淺談模擬電路與數(shù)字電路

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

　　其實(shí)這個(gè)問題，先前已經(jīng)討論過多次了。網(wǎng)友各抒己見，有說所有電路都是模擬電路，數(shù)字電路只是模擬電路的一部分的;有說模擬電路和數(shù)字電路各成系統(tǒng)，井水不犯河水的;有說線性的就是模擬電路，非線性的就是數(shù)字電路的……不一而足。

　　昨天忽然想到這個(gè)問題，便一直想下去，卻總也想不出個(gè)結(jié)果?，F(xiàn)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。

　　說到電，人類最早研究的是靜電。靜電因?yàn)椴荒墚a(chǎn)生持續(xù)的電流，一般不認(rèn)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(xù)的電流了，才有了電路。

　　最早的幾個(gè)著名電路是：

　　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(xiàn)通有電流的導(dǎo)線可以使磁針偏轉(zhuǎn)。

　　1826年歐姆通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出后人所稱的歐姆定律。

　　1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。

　　現(xiàn)在的問題是：這些著名的電路，例如歐姆做實(shí)驗(yàn)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(yàn)中的電動(dòng)勢(shì)電流等都是可以連續(xù)變化的，當(dāng)然這是模擬電路。

　　此論言之有理。

　　選擇了“是”，那么沒有一個(gè)電路不是模擬電路，包括數(shù)字電路在內(nèi)。選擇“是”的人認(rèn)為數(shù)字電路只是模擬電路的一部分，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言說，數(shù)字電路是模擬電路的一個(gè)真子集。

　　不過，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(shù)字是對(duì)信號(hào)而言的。處理模擬信號(hào)的電路就是模擬電路，處理數(shù)字信號(hào)的電路就是數(shù)字電路，不處理信號(hào)的電路那就既不是模擬電路也不是數(shù)字電路。

　　此論也言之有理。

　　不過，這樣一來(lái)，“模擬是數(shù)字的基礎(chǔ)”就不成立了。世界上第一個(gè)處理信號(hào)的電路是1837年莫理斯發(fā)明的電報(bào)——有線電報(bào)。眾所周知，電報(bào)是由導(dǎo)線中電流“有”和“無(wú)”來(lái)傳輸信號(hào)的，所以電報(bào)毫無(wú)疑問是數(shù)字電路。數(shù)字電路的發(fā)明比第一個(gè)模擬電路——貝爾于1876年發(fā)明的電話早了差不多40年。

　　忽然又想到，電報(bào)不僅是數(shù)字電路，而且電報(bào)是串行傳輸信號(hào)的——只有一條線，電報(bào)還是異步的——沒有同步信號(hào)，所以電報(bào)還是第一個(gè)異步串行口。千萬(wàn)別以為有了計(jì)算機(jī)之后才有異步串行口，早在計(jì)算機(jī)之前，甚至愛迪生發(fā)明電燈之前，甚至西門子發(fā)明發(fā)電機(jī)之前，就有了同步串行口了。

　　有沒有既是模擬又是數(shù)字的信號(hào)?我們都知道，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過電話線傳遞信息，需要用調(diào)制解調(diào)器。發(fā)送的一方用調(diào)制器，接收的一方用解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器在電話線上傳送的信號(hào)，用示波器看，雖然有些歪歪扭扭，大體上看著和正弦波差不太多(調(diào)相)，這應(yīng)該說是模擬信號(hào)?？墒?，它是離散取值的，就是說，是數(shù)字信號(hào)。倒底是什么，我也拿不準(zhǔn)。

　　看來(lái)，模擬與數(shù)字的關(guān)系，還得繼續(xù)討論下去。

　　其實(shí)，模擬這個(gè)詞怎么來(lái)的并不要緊，

　　區(qū)別是存在的，它僅是個(gè)稱呼而已。

　　我沒看過最近的討論，估計(jì)內(nèi)容已經(jīng)綜合在maychang的帖子中了。

　　這里討論的模擬與數(shù)字的關(guān)系問題涉及了三個(gè)內(nèi)容：

　　A。硬件電路的自然屬性

　　B。模擬電路的分類及屬性

　　C。數(shù)字電路的分類及屬性

　　對(duì)于A，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(guī)律的。當(dāng)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(duì)外界的變化產(chǎn)生反應(yīng)。無(wú)論是歐姆原理的實(shí)驗(yàn)電路還是集成電路，也無(wú)論產(chǎn)生的結(jié)果是線性的還是非線性的、連續(xù)的還是脈沖的、周期的還是非周期的，等等，它們的反應(yīng)靠的是硬件電路的自然屬性，不管人們主觀上將它們歸于哪類。變化的連續(xù)性是它們的共性，也是自然界物理量的共性。

