¿Qué ventajas tiene el procesamiento de señales analógicas sobre las digitales? ¿El procesamiento analógico permite agregar capas de complejidad?

Answer 1

Aquí hay uno:
Analog no agrega error de cuantización y ruido de cuantización.
Cuando convierte una señal de analógico a digital, está agregando este ruido. Puede reducirlo obteniendo un ADC de mayor resolución, pero eso es más costoso y / o más lento. O, en el caso de una aplicación reciente en la que estuve involucrado, significa tener que lidiar con las regulaciones ITAR.

El ruido es una medida crítica para el rendimiento. Nada puede compensar el alto ruido en un amplificador frontal: no hay forma de deshacerse de él después de la primera etapa, por lo que si le importa el ruido, tendrá que usar un frontal analógico.

Por supuesto, lo analógico aún le da ruido térmico y de disparo, pero aún puede obtener una mejor SNR con mayor ganancia.

Otro es que el análogo nunca te dará alias .
Siempre que tome algo en el dominio digital, debe ser muestreado, y si su señal entrante contiene frecuencias de más de la mitad de su frecuencia de muestreo, obtendrá un alias, es decir, algunas de sus frecuencias de entrada aparecerán en su sistema pretendiendo ser de menor frecuencia.

Entonces, antes de poner su señal en el dominio digital, deberá usar un filtro analógico para cortar cualquier frecuencia superior a la mitad de la frecuencia de muestreo.

Puede evitar eso tomando muestras más rápidas, pero nuevamente se encuentra con el gasto de un ADC más rápido (que generalmente es aceptable), además tiene el gasto en su circuito digital de tener que mantener más memoria. Y, por supuesto, aún tendrá que tener un filtro analógico frontal, simplemente no tiene que ser tan nítido.

Por último, si quieres hacer RF, tienes que hacer analógico hasta que tengas lista la información para que la parte digital la procese .
Computadora: funciona a 3 GHz. O más probablemente, una frecuencia mucho más baja.
Señal de RF entrante: 2 GHz. (O sistemas más nuevos, 5 GHz).
Debe poder extraer información de la señal entrante. O necesita poder muestrear a 4 GHz con suficiente resolución para seleccionar su señal (por ejemplo, digamos 8 bits * 4 GS / s = 32 GHz de reloj), o debe poder hacer algo para extraer la información antes de entregárselo a la computadora.
Resulta que la información está codificada en la frecuencia portadora de 2 GHz, pero solo hay una cantidad relativamente pequeña de información (por ejemplo, 100 MHz). Si puede empujar la información a una frecuencia que la computadora puede manejar, entonces ahí la tiene.
Solo uno de los muchos circuitos analógicos posibles que pueden hacer esto:
Circuito de Radio Electronics

Es una batidora. La teoría básica es que multiplique la señal de entrada por una señal de oscilador local, y obtendrá dos señales de salida, una que es la frecuencia de entrada más la frecuencia del oscilador local, y la otra que es la frecuencia de entrada menos la frecuencia del oscilador local .

* Poof * está su señal descrita en una frecuencia más baja, que su computadora ahora puede manejar adecuadamente.

Alternativamente, la información podría codificarse en fase o frecuencia, ambas analógicas están fácilmente equipadas para extraer información antes del procesamiento digital.

Answer 2

Gran ejemplo de las trampas del procesamiento de señales digitales en la respuesta de Jacob VanWagoner.

Lo que mencionó, y que me gustaría enfatizar, es que ni el error de cuantificación ni el alias son fallas necesariamente fatales en un sistema DSP diseñado adecuadamente . De hecho, hay otras características de DSP que lo hacen tan atractivo que reemplaza completamente a ASP para muchas aplicaciones. (Dennis Ferguson mencionó varios de estos).

La modulación de alta frecuencia de pulso de densidad de pulso es una técnica alucinante y contraintuitiva que se puede utilizar para recuperar una señal analógica casi a la perfección, a pesar de que la versión digital de la señal parece una gran distorsión del original analógico.

Hice esta ilustración de PDM para Wikipedia (también hice la ilustración de alias en la respuesta de Jacob VanWagoner):

Como puede ver, la representación PDM de la onda sinusoidal tiene un error de cuantificación enorme : es esencialmente irreconocible como una onda sinusoidal.

