確定電子信號及其方法

馬存斌

摘要：線性系統(tǒng)的分析方法已形成了較為完善的體系，號的分析、檢測、提取與處理，系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程學(xué)正在成為重要的研究，應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：電子 信號 技術(shù)

在電子技術(shù)領(lǐng)域中，信號與系統(tǒng)是不可分割的整體。過去，由于器件制造和技術(shù)條件的限制，信號的形式、傳輸方式以及系統(tǒng)的規(guī)模和職能都比較簡單。隨著近代技術(shù)的飛躍發(fā)展，特別是犬規(guī)模集成電路的出現(xiàn)與數(shù)字計算仉的廣泛應(yīng)用，使信號與系統(tǒng)日益復(fù)雜，從而促進(jìn)了信號與系統(tǒng)分析的進(jìn)一步發(fā)展。

信號是可以用確定的時間函數(shù)表示的信號。按照函數(shù)值的連續(xù)性劃分，確定信號又可分為連續(xù)時間信號與離散時間信號。連續(xù)時間信號是在某個時間間隔內(nèi)，對一切時間都具有確定函數(shù)值的信號，它們在時間間隔－∞＜T＜∞內(nèi)，除個別點外都是時間的連續(xù)函數(shù)，都有確定的函數(shù)值。其中T=o是任意選取的起始時間參考點。

在實際工作中，連續(xù)時間信號是經(jīng)常遇到的信號，如正弦信號、指數(shù)信號、單位階躍信號……等，因此它是最基本的一類信號。如果信號不是在全部時間范圍內(nèi)而是僅在一些離散的瞬間具有確定的函數(shù)值，這樣的信號視為離散時間信號。如果選取的離散瞬間為等間隔的，一般常以f(KT)表示，其中k=o、±1、±2、…，T為離散間隔。除所給的離散瞬間以外，并未表明信號的數(shù)值。因此，就信號具有函數(shù)值的時間來說，它不是連續(xù)的，而是離散的。至于離散瞬間的間隔，可以是均勻的，此時T為常數(shù)，也可以是不均勻的，此時了為變數(shù)，但通常都采用均勻間隔。周期信號具有重復(fù)出現(xiàn)的規(guī)律，只要給出信號在一個周期內(nèi)的變化過程，就可知道信號在任意時刻的數(shù)值。由于周期信號是周而復(fù)始的，所以它對時間的廣義積分將等于無限大。然而，它的時間平均值卻是有限的。周期信號的時間平均值等千信號在一個周期內(nèi)積分的平均值。

雖然按照定義周期信號必須是周而復(fù)始、無始無終的信號，但是實際應(yīng)用中的所有信號都是有始有終的.因此，人們都把在相當(dāng)長時間間隔內(nèi)周面復(fù)始、具有規(guī)律變化的信號近似看做周期信號。非周期信號就是在時間上不具有重復(fù)性的信號。實際工作中經(jīng)常遇到的單個脈沖信號就是非周期信號。非周期信號沒有周期，因而也就沒有時間平均值。非周期信號與周期信號的區(qū)別在于是否具有周期和始末。非周期信號也可看作是具有無限大周期的周期信號。這種周期的量變將引起信號頻率成分的質(zhì)變，玫使周期信號的頻譜是離散型的，而非周期信號的頻譜卻是連續(xù)型的。

除去周期信號與非周期信號之外，還有一種信號介千周期信號與非周期信號之間為概周期信號。是有限個周期互相不為公倍數(shù)的周期信號之和。但是，若近似地取壙2為1.4時，可求得上述兩個周期信號的最小公倍周期為10冗；周期則相應(yīng)地可近似為200丌。這樣。信號fat)又可近似看作周期信~i::由此可知，一概周期信號沒有周期，伹卻有近似周期，其近似周近似程度而改變。

