλι, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το σήμα, καθώς και από τις ανοχές του καλωδίου.

 Όσο υψηλότερο είναι το bitrate, τόσο πιο δύσκολο είναι να διατηρηθεί αξιόπιστη ψηφιακή επικοινωνία.

Η υποβάθμιση της ψηφιακής κυματομορφής εξαρτάται άμεσα από την προσαρμογή της  σύνθετης αντίσταση μεταξύ της πηγής, του καλωδίου, και το φορτίου.

Οι προδιαγραφές για τα ‘’ψηφιακά’’ καλώδια είναι αυστηρότερες ειδικά της ανοχής στη σύνθετη αντίσταση (75 Ω) δηλαδή να την διατηρεί όσο το δυνατόν σ’ αυτή την τιμή (75Ω) άντε με απόκλιση +/-  2 Ohm και αν το μήκος είναι το κατάλληλο τότε πρακτικά η απόκλιση είναι μηδενική (Να γιατί πουλάνε ‘φύκια για μεταξωτές κορδέλες ή ‘’φιδόλαδο’’ και εδώ ).

Πηγαίνοντας στον κόσμο του ομοαξονικού καλωδίου, μπορούμε τώρα να απαντήσουμε σε μερικές ερωτήσεις όπως:

αν ένα ‘’αναλογικό’’ καλώδιο μπορεί να μεταφέρει και ψηφιακό σήμα και αντίστοιχα ένα ‘’ψηφιακό’’ καλώδιο μπορεί να μεταφέρει και αναλογικό σήμα.

Αμφότερα μετακινούν ηλεκτρόνια. Φυσικά τα ηλεκτρόνια δεν ‘’ξέρουν’’ αν είναι αναλογικά ή ψηφιακά !!!

Όλα αυτά βεβαίως μέχρις ενός σημείου εξαρτώμενου από παράγοντες κυρίως όπως :

·         διατομή ,

·         μήκος ,

·         σύνθετη αντίσταση ,

·         ειδική αντίσταση..

Στο ψηφιακό μέλλον είναι προφανές το πλεονέκτημα της χρήσης ‘’ψηφιακού’’ καλωδίου και σε αναλογικές εφαρμογές .

Το κόστος ενός καλωδίου, συμπεριλαμβανομένων των connectors, είναι εκπληκτικά χαμηλό (πιθανόν λίγα cents /μέτρο), ακόμη και για ποιοτικό καλώδιο. Αλλά ο δρόμος που χρειάζεται το καλώδιο  να φθάσει στα χέρια σας προσθέτει όχι μόνο κάποιο, αλλά συνήθως το μέγιστο μέρος του κόστους. Αυτό περιλαμβάνει τη συσκευασία, τη διακίνηση, τη διαφήμιση , το μάρκετινγκ, μισθούς και διάφορες δαπάνες για τους εμπόρους λιανικής πώλησης .

Οι ειδικοί για όλα τα προϊόντα λένε: ‘’high price doesn’t always mean high quality’’

Τα HDMI και USB καλώδια, για παράδειγμα, μπορεί να τα βρείτε από $ 1 έως πάνω από $ 1.000 για το ίδιο μήκος!!!!.

Μάλιστα οι τιμές για καλώδια ηχείου είναι ακόμη πιο ακραίες, από μερικά cents/μέτρο , μέχρι εκατοντάδες δολάρια για τα ίδια βασικά spects.

Περισσότερα όμως στο άρθρο που θα ακολουθήσει….δείτε το:

Ακριβά ή φτηνά καλώδια? Εδώ: