ความแตกต่างของ Analog กับ Digital
Analog กับ Digital อะไรดีกว่ากัน
เราอยู่ในโลก analog รูปแบบทั่วไปในบรรดาสัญญาณอะนาล็อกเหล่านี้คือความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุด ทั้งโทนเสียงที่เราได้ยิน ทั้งโทนสีที่ตาเรามองเห็น
อุปกรณ์ในโลกของเราสามารถที่จะอยู่ในรูปแบบของ analog หรือ digital ก็ได้ เช่นนาฬิกา, มัลติมิเตอร์, จอยสติ๊ก(ภาพจากซ้ายไปขวา) และทั้งหมดนั้นสามารถเป็นได้ทั้ง analog(บน) และ digital(ล่าง)
การทำงานอิเล็กทรอนิกส์หมายถึงการทำงานกับทั้งสัญญาณ analog และสัญญาณ digital ทั้งรับข้อมูลและส่งข้อมูล ซึ่งงานอิเล็กทรอนิกส์จะต้องมีการโต้ตอบกับโลกความจริงแบบ analog ในบางด้าน แต่ว่าอุปกรณ์ microprocessors, คอมพิวเตอร์ และ หน่วยตรรกะ จะเป็นแบบ digital ล้วน ๆ
เพราะแบบนี้จึงทำให้เราต้องเรียนรู้เกี่ยวกับสัญญาณทั้ง 2 แบบ ถ้าให้เปรียบสัญญาณ 2 แบบนี้ก็คงเป็นภาษาที่แตกต่างกัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์บางอย่างสามารถสื่อสารกับทั้ง 2 ภาษานี้ได้ แต่อุปกรณ์บางอย่างก็สามารถเข้าใจและรับได้เพียงแค่อย่างเดียว
ในบทความนี้เราก็จะพูดถึงทั้งสัญญาณ analog และ digital รวมถึงตัวอย่างที่เข้าใจง่ายอีกเล็กน้อย เพื่อให้มองภาพการใช้งานของสัญญาณทั้งสองได้
สัญญาณคืออะไร ?
ก่อนที่เราจะเข้าไปเรียนรู้สัญญาณ analog หรือสัญญาณ digital อย่างแรกที่เราควรรู้ก่อนคือ สัญญาณคืออะไร ? สัญญาณในทางอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ(ไม่ใช่แบบสัญญาณจราจรนะ) ที่เราพูดถึงคือ “ปริมาณ” ที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าปริมาณที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาโดยปกติจะเป็นแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อพวกเราพูดถึงสัญญาณก็เพียงคิดว่ามันเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
สัญญาณจะถูกส่งระหว่างอุปกรณ์เพื่อสื่อสารกัน อาจจะเป็นภาพ เสียง วีดีโอ หรือข้อมูลที่ถูกเข้ารหัส โดยปกติแล้วสัญญาณมักถูกส่งผ่านสาย แต่ก็สามารถส่งผ่านคลื่นความถี่วิทยุ(RF) ได้ อย่างสัญญาณเสียงก็อาจถูกถ่ายโอนระหว่างการ์ดเสียงและลำโพงของคอมพิวเตอร์ ในขณะที่สัญญาณข้อมูลอาจถูกส่งผ่านอากาศระหว่างโทรศัพท์และเราเตอร์ wifi
สัญญาณ Analog
ทุกปรากฏการณ์ในโลกธรรมชาติเป็น analog แล้ว analog หมายความว่าอย่างไร ? เราต้องไปดูที่คำจำกัดความของ analog
… ปริมาณทางกายภาพอย่างต่อเนื่องของตัวแปร …
แล้ว “ปริมาณทางกายภาพ” คืออะไร ? ปริมาณทางกายภาพเป็นได้ทุกอย่าง ทั้งอุณภูมิของร่างกาย, ความดันในล้อรถ, ระดับน้ำในทะเลสาบ, แรงดันไฟฟ้าภายในวงจรไฟฟ้า, ความเร็วของเครื่องบิน ฯลฯ
และเนื่องจากสัญญาณมีความแตกต่างกันไปตามช่วงเวลา ซึ่งเป็นประโยชน์ในการวาดกราฟ เราจะวางเวลาไว้ในแนวแกนนอนแกน x และค่าแรงดันไฟฟ้าในแนวแกนตั้งแกน y การดูกราฟของสัญญาณมักเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการระบุว่าเป็นสัญญาณประเภทใด
เพื่อให้เข้าใจคำว่า “อย่างต่อเนื่องของตัวแปร” ให้เราพิจารณาภาพที่ 2 ที่แสดงกราฟของค่าแรงดันไฟฟ้าเทียบกับเวลา กราฟเวลากับแรงดันของสัญญาณ analog ควรจะราบรื่นและต่อเนื่อง
