淺談模擬電路與數字電路

　　最近一段時(shí)間，本壇又有幾帖討論模擬電路與數字電路的關(guān)系。

　　其實(shí)這個(gè)問(wèn)題，先前已經(jīng)討論過(guò)多次了。網(wǎng)友各抒己見(jiàn)，有說(shuō)所有電路都是模擬電路，數字電路只是模擬電路的一部分的;有說(shuō)模擬電路和數字電路各成系統，井水不犯河水的;有說(shuō)線(xiàn)性的就是模擬電路，非線(xiàn)性的就是數字電路的……不一而足。

　　昨天忽然想到這個(gè)問(wèn)題，便一直想下去，卻總也想不出個(gè)結果?，F在將所想到的貼出來(lái)，再和各位討論討論。

　　首先我們討論的是電路，油路水路氣路都不在討論范圍。

　　說(shuō)到電，人類(lèi)最早研究的是靜電。靜電因為不能產(chǎn)生持續的電流，一般不認為那是電路。只有在伏打于1799年發(fā)明了電池之后，能夠產(chǎn)生持續的電流了，才有了電路。

　　最早的幾個(gè)著(zhù)名電路是：

　　1800年尼科爾遜電解水，隨后戴維于1807年用電解法還原出金屬鈉和金屬鉀，后來(lái)又得到金屬鈣、鎂等。

　　1820年奧斯特發(fā)現通有電流的導線(xiàn)可以使磁針偏轉。

　　1826年歐姆通過(guò)實(shí)驗總結出后人所稱(chēng)的歐姆定律。

　　1831年法拉第發(fā)現電磁感應定律。

　　現在的問(wèn)題是：這些著(zhù)名的電路，例如歐姆做實(shí)驗的電路，是不是模擬電路?

　　你可以選擇“是”，也可以選擇“否”。

　　有些人選擇“是”。他們選擇“是”的理由是：歐姆實(shí)驗中的電動(dòng)勢電流等都是可以連續變化的，當然這是模擬電路。

　　此論言之有理。

　　選擇了“是”，那么沒(méi)有一個(gè)電路不是模擬電路，包括數字電路在內。選擇“是”的人認為數字電路只是模擬電路的一部分，用數學(xué)語(yǔ)言說(shuō)，數字電路是模擬電路的一個(gè)真子集。

　　不過(guò)，既然所有的電路都是模擬電路，又何必在電路前面加上“模擬”二字呢?

　　還有一些人選擇“否”。他們選擇“否”的理由是：模擬和數字是對信號而言的。處理模擬信號的電路就是模擬電路，處理數字信號的電路就是數字電路，不處理信號的電路那就既不是模擬電路也不是數字電路。

　　此論也言之有理。

　　不過(guò)，這樣一來(lái)，“模擬是數字的基礎”就不成立了。世界上第一個(gè)處理信號的電路是1837年莫理斯發(fā)明的電報——有線(xiàn)電報。眾所周知，電報是由導線(xiàn)中電流“有”和“無(wú)”來(lái)傳輸信號的，所以電報毫無(wú)疑問(wèn)是數字電路。數字電路的發(fā)明比第一個(gè)模擬電路——貝爾于1876年發(fā)明的電話(huà)早了差不多40年。

　　忽然又想到，電報不僅是數字電路，而且電報是串行傳輸信號的——只有一條線(xiàn)，電報還是異步的——沒(méi)有同步信號，所以電報還是第一個(gè)異步串行口。千萬(wàn)別以為有了計算機之后才有異步串行口，早在計算機之前，甚至愛(ài)迪生發(fā)明電燈之前，甚至西門(mén)子發(fā)明發(fā)電機之前，就有了同步串行口了。

　　有沒(méi)有既是模擬又是數字的信號?我們都知道，兩臺計算機要通過(guò)電話(huà)線(xiàn)傳遞信息，需要用調制解調器。發(fā)送的一方用調制器，接收的一方用解調器。調制解調器在電話(huà)線(xiàn)上傳送的信號，用示波器看，雖然有些歪歪扭扭，大體上看著(zhù)和正弦波差不太多(調相)，這應該說(shuō)是模擬信號?？墒?，它是離散取值的，就是說(shuō)，是數字信號。倒底是什么，我也拿不準。

　　看來(lái)，模擬與數字的關(guān)系，還得繼續討論下去。

　　其實(shí)，模擬這個(gè)詞怎么來(lái)的并不要緊，

　　區別是存在的，它僅是個(gè)稱(chēng)呼而已。

　　我沒(méi)看過(guò)最近的討論，估計內容已經(jīng)綜合在maychang的帖子中了。

　　這里討論的模擬與數字的關(guān)系問(wèn)題涉及了三個(gè)內容：

　　A。硬件電路的自然屬性

　　B。模擬電路的分類(lèi)及屬性

　　C。數字電路的分類(lèi)及屬性

　　對于A(yíng)，電路的材料取自于自然界，無(wú)論是天然的材料還是人工改造的器件，其特性都是遵循自然規律的。當電路工作時(shí)，被利用的材料、器件等并不知道自己在為什么目的工作，只是按照自身的特性對外界的變化產(chǎn)生反應。無(wú)論是歐姆原理的實(shí)驗電路還是集成電路，也無(wú)論產(chǎn)生的結果是線(xiàn)性的還是非線(xiàn)性的、連續的還是脈沖的、周期的還是非周期的，等等，它們的反應靠的是硬件電路的自然屬性，不管人們主觀(guān)上將它們歸于哪類(lèi)。變化的連續性是它們的共性，也是自然界物理量的共性。

　　與客觀(guān)的自然屬性相對照的是主觀(guān)的分類(lèi)。C是主觀(guān)分類(lèi)的結果，B是C的對照物，也是主觀(guān)分類(lèi)的結果。B和C必須同時(shí)存在，并且都是以A的全部或者部分為依托的。