確定信號還有其他的分類方法，如模擬信號與數(shù)字信號，功率信號與能量信號、控制信號與已調(diào)信號等，這些名稱的涵義和特點，將在后續(xù)章節(jié)中討論。如上所述，確定信號都表現(xiàn)為隨時間而變化的電壓或電流，它必然具有一定的能量，同時也包含一定的信息量。另外，它還可以分解成很多不同頻率的分量，占有一定的頻帶寬度。所有這些，分別表征了確定信號的時間特性、頻率特性、能量特性與信息特乜稱為確定信號的基本特性。確定信號的時間特性主要是指信號隨時聞變化的快慢程度。信號變化的快慢程度，可以由脈沖的持續(xù)時間T以及脈沖的上升時間tr、下降時間表示出來，另外還由它的重復(fù)周GT表示出來。

確定信號的頻率特性是信號的重要特性。一般的信號都不是規(guī)則的正弦波形。但是在一定條件下，信號卻可以分解成許一一多不同頻率的正弦信號的疊加，其中每個正弦信號都具有自己的振幅和相位。按照頻率高低表示這些不同頻率正弦信號的振幅和相位大小齣圖形稱為信號的頻譜。實際工作中常將具有較小幅度的高頻分量忽略不計。這樣每個信號都具有從最低頻率分量直到需要考慮的最高頻率分量之間的頻率范圍，這個頻率范圍稱為信號的有效頻帶寬度。有效頻帶寬度口信號的時間特性與頻嗶有著密切的關(guān)系，時間特性將導(dǎo)致不同的頻率特性。

確定信號所具有的功率或能量是又一個基本特性。既然信號是隨時間而變化的電壓或電梳，那末信號通過電路時必將表現(xiàn)出一定的功率或能量。信號所具有的功率或能量同樣也是按不同頻率分布的，這稱為信號的功率頻譜和能量頻譜。它是信號頻率特性的又一反映~信號的能譜在分析非周期信號時有重要的意義，人們可以利用能譜的概念來定義非周期信號的近似持續(xù)時間和有效頻帶寬度。另外，有用信號在傳輸過程中總要受到一些無用信號的干擾，這些干擾信號稱為噪聲。噪聲干擾對有用信號的傳輸是個極大的損害，甚至將有用信號完全淹沒。為了保證信號的傳輸，并能從夾雜噪聲的信號中分辨及提取出有用信號就要求有用信號的電乎或功率電乎大干噪聲電乎或噪聲的功率電子。由此可見，信號的功率對于信號的傳輸也是非常重要的。

此外，一切信號都含有一定的信息量，這也是信號的一個基本特性。信息的傳輸是物理世界中普遍存在的客觀現(xiàn)象。人們對于外部事物的感知，大腦的思維，無線電波的傳播，計算機(jī)的運算等等都是信息傳輸?shù)倪^程口信息被包含在消息之中，是消息所給予受信者的新知識。面消息又必須借助于稱為信號的物理形態(tài)(如文字、聲音、亮點、圖象等才能表現(xiàn)出來和便于傳送。這就是信息、消息和信號三者的關(guān)系。因此，在表征消息的信號中，都包含有一定的信息。不包含信息的消息就沒有什么意義了，這就引出了信號的信息特性。信號中所含信息的多少是以信息量的大小來度量的。人們的實踐表明，消息越是出人意料，就越使人震驚；相反，一個意料之中的消息，對接受者來說將是毫無意義的。因此，信號中所含信息量的多少是與消息中出現(xiàn)信息的概率有關(guān)，也就是與信號的不肯定性刀有關(guān)的。例如一個已知振幅、相位和頻率的正弦信號，顯然其信息量是零。有關(guān)信息量的嚴(yán)格定義和量度。

如上所述，確定信號的各種基本特性不是彼此孤立的，它們之間有著密切的聯(lián)系?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 張健,吳曉冰. LVDS技術(shù)原理和設(shè)計簡介[J]電子技術(shù)應(yīng)用, 2000,(05) .

作者單位：西北民族大學(xué)榆中校區(qū)電氣工程學(xué)院 05級電子信息專業(yè)