浅谈模拟电路与数字电路

　　最近一段时间，本坛又有几帖讨论模拟电路与数字电路的关系。

　　其实这个问题，先前已经讨论过多次了。网友各抒己见，有说所有电路都是模拟电路，数字电路只是模拟电路的一部分的;有说模拟电路和数字电路各成系统，井水不犯河水的;有说线性的就是模拟电路，非线性的就是数字电路的……不一而足。

　　昨天忽然想到这个问题，便一直想下去，却总也想不出个结果。现在将所想到的贴出来，再和各位讨论讨论。

　　首先我们讨论的是电路，油路水路气路都不在讨论范围。

　　说到电，人类最早研究的是静电。静电因为不能产生持续的电流，一般不认为那是电路。只有在伏打于1799年发明了电池之后，能够产生持续的电流了，才有了电路。

　　最早的几个著名电路是：

　　1800年尼科尔逊电解水，随后戴维于1807年用电解法还原出金属钠和金属钾，后来又得到金属钙、镁等。

　　1820年奥斯特发现通有电流的导线可以使磁针偏转。

　　1826年欧姆通过实验总结出后人所称的欧姆定律。

　　1831年法拉第发现电磁感应定律。

　　现在的问题是：这些著名的电路，例如欧姆做实验的电路，是不是模拟电路?

　　你可以选择“是”，也可以选择“否”。

　　有些人选择“是”。他们选择“是”的理由是：欧姆实验中的电动势电流等都是可以连续变化的，当然这是模拟电路。

　　此论言之有理。

　　选择了“是”，那么没有一个电路不是模拟电路，包括数字电路在内。选择“是”的人认为数字电路只是模拟电路的一部分，用数学语言说，数字电路是模拟电路的一个真子集。

　　不过，既然所有的电路都是模拟电路，又何必在电路前面加上“模拟”二字呢?

　　还有一些人选择“否”。他们选择“否”的理由是：模拟和数字是对信号而言的。处理模拟信号的电路就是模拟电路，处理数字信号的电路就是数字电路，不处理信号的电路那就既不是模拟电路也不是数字电路。

　　此论也言之有理。

　　不过，这样一来，“模拟是数字的基础”就不成立了。世界上第一个处理信号的电路是1837年莫理斯发明的电报——有线电报。众所周知，电报是由导线中电流“有”和“无”来传输信号的，所以电报毫无疑问是数字电路。数字电路的发明比第一个模拟电路——贝尔于1876年发明的电话早了差不多40年。

　　忽然又想到，电报不仅是数字电路，而且电报是串行传输信号的——只有一条线，电报还是异步的——没有同步信号，所以电报还是第一个异步串行口。千万别以为有了计算机之后才有异步串行口，早在计算机之前，甚至爱迪生发明电灯之前，甚至西门子发明发电机之前，就有了同步串行口了。

　　有没有既是模拟又是数字的信号?我们都知道，两台计算机要通过电话线传递信息，需要用调制解调器。发送的一方用调制器，接收的一方用解调器。调制解调器在电话线上传送的信号，用示波器看，虽然有些歪歪扭扭，大体上看着和正弦波差不太多(调相)，这应该说是模拟信号。可是，它是离散取值的，就是说，是数字信号。倒底是什么，我也拿不准。

　　看来，模拟与数字的关系，还得继续讨论下去。

　　其实，模拟这个词怎么来的并不要紧，

　　区别是存在的，它仅是个称呼而已。

　　我没看过最近的讨论，估计内容已经综合在maychang的帖子中了。

　　这里讨论的模拟与数字的关系问题涉及了三个内容：

　　A。硬件电路的自然属性

　　B。模拟电路的分类及属性

　　C。数字电路的分类及属性

　　对于A，电路的材料取自于自然界，无论是天然的材料还是人工改造的器件，其特性都是遵循自然规律的。当电路工作时，被利用的材料、器件等并不知道自己在为什么目的工作，只是按照自身的特性对外界的变化产生反应。无论是欧姆原理的实验电路还是集成电路，也无论产生的结果是线性的还是非线性的、连续的还是脉冲的、周期的还是非周期的，等等，它们的反应靠的是硬件电路的自然属性，不管人们主观上将它们归于哪类。变化的连续性是它们的共性，也是自然界物理量的共性。