　　在主觀(guān)分類(lèi)上，以脈沖電路為例，不少人把它劃入數字電路，因為數字電路大量地用到脈沖電路。但是如果我的目的是要產(chǎn)生一個(gè)或者數個(gè)有一定指標要求的脈沖，比如指標有脈沖寬度、高度、沿的上升速率、下降速率、過(guò)沖，等等，對這些電量的控制，你是考慮它的電特性還是比如0、1的數字特性?顯然，這些量和控制手段跟數字內容是沾不上邊的。脈沖電路可以是模擬的。

　　當脈沖屬于數字量時(shí)，需要人為地對其賦予某些含義，比如“有”或“無(wú)”，“0”或“1”等。對這類(lèi)電路類(lèi)別的劃分，我還是持以前的觀(guān)點(diǎn)：當你關(guān)注數字量時(shí)，該電路為數字電路;當你關(guān)注電量時(shí)，該電路為模擬的-我中有你。關(guān)注電量的例子有：信號的完整性、消除阻尼振蕩、信號的延時(shí)、干擾，等等。

　　作為數字電路對照面的模擬電路B，它不需要象數字電路那樣對其結果賦予額外的含義，其結果是電路自然屬性使然。也就是說(shuō)，B與A之間有著(zhù)天然的聯(lián)系。這樣，在給“A和B歸于同類(lèi)”找到理由的同時(shí)，也給忽視兩者的區別打下了基礎。

　　在當今復雜的調制、解調技術(shù)和電路中，輸入、輸出可以各是、或者同是數字量，中間處理過(guò)程中量的性質(zhì)是難以用波形來(lái)區分的，僅用輸入、輸出是否為數字量來(lái)區分這些電路是否屬于數字電路會(huì )是行不通的。由此有“混合信號、混合電路”一說(shuō)。“混合”是對上述純數字性質(zhì)的否定，言外之意，被否定的部分屬于模擬。如果先把混合電路的內容排除在外，模擬與數字討論的結果可能會(huì )清晰一些。

　　不一定嚴謹的小結：

　　A是不依賴(lài)于主觀(guān)(B、C)的客觀(guān)存在;B和C是建立在A(yíng)上的主觀(guān)產(chǎn)物，B和C對照共存;B和A因其自然屬性而存在著(zhù)天然的聯(lián)系;客體上B可以全部接納A，兩者的區別就在于各自的主、客觀(guān)屬性上。

　　事實(shí)上，典型的模擬電路并不是連續的。如反饋放大器，由于放大器本身的放大倍數有限，從而有了最小靈敏度的問(wèn)題，既然有了最小靈敏度的問(wèn)題，那么就說(shuō)明它不是連續的?，F在產(chǎn)業(yè)論壇有個(gè)帖子說(shuō)他的溫度測量(-2～35)℃達到±0.02 ℃的準確度(精度)。這個(gè)問(wèn)題還不能單單從它給的結果來(lái)說(shuō)，如果所謂的±0.02 ℃對應的模擬信號電平梯度小于放大器的最小靈敏度，那么，它的結果顯然是用了普通人不易識破的障眼法----軟件擬合。不要輕易給騙過(guò)去了。

　　模擬電路，我想并不是因為脈沖的存在就說(shuō)它是數字電路。如同樓上各位講的開(kāi)關(guān)電源、脈沖寬度調整等等。數字電路必須賦予它數字意義，不然，談不上數字電路。脫離數字意義談數字電路，似乎沒(méi)有什么價(jià)值。數字電路的本質(zhì)是模擬電路的脈沖電路，當脈沖賦予數字意義時(shí)，才稱(chēng)為數字電路。

　　講到數字電路，必然涉及邏輯判斷的問(wèn)題。涉及判斷問(wèn)題自然涉及模擬電路。這下，邏輯電路算不算數字電路呢?還是一言難盡。我通常認為，數字電路是簡(jiǎn)化了的模擬電路，數字電路必須溶入到模擬電路中才能正常工作，數字電路只需關(guān)心邏輯標準，不必關(guān)心傳統意義上的連續不連續的問(wèn)題。而判斷一個(gè)電平是否革命既定的邏輯標準，必須由模擬電路來(lái)實(shí)現，亦即判斷一個(gè)信號是不是符合數字邏輯的標準，完全是模擬上的問(wèn)題。這就更加證明了，數字電路只是對于信號的意義而言，決不是對于信號的波形而言。因此，一切所謂的數字電路事實(shí)上就是模擬電路。換言之，數字電路的說(shuō)法并非是講電路實(shí)質(zhì)而是講電路中信號的意義，它的正確說(shuō)法應當是模擬電路的數字意義。

　　關(guān)于觀(guān)點(diǎn)的統一

　　“模擬電路”的叫法，據網(wǎng)上的搜索，是出于電路用電量對物理量的模擬。

　　但是當把這種性質(zhì)的電路與數字應用電路進(jìn)行對比，并因此將電路從硬件上分為模擬和數字兩類(lèi)時(shí)，探討模擬與數字更深層性質(zhì)的區別就是不可避免的了，模擬的含義也因此將覆蓋更廣泛的電路而脫離原始電路的局限。

　　目前看來(lái)，不統一在于基于現有硬件分類(lèi)的解釋和基于硬件不可分類(lèi)的解釋。而后者是更接近底層性質(zhì)的表達。要統一，就需要聚焦在最基本的性質(zhì)上，現有的硬件分類(lèi)就不一定合適了。

　　蘿卜白菜各有所愛(ài)，認可哪種分類(lèi)并不要緊，只要能分辨出各種區別就可以了。