Tín hiệu Analog là gì ? Phân biệt tín hiệu analog với digital | ADC vs DAC

Tín hiệu analog là gì ? Tín hiệu tương tự là gì ? Sự khác nhau giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số ? Tín hiệu analog tương tự là gì ? Tin hieu analog la gi ? Ứng dụng của tín hiệu tương tự analog trên thực tế ? Analog là gì ? Cách chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số – DAC vs ADC.

Từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường; chắc hẳn các bạn đã được học thế nào là một dạng tín hiệu ? Thế nào là một tín hiệu có ích và vô ích. Đối với các bạn học điện tử, viễn thông thì sẽ được học cách xử lý tín hiệu, chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Vậy tín hiệu analog là gì ? Trong bài viết này, tôi sẽ chia sẻ những hiểu biết của mình về tín hiệu, tín hiệu analog, tín hiệu digital, ứng dụng của tín hiệu analog trên thực tế….

Trước tiên, chúng ta hãy bắt đầu từ kiến thức cơ bản trước nhé. Tín hiệu là gì ? Tín hiệu là một đại lượng vật lý có chứa thông tin hay dữ liệu mà có thể truyền đi xa và tách thông tin ra được. Nói một cách dễ hiểu hơn thì tín hiệu là một hiện tượng, sự vật tác động vào giác quan con người, làm cho con người nhận thức được một vấn đề nào đó.

Ví dụ: khi chúng ta nghe một tín hiệu tiếng nói, chúng ta nhận thức được ý nghĩa của tín hiệu tiếng nói đó.

Sau khi hiểu được tín hiệu là gì ? thì trong phần này chúng ta tiếp tục đến phần quan trọng của bài viết này là trả lời câu hỏi: tín hiệu ananlog là gì ?

Tín hiệu analog hay còn gọi là tín hiệu tương tự. Chúng ta còn gọi tín hiệu analog là dạng tín hiệu liên tục với đồ thị biểu diễn là hàm sin, cos. Nói tóm lại một cách dễ hiểu thì tín hiệu analog là tín hiệu tương tự về bản chất nhưng khác nhau về cường độ tín hiệu và được biểu diễn bằng hàm sin, cos.

Về mặt lý thuyết, tín hiệu sẽ giữ nguyên hình dạng biểu đồ tới vô hạn nhưng trên thực tế tín hiệu analog khi truyền đi xa sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiễu và làm méo dạng tín hiệu. Do đó để phân tích thì thường chúng ta sẽ giới hạn tín hiệu analog trong một đơn vị thời gian (t) nhất định.

Một số tín hiệu analog điển hình mà chúng ta bắt gặp hàng ngày là: âm thanh; nhiệt độ, cường độ ánh sáng… Các tín hiệu này đều truyền trong môi trường không khí và biên độ sẽ thay đổi liên tục theo thời gian.

Sau khi đã hiểu được tín hiệu analog là gì ? thì chúng ta cùng phân tích và so sánh nó với tín hiệu digital nhé. Nếu xét về độ tương phản của tín hiệu thì analog và digital là hai dạng phổ biến nhất. Tín hiệu digital hay còn gọi là tín hiệu số. Bản chất của tín hiệu số là rời rạc còn tín hiệu tương tự là liên tục. Có nghĩa là trạng thái của tín hiệu số chỉ được biểu diễn bằng mã nhị phân (0, 1). Tín hiệu analog là gì ?

Như hình trên, chúng ta có thể thấy sự khác nhau này. Với ưu điểm là tỷ lệ nhiễu thấp, dễ truyền đi xa nên tín hiệu digital ngày nay được sử dụng nhiều hơn so với analog. Một ví dụ điển hình là truyền hình tương tự ngày nay đã dần được thay thế bằng truyền hình kỹ thuật số, vệ tinh…

Đối với các ứng dụng trong công nghiệp thì tín hiệu analog dạng 4-20mA được sử dụng rất nhiều. Còn tín hiệu digital là dạng Modbus RS-485 cũng không thể thiếu trong nhà máy. Mỗi loại tín hiệu sẽ có ưu nhược điểm riêng và phù hợp cho từng ứng dụng nhất định. Giả sử tín hiệu analog 4-20mA thường được sử dụng để điều khiển. Còn tín hiệu RS-485 thường được sử dụng để giám sát, theo dõi nhiều thiết bị.