　　與客觀的自然屬性相對(duì)照的是主觀的分類。C是主觀分類的結(jié)果，B是C的對(duì)照物，也是主觀分類的結(jié)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。

　　在主觀分類上，以脈沖電路為例，不少人把它劃入數(shù)字電路，因?yàn)閿?shù)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(shù)個(gè)有一定指標(biāo)要求的脈沖，比如指標(biāo)有脈沖寬度、高度、沿的上升速率、下降速率、過沖，等等，對(duì)這些電量的控制，你是考慮它的電特性還是比如0、1的數(shù)字特性?顯然，這些量和控制手段跟數(shù)字內(nèi)容是沾不上邊的。脈沖電路可以是模擬的。

　　當(dāng)脈沖屬于數(shù)字量時(shí)，需要人為地對(duì)其賦予某些含義，比如“有”或“無(wú)”，“0”或“1”等。對(duì)這類電路類別的劃分，我還是持以前的觀點(diǎn)：當(dāng)你關(guān)注數(shù)字量時(shí)，該電路為數(shù)字電路;當(dāng)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(hào)的完整性、消除阻尼振蕩、信號(hào)的延時(shí)、干擾，等等。

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

　　在當(dāng)今復(fù)雜的調(diào)制、解調(diào)技術(shù)和電路中，輸入、輸出可以各是、或者同是數(shù)字量，中間處理過程中量的性質(zhì)是難以用波形來(lái)區(qū)分的，僅用輸入、輸出是否為數(shù)字量來(lái)區(qū)分這些電路是否屬于數(shù)字電路會(huì)是行不通的。由此有“混合信號(hào)、混合電路”一說。“混合”是對(duì)上述純數(shù)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(nèi)容排除在外，模擬與數(shù)字討論的結(jié)果可能會(huì)清晰一些。

　　不一定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男〗Y(jié)：

　　A是不依賴于主觀(B、C)的客觀存在;B和C是建立在A上的主觀產(chǎn)物，B和C對(duì)照共存;B和A因其自然屬性而存在著天然的聯(lián)系;客體上B可以全部接納A，兩者的區(qū)別就在于各自的主、客觀屬性上。

　　事實(shí)上，典型的模擬電路并不是連續(xù)的。如反饋放大器，由于放大器本身的放大倍數(shù)有限，從而有了最小靈敏度的問題，既然有了最小靈敏度的問題，那么就說明它不是連續(xù)的?，F(xiàn)在產(chǎn)業(yè)論壇有個(gè)帖子說他的溫度測(cè)量(-2～35)℃達(dá)到±0.02 ℃的準(zhǔn)確度(精度)。這個(gè)問題還不能單單從它給的結(jié)果來(lái)說，如果所謂的±0.02 ℃對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電平梯度小于放大器的最小靈敏度，那么，它的結(jié)果顯然是用了普通人不易識(shí)破的障眼法----軟件擬合。不要輕易給騙過去了。

　　模擬電路，我想并不是因?yàn)槊}沖的存在就說它是數(shù)字電路。如同樓上各位講的開關(guān)電源、脈沖寬度調(diào)整等等。數(shù)字電路必須賦予它數(shù)字意義，不然，談不上數(shù)字電路。脫離數(shù)字意義談數(shù)字電路，似乎沒有什么價(jià)值。數(shù)字電路的本質(zhì)是模擬電路的脈沖電路，當(dāng)脈沖賦予數(shù)字意義時(shí)，才稱為數(shù)字電路。

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

　　關(guān)于觀點(diǎn)的統(tǒng)一

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

　　但是當(dāng)把這種性質(zhì)的電路與數(shù)字應(yīng)用電路進(jìn)行對(duì)比，并因此將電路從硬件上分為模擬和數(shù)字兩類時(shí)，探討模擬與數(shù)字更深層性質(zhì)的區(qū)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(tǒng)一在于基于現(xiàn)有硬件分類的解釋和基于硬件不可分類的解釋。而后者是更接近底層性質(zhì)的表達(dá)。要統(tǒng)一，就需要聚焦在最基本的性質(zhì)上，現(xiàn)有的硬件分類就不一定合適了。

　　蘿卜白菜各有所愛，認(rèn)可哪種分類并不要緊，只要能分辨出各種區(qū)別就可以了。