แม้ว่าสัญญาณเหล่านี้อาจถูกจำกัดไว้ แต่ก็ยังคงมีค่าที่เป็นไปได้ไม่มีขีดจำกัดภายในช่วงนั้น เช่นแรงดันไฟฟ้าถูกจำกัดไว้ที่ -5 v ถึง +5 v แต่เมื่อเราเพิ่มความละเอียดเราจะพบค่าได้อย่างไม่มีสิ้นสุดที่เป็นไปได้(เช่น 3.4 v, 4.24 v, 4.674 v และไม่มีที่สิ้นสุด)
สัญญาณ Digital
เคยได้ยินมาก่อนไหมว่าคอมพิวเตอร์มีทั้ง 1, 0 ทั้ง yes, no ทั้ง on, off ทั้ง low, high เป็นต้น สิ่งเหล่านี้เป็นจริงสำหรับคอมพิวเตอร์แบบ digital และหน่วยพื้นฐานของข้อมูลจัดเก็บในแบบ digital จัดเก็บว่า 1 หรือ 0 เรียกข้อมูลนี้ว่า bit ข้อมูลต่าง ๆ ในคอมพิวเตอร์ที่เราเห็นจะแสดงออกมาโดยใช้ bit อย่างน้อย 1 bit ในการแสดง
ถ้าเราใช้แค่ 1 bit เราก็จะแสดงค่าได้ไม่มาก คือได้แค่ 2 ค่าเท่านั้น ในที่นี้เราอาจจะยังไม่เห็นภาพ
ทีนี้ถ้าเราลองเพิ่มเป็น 2 bit ดูบ้าง จะเห็นว่าเราได้ค่าที่แตกต่างกันทั้งหมด 4 ค่า ซึ่งค่าที่แตกต่างนี้เราก็สามารถให้มันแทนตัวเลขได้ตั้งแต่ 0–3 เลยทีเดียว
ยิ่งเราเพิ่มจำนวน bit เข้าไปเท่าไหร่ เราก็จะใช้แสดงค่าได้มากขึ้นเท่านั้น การเพิ่มจำนวน bit จะเพิ่มจำนวนของปริมาณข้อมูลเข้าไปอีกเท่าตัวหนึ่ง ทำให้รูปแบบที่เพิ่มขึ้นไม่ใช่เชิงเส้น ดังรูปที่ 5
สัญญาณ digital จะมีจำนวนค่าที่เป็นไปได้จำกัด จำนวนที่เป็นได้อาจเป็นจำนวนมากแต่ไม่ใช่อนันต์เหมือนอย่างสัญญาณ analog โดยทั่วไปแล้วสัญญาณจะถูกแทนด้วยแรงดันไฟฟ้า 0 v และ 5 v หากว่าเราสร้างกราฟแรงดันเทียบกับเวลาจะได้กราฟที่มีลักษณะเหมือนคลื่นสี่เหลี่ยม
สัญญาณ Analog สู่สัญญาณ Digital
ในเมื่อเป็นแบบนี้เราจะทำยังไงให้เราสามารถบันทึกค่า analog ที่ดีเหล่านี้ ลงไปในเครื่องคอมพิวเตอร์ของเราได้ ? เพียงแค่เราใช้ตัวแปลง analog เป็น digital (ADC)
เพื่อให้เห็นภาพได้อย่างชัดเจน ให้เราพิจารณารูปที่ 7 ข้างล่างนี้ ซึ่งเป็นค่าของสัญญาณ analog จากค่า MIN ถึง MAX
ADC จะตัดและแบ่งแยกสัญญาณ digital ออก โดยที่ ADC แต่ละตัวจะมีความละเอียดไม่เท่ากัน เรามาลองดูกันว่า ADC ที่ความละเอียดต่างกันให้ผลลัพธ์แบบใดกับเรา
ถ้าเราใช้ 1 bit ADC ก็จะได้ภาพที่เป็นแค่ขาวและดำเท่านั้น
ถ้าเราลองเพิ่มเข้าไปอีก 1 bit ก็จะเห็นได้ว่าเริ่มมีสีโทนอื่นเพิ่มเข้ามาเพราะสามารถแบ่งระดับของสีได้มากขึ้น
และถ้าเราลองเพิ่มเข้าไปอีก จะพบว่า 3 bit ADC สามารถที่จะแยกระดับได้มากขึ้นไปอีกเท่าตัว ทำให้เราเห็นถึงสีที่หลายหลายมากขึ้น
ทั้งหมดที่เราได้เรียนรู้ไปนั้น ก็คงทำให้ได้รู้ว่าการที่มีจำนวน bit ที่มากขึ้นจะทำให้ได้รับความละเอียดที่มากขึ้น ยิ่งจำนวน bit มากเท่าไหร่ก็ยิ่งทำให้สัญญาณ analog ที่รับมาสมบูรณ์เท่านั้น
ถ้าเราใช้ ADC 3 bit มาแปลงสัญญาณจากภาพที่ 2 เราก็จะได้สัญญาณ analog (สีส้ม) ที่กลายเป็นสัญญาณ digital (สีดำ) ตามรูปแบบข้างล่าง
นั่นคือความแตกต่างระหว่างสัญญาณ analog และสัญญาณ digital คลื่นสัญญาณของ analog จะเป็นไปอย่างราบรื่นและต่อเนื่อง แต่คลื่นของ digital จะมีการก้าวกระโดดและไม่ต่อเนื่อง
อ่านต่อ : pwm คืออะไร ?