3. Cách chuyển tín hiệu Analog sang tín hiệu Digital – ADC Converter

Các bạn có bao giờ tự hỏi rằng giữa Analog và Digital có mối liên hệ với nhau như thế nào không ? Mặc dù chúng ta hiểu rằng hai loại tín hiệu này hoàn toàn khác nhau. Một loại là liên tục còn một loại là rời rạc. Nhưng khi biểu diễn bằng đồ thị thì chúng ta thấy chúng sẽ có điểm tương đồng. Trên thực tế nếu như các bạn nào học chuyên ngành điện, công nghệ thông tin, viễn thông thì đã từng học qua môn Xử lý tín hiệu số. Trong đó có nêu rất rõ các phương pháp để chuyển đổi tín hiệu Analog sang Digital. Các bước thực hiện như sau:

• Bước 1: Lấy mẫu (Sampling)

• Bước 2: Lượng tử hóa (Quantization)

• Bước 3: Mã hóa (Encoding)

• Bước 4: Nén (Compression)

Cụ thể mỗi bước sẽ thực hiện một nhiệm vụ riêng và kết quả sau cùng là thu được tín hiệu Digital từ tín hiệu Analog bất kỳ. Có thể diễn giải một cách ngắn gọn như sau:

Tín hiệu tương tự sẽ được lấy mẫu bằng cách chia nhỏ thành nhiều phần bằng nhau với chu kỳ không đổi. Sau đó các mẫu sẽ được gán với một mức điện áp tương ứng. Tiếp theo đó sẽ thực hiện việc mã hóa bằng cách sử dụng các bit nhị phân đại diện cho từng mẫu. Sau cùng tín hiệu sẽ được nén để truyền đi xa hơn.

Hiện nay trên thị trường đã có các bộ ADC – Analog to Digital Converter. Đây là thiết bị chuyên dụng để đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Các bộ ADC hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong hệ thống âm thanh, ánh sáng. Các bạn có thể mua thiết bị này về để nghiên cứu hoặc sử dụng các phần mềm mô phỏng để tìm hiểu kỹ hơn.

4. Chuyển đổi từ tín hiệu Digital sang Analog – DAC Converter

Trái ngược với phương pháp chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số chính là phương pháp chuyển tín hiệu số (Digital) sang tín hiệu tương tự (Analog). Quá trình này có các bước thực hiện cơ bản như sau:

• Bước 1: Giải nén (Decompression)

• Bước 2: Giải mã (Decoding)

• Bước 3: Phục hồi lại tín hiệu analog (Reconstructing the Analog Signal)

Nếu chúng ta đối chiếu lại với các bước chuyển từ analog sang digital thì thao tác chuyển từ digital sang analog chính là quá trình thực hiện ngược lại. Ngày nay bên cạnh ADC Converter thì cũng có DAC Converter – Digital to Analog Converter để chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự. Bộ DAC được sử dụng phổ biến nhất trong việc xử lý âm thanh như giúp chúng ta nghe nhạc với nhiều kiểu kết nối như Bluetooth, USB, Wifi… 

Các ví dụ cụ thể để các bạn hiểu rõ hơn về hai quá trình ADC và DAC như sau:

• Khi bạn hát Karaoke (tín hiệu analog) vào micro đưa vào các bộ lọc (ADC) và sau đó đưa vào Amplifier (DAC) và phát ra loa (tín hiệu analog).

• Khi thu âm và lưu file vào đĩa CD thì đó chính là quá trình ADC. Ngược lại khi phát âm thanh từ CD, USB ra loa thì đó là quá trình DAC.

• Gọi điện thoại thì tín hiệu tiếng nói (analog) sẽ được chuyển thành digital để truyền qua các trạm BTS, eNodeB… Khi đến thuê bao nhận cuộc gọi thì tín hiệu digital sẽ được chuyển ngược lại thành giọng nói (analog).

5. Ứng dụng của tín hiệu Analog trong công nghiệp

Hiện nay, hầu hết các hệ thống máy móc trong công nghiệp tự đồng đều có sử dụng tín hiệu Analog. Lý do là vì để thuận tiện hơn trong quá trình điều khiển. Như trình bày ở trên, các tín hiệu như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất đều là tín hiệu analog. Nên bắt buộc phải sử dụng thiết bị analog để đo và biểu diễn chúng. Tín hiệu analog là gì ?

Trong nhà máy, khu công nghiệp sử dụng rất nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, pH…. Do đó, các thiết bị chuyển đổi tín hiệu analog sẽ sử dụng tín hiệu điện 4-20mA; hoặc 0-10V để biểu diễn sự thay đổi của các tín hiệu đó. Do đó, hiện tại có hai dạng tín hiệu analog chuẩn trong công nghiệp là: dòng điện 4-20mA; 0-20mA và điện áp 0-10V, 0-5V…. 

Tóm lại, tín hiệu analog trong công nghiệp được sử dụng rất phổ biến. Trong các lĩnh vực khác thì analog đã dần dần được thay thế bởi digital. Nên tùy vào lĩnh vực các bạn nghiên cứu để tiếp tục tìm hiểu sâu hơn. Hy vọng với những chia sẻ cơ bản về tin hieu analog la gi ? sẽ phần nào giúp ích được cho các bạn. Mọi thắc mắc các bạn có thể liên hệ:

Hotline: 0868 31 39 86 (Mr. Dương)

Website: thietbigiare.net

Bài viết hay khác:

MPa là gì ?

Giao thức Modbus là gì ?

Bộ chuyển đổi pt100 ra 4-20ma giá rẻ

5/5 – (27 bình chọn)