1.1.1.1　电子系统中信号的处理方式

电子系统中的电信号可分为模拟信号和数字信号，电子系统可分为模拟系统和数字系统，其中信号的处理方式主要分为模拟信号和数字信号的处理方式。

（1）模拟信号。

模拟信号（Analog Signal）是与离散的数字信号相对的，在幅值和时间上都是连续变化的信号，例如现实生活中的电压信号、电流信号、温度信号等。

（2）数字信号。

数字信号（Digital Signal）是离散时间信号（Discrete-Time Signal）的数字化表示，通常可由模拟信号（Analog Signal）经过模/数（Analog to Digital）采样获得，在时间上是离散的。例如，可以被计算机、微处理器等直接处理的信号。

（3）信号处理的方式。

在电子设备中，电信号是信息的载体，信息则反映系统的特征。一方面，可用频谱仪进行信号分析，了解其频谱分布、噪声、杂散等，从而加深对信号特性的理解；另一方面，可对信号进行处理，即改变信号的某些特性来满足要求，因此，信号处理是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。

信号处理主要包括：

1）分离信号和噪声，提高信噪比。

2）从信号中提取有用的特征信息。

3）修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。

4）把信号转变为易于输出、传输的信号，如信号放大、调制和解调等。

信号处理分为模拟和数字两种方式，模拟信号处理直接对连续信号进行分析处理的过程，是利用一定的数学模型所组成的运算网络来实现的；数字信号处理则是采用数值计算的方法对信号进行处理。比如控制系统，前者使用集成运算放大器及R、L、C电路元件来构成PID调节器，从而实现信号的提取和处理；后者采用模拟信号的数字化方式来进行数字的PID调节，如图1-1数字信号处理方式所示。

图1-1　数字信号处理方式

首先模拟信号输入，经过信号调理（Signal Conditioning）去噪、整形处理后，达到理想的模拟信号；然后进行模/数转换，将模拟信号通过A/D模块变为数字量输入DSP等微处理器进行相关的数字算法处理，一方面可用于数据传输（Data Transmission），另一方面可通过D/A输出，再经过信号滤波（Filter）和功率放大后作为系统输出。

1.1.1.2　信号处理的特点

模拟信号与数字信号处理方式在电子系统中具有各自的特点，模拟信号具有实时性高、高频信号处理能力强等优点，但是相比数字信号处理而言，抗干扰、可靠性等方面就会差些。下面以数字信号处理的特点为例，阐述两种信号处理方式的优缺点。(www.daowen.com)

（1）数字信号处理的优点。

数字信号处理伴随数字系统的发展从20世纪40年代开始，发展历史并不长，它具有数字系统的一些共同优点，例如抗干扰、可靠性强、便于大规模集成等。与传统的模拟信号处理方法相比较，它具有以下优点。

1）灵活性高。

模拟系统：需要修改硬件设计或调整硬件参数。

数字系统：只需要改变软件参数设置。

以滤波器的设计为例：对于模拟滤波器，若要改变滤波器的参数，则需要改变元器件的值，或是改变运放的工作状态；对于数字滤波器，只需要改变程序的参数就可以了。由此可明显看出，数字处理系统的灵活性更高。

2）精度高。

模拟系统的精度严重依赖于元器件精度，但元器件都有很大的离散性，因此构成的系统误差较大。

数字系统的精度依赖于A/D转换的位数、计算机字长及相关的算法。这样不仅可以估算出所设计系统的精度，还可以采用适当的处理方式来进一步提高其处理精度。

3）可靠性高，可重复性好。

模拟系统受环境温度、噪声、电磁场等影响较大，即使两个设计参数完全相同的运算放大器，在输入同源的情况下其输出也会不同；但数字系统不同，在任何时间、任何地点、任何环境下，只要系统工作正常，那么计算结果肯定相同。

（2）数字信号处理的缺点。

尽管数字信号处理有其明显的优势，但不能说明模拟信号处理能够被完全替代。例如在乘法器的设计中，如果原始数据和所需要的输出均为模拟形式，那么完成从模拟信号向数字信号转换所需要的模/数转换器和数/模转换器的成本及其复杂程度通常会超过模拟乘法器设计本身。数字信号处理的劣势体现在如下几个方面。

1）实时性差。

数字系统由计算机的处理速度决定。尽管计算机技术不断发展，处理速度也得到了极大的提高，如DSP，都是由一个系统时钟来决定它的一个机器周期。机器周期是DSP处理速度的最小单位。因此在要求实时性能极高的情况下，模拟系统不能够被完全替代。

2）高频信号的处理。

模拟系统可处理很高的频率，包括微波信号、光信号；而数字系统必须按照奈奎斯特准则的要求，受模/数转换和处理速度的限制。对于高频信号的处理，目前使用数字系统是很难实现的。

3）模拟与数字信号的转换。

现实世界的信号绝大部分是模拟的，例如温度、湿度、压力等通过相应的传感器转换成的电信号也是模拟的。要实现数字处理就必须要进行模/数转换，因此这部分处理电路也必须是模拟的，所以模拟处理的环节肯定不能被替代。