模拟信号

模拟信号（英语：Analog Signal）是指在时域上数学形式为连续函数的信号。与模拟信号对应的是数字信号，后者采取分立的逻辑值，而前者可以获取连续值。模拟信号的概念常常在涉及电的领域中被使用，不过经典力学、水力学、空气动力学（Pneumatic）等学科有时也会使用模拟信号的概念。模拟信号利用对象的一些物理属性来表达、传递信息。例如，非液体气压表利用指针螺旋位置来表达压力信息。在电学中，电压是模拟信号最普遍的物理介质，除此之外，频率、电流和电荷也可以被用来表达模拟信号。任何的信息都可以用模拟信号来表达。这里的信号常常指物理现象中被测量对变化的响应，例如声音、光、温度、位移、压力，这些物理量可以使用传感器测量。模拟信号中，不同的时间点位置的信号值可以是连续变化的；而对于数字信号，不同时间点的信号值总是处于预先设置的离散点，因此如果物理量的真实值不能在这些默认值中被找到，那么这时数字信号就与真实值存在一定的偏差。理论上，模拟信号的分辨率趋近无穷大。不过在实际情况中，模拟信号的分辨率常常会受噪声和信号摆率（Slew Rate）的限制。因此，现实中的模拟信号和数字信号的分辨率和带宽都有一定的限制。在一些非常复杂的模拟系统中，诸如非线性问题和噪声等效应会降低模拟信号的分辨率，以至于此时它的分辨率甚至低于特定的数字信号系统。类似的，当数字系统变得复杂时，数字数据流里会产生错误。在实际的系统中，往往需要综合应用两种形式的信号，从而使系统获得最好的工作性能。模拟信号的主要优点是其精确的分辨率，在理想情况下，它具有无穷大的分辨率。与数字信号相比，模拟信号的信息密度更高。由于不存在量化误差，它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述。模拟信号的另一个优点是，当达到相同的效果，模拟信号处理比数字信号处理更简单。模拟信号的处理可以直接通过模拟电路组件（例如运算放大器等）实现，而数字信号处理往往涉及复杂的算法，甚至需要专门的数字信号处理器。模拟信号的主要缺点是它总是受到噪声（信号中不希望得到的随机变化值）的影响。信号被多次复制，或进行长距离传输之后，这些随机噪声的影响可能会变得十分显著。在电学里，使用接地屏蔽（Shield）、线路良好接触、使用同轴电缆或双绞线，可以在一定程度上缓解这些负面效应。噪声效应会使信号产生有损。有损后的模拟信号几乎不可能再次被还原，因为对所需信号的放大会同时对噪声信号进行放大。如果噪声频率与所需信号的频率差距较大，可以通过引入电子滤波器，过滤掉特定频率的噪声，但是这一方案只能尽可能地降低噪声的影响。因此，在噪声在作用下，虽然模拟信号理论上具有无穷分辨率，但并不一定比数字信号更加精确。尽管数字信号处理算法相对复杂，但是现有的数字信号处理器可以快速地完成这一项任务。另外，电脑等系统的逐渐普及，使得数字信号的传播和处理都变得更加方便。诸如照相机等设备都逐渐实现数字化，尽管它们最初必须以模拟信号的形式接收真实物理量的信息，最后都会通过模拟数字转换器转换为数字信号，以方便电脑进行处理，或通过互联网进行传输。利用信号的调变技术，可以将信号转换成所需要的不同性质的模拟信号。例如，可以对正弦载波进行调幅、调频来达到特殊的工作目的。