A pesar de esto, es muy fácil reproducir la onda sinusoidal analógica original casi a la perfección desde la versión PDM, suponiendo que se cumplan los criterios de muestreo habituales de Nyquist. Un circuito de filtro de paso bajo, que puede ser tan simple como una resistencia y un condensador con RC = 2 * pi / Fmax , hará el truco: aplique la muestra de PDM en Vin y obtendrá la onda sinusoidal analógica original. en Vout :

Answer 3

Depende de lo que intente lograr, pero en general:

El procesamiento analógico es lo más rápido y puro posible (al menos hasta donde hemos podido llegar sin pasar la velocidad de la luz). El resultado está directamente relacionado con las actividades a nivel atómico. Esto es hermoso pero también, inherente a las imperfecciones de fabricación, las propiedades físicas de los materiales y el impacto general de vivir en un mundo rodeado de campos electromagnéticos, algo imperfecto incluso con componentes con tolerancias muy bajas. En muchas aplicaciones musicales, esto es, en la mayoría de los casos, deseable y una característica que hace que procesadores particulares, etc., sean extremadamente buscados.

El procesamiento digital es una representación de una señal. La precisión de esa representación se basa en muchas variables, incluida la velocidad a la que se muestrea una señal analógica, la resolución, la velocidad y las capacidades del procesador, etc. Esos factores introducen un modelo algo impreciso de la señal de entrada en comparación con la versión analógica. . Pero como ingeniero, tiene más control de lo que sucede a continuación y del resultado resultante. También hace que la duplicación de pruebas o dispositivos sea un poco más consistente. Que eso sea bueno o no depende del objetivo del diseñador.

Answer 4

En primer lugar, el procesamiento de señales analógicas no es perfecto. Curiosamente, esto a veces es algo bueno. Por ejemplo, un complemento Hammond B3 VST es un ideal platónico de un B3. Un B3 real, real y analógico tiene pequeñas imperfecciones que lo hacen, de alguna manera, mejor que perfecto. No somos animales digitales, y hay una cierta belleza en las sutiles imperfecciones de un circuito analógico. Tampoco son iguales: aunque puede obtener resistencias de hasta 0.1% de tolerancia, no puede encontrar resistencias y condensadores e incluso transistores y tubos que sean realmente idénticos. Cada uno tiene un poquito de carácter que es el resultado de las pequeñas desviaciones en esa construcción en particular. Además, hay algunos comportamientos que han demostrado ser muy difíciles de modelar realmente con precisión en el procesamiento de señales digitales: la saturación del tubo combinada con transformadores de salida combinados con un altavoz mecánico que está estresado por una señal que fluye a través de ella a menudo se considera una de esas cosas, Es por eso que tantos guitarristas todavía usan amplificadores de tubo a pesar de que son grandes, pesados, calientes y requieren cuidados y alimentación regulares.

Además, el procesamiento de señales analógicas puede ser mucho más simple que un DSP y, a veces, puede usar mucha menos energía. Otras ventajas incluyen generalmente ser a prueba de choques y, a veces, ser más fáciles de reconfigurar y depurar.

Answer 5

En dos palabras, velocidad y poder .

Puede hacer que DSP sea tan preciso como el procesamiento de señal analógica (si todo falla, tomando promedios largos), pero nunca puede hacerlos en ningún lugar tan rápido como analógico. Otros factores relacionados con el procesamiento están a favor de DSP de todos modos.

Ahora, ¿por qué no puedes hacerlos más rápidos? Bueno, eso es porque para eso necesitas hacer A2D y D2A para cualquier DSP. Estos dos retrasos de bloque es algo que nunca podrá eliminar. Agregue a eso el retraso de procesamiento que es en términos de ciclos de reloj. Incluso si tiene DSP asíncrono, nunca podrá eliminar los retrasos de la puerta.

Ahora, ¿qué puedes hacer en analógico? bueno, es un sistema de tiempo continuo. La velocidad más alta que puede lograr es, por supuesto, fT de un transistor si diseña con un solo transistor. Esto es muy importante si necesita tener la respuesta más rápida posible a una entrada, como decir que quiere detectar un fotón para medir la velocidad de la luz o decir que desea detectar el cambio en el voltaje de la fuente de alimentación. En cualquier aplicación que necesite una respuesta más rápida, solo se puede procesar en analógico.

La segunda razón es el poder. Como mencioné anteriormente, el poder de ADC y DAC no se puede eliminar. Además, si desea la velocidad más alta a la potencia más baja, entonces su respuesta es analógica. En el caso de una mayor velocidad digital significa mayor frecuencia y mayor frecuencia significa mayor potencia. Incluso en el caso de un esquema asíncrono y totalmente paralelo, las puertas del circuito digital en sí mismo consumirán más energía.

Answer 6

Mira aquí:
Separar a los hombres de los niños (conceptos básicos de los filtros electrónicos)

Los filtros pueden funcionar en 2 dominios descritos aquí, el dominio analógico o el digital. Ambas implementaciones pueden realizar funciones similares. Sin embargo, actúan sobre diferentes entradas. También tienen algunas compensaciones con respecto a la complejidad y eficacia del diseño entre sí.

El procesamiento analógico suele ser más rápido. El filtro digital puede provocar aliasing.