　　与客观的自然属性相对照的是主观的分类。C是主观分类的结果，B是C的对照物，也是主观分类的结果。B和C必须同时存在，并且都是以A的全部或者部分为依托的。

　　在主观分类上，以脉冲电路为例，不少人把它划入数字电路，因为数字电路大量地用到脉冲电路。但是如果我的目的是要产生一个或者数个有一定指标要求的脉冲，比如指标有脉冲宽度、高度、沿的上升速率、下降速率、过冲，等等，对这些电量的控制，你是考虑它的电特性还是比如0、1的数字特性?显然，这些量和控制手段跟数字内容是沾不上边的。脉冲电路可以是模拟的。

　　当脉冲属于数字量时，需要人为地对其赋予某些含义，比如“有”或“无”，“0”或“1”等。对这类电路类别的划分，我还是持以前的观点：当你关注数字量时，该电路为数字电路;当你关注电量时，该电路为模拟的-我中有你。关注电量的例子有：信号的完整性、消除阻尼振荡、信号的延时、干扰，等等。

　　作为数字电路对照面的模拟电路B，它不需要象数字电路那样对其结果赋予额外的含义，其结果是电路自然属性使然。也就是说，B与A之间有着天然的联系。这样，在给“A和B归于同类”找到理由的同时，也给忽视两者的区别打下了基础。

　　在当今复杂的调制、解调技术和电路中，输入、输出可以各是、或者同是数字量，中间处理过程中量的性质是难以用波形来区分的，仅用输入、输出是否为数字量来区分这些电路是否属于数字电路会是行不通的。由此有“混合信号、混合电路”一说。“混合”是对上述纯数字性质的否定，言外之意，被否定的部分属于模拟。如果先把混合电路的内容排除在外，模拟与数字讨论的结果可能会清晰一些。

　　不一定严谨的小结：

　　A是不依赖于主观(B、C)的客观存在;B和C是建立在A上的主观产物，B和C对照共存;B和A因其自然属性而存在着天然的联系;客体上B可以全部接纳A，两者的区别就在于各自的主、客观属性上。

　　事实上，典型的模拟电路并不是连续的。如反馈放大器，由于放大器本身的放大倍数有限，从而有了最小灵敏度的问题，既然有了最小灵敏度的问题，那么就说明它不是连续的。现在产业论坛有个帖子说他的温度测量(-2～35)℃达到±0.02 ℃的准确度(精度)。这个问题还不能单单从它给的结果来说，如果所谓的±0.02 ℃对应的模拟信号电平梯度小于放大器的最小灵敏度，那么，它的结果显然是用了普通人不易识破的障眼法----软件拟合。不要轻易给骗过去了。

　　模拟电路，我想并不是因为脉冲的存在就说它是数字电路。如同楼上各位讲的开关电源、脉冲宽度调整等等。数字电路必须赋予它数字意义，不然，谈不上数字电路。脱离数字意义谈数字电路，似乎没有什么价值。数字电路的本质是模拟电路的脉冲电路，当脉冲赋予数字意义时，才称为数字电路。

　　讲到数字电路，必然涉及逻辑判断的问题。涉及判断问题自然涉及模拟电路。这下，逻辑电路算不算数字电路呢?还是一言难尽。我通常认为，数字电路是简化了的模拟电路，数字电路必须溶入到模拟电路中才能正常工作，数字电路只需关心逻辑标准，不必关心传统意义上的连续不连续的问题。而判断一个电平是否革命既定的逻辑标准，必须由模拟电路来实现，亦即判断一个信号是不是符合数字逻辑的标准，完全是模拟上的问题。这就更加证明了，数字电路只是对于信号的意义而言，决不是对于信号的波形而言。因此，一切所谓的数字电路事实上就是模拟电路。换言之，数字电路的说法并非是讲电路实质而是讲电路中信号的意义，它的正确说法应当是模拟电路的数字意义。

　　关于观点的统一

　　“模拟电路”的叫法，据网上的搜索，是出于电路用电量对物理量的模拟。

　　但是当把这种性质的电路与数字应用电路进行对比，并因此将电路从硬件上分为模拟和数字两类时，探讨模拟与数字更深层性质的区别就是不可避免的了，模拟的含义也因此将覆盖更广泛的电路而脱离原始电路的局限。

　　目前看来，不统一在于基于现有硬件分类的解释和基于硬件不可分类的解释。而后者是更接近底层性质的表达。要统一，就需要聚焦在最基本的性质上，现有的硬件分类就不一定合适了。

　　萝卜白菜各有所爱，认可哪种分类并不要紧，只要能分辨出各种区别就可以了。