Una señal digital es una señal que representa datos como una secuencia de valores discretos ; en un momento dado sólo puede tomar, como máximo, uno de un número finito de valores. [1] [2] [3] Esto contrasta con una señal analógica , que representa valores continuos ; en cualquier momento dado representa un número real dentro de un rango continuo de valores.
Las señales digitales simples representan información en bandas discretas de niveles analógicos. Todos los niveles dentro de una banda de valores representan el mismo estado de información . [1] En la mayoría de los circuitos digitales , la señal puede tener dos posibles valores válidos; esto se llama señal binaria o señal lógica . [4] Están representados por dos bandas de voltaje: una cerca de un valor de referencia (generalmente denominado tierra o cero voltios) y la otra un valor cerca del voltaje de suministro. Estos corresponden a los dos valores "cero" y "uno" (o "falso" y "verdadero") del dominio booleano , por lo que en un momento dado una señal binaria representa un dígito binario (bit). Debido a esta discretización , los cambios relativamente pequeños en los niveles de la señal analógica no abandonan la envolvente discreta y, como resultado, son ignorados por los circuitos de detección del estado de la señal. Como resultado, las señales digitales tienen inmunidad al ruido ; El ruido electrónico , siempre que no sea demasiado grande, no afectará a los circuitos digitales, mientras que el ruido siempre degrada hasta cierto punto el funcionamiento de las señales analógicas. [5]
Ocasionalmente se utilizan señales digitales que tienen más de dos estados; Los circuitos que utilizan tales señales se denominan lógica multivalor . Por ejemplo, las señales que pueden asumir tres estados posibles se denominan lógica de tres valores .
En una señal digital, la cantidad física que representa la información puede ser una corriente o voltaje eléctrico variable, la intensidad, fase o polarización de un campo óptico u otro campo electromagnético , la presión acústica, la magnetización de un medio de almacenamiento magnético , etcétera. Las señales digitales se utilizan en toda la electrónica digital , en particular en los equipos informáticos y en la transmisión de datos .
El término señal digital tiene definiciones relacionadas en diferentes contextos.
En electrónica digital , una señal digital es una señal de pulso modulada en amplitud , es decir, una secuencia de pulsos eléctricos o pulsos de luz de ancho fijo, cada uno de los cuales ocupa uno de un número discreto de niveles de amplitud. [6] [7] Un caso especial es una señal lógica o una señal binaria , que varía entre un nivel de señal bajo y uno alto.
Los trenes de impulsos en los circuitos digitales generalmente se generan mediante dispositivos de transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET), debido a su rápida velocidad de conmutación electrónica de encendido y apagado y su capacidad de integración a gran escala (LSI). [8] [9] Por el contrario, los transistores BJT generan más lentamente señales analógicas que se asemejan a ondas sinusoidales . [8]
En el procesamiento de señales digitales , una señal digital es una representación de una señal física que se muestrea y cuantifica. Una señal digital es una abstracción discreta en tiempo y amplitud. El valor de la señal sólo existe en intervalos de tiempo regulares, ya que sólo los valores de la señal física correspondiente en esos momentos muestreados son significativos para el procesamiento digital posterior. La señal digital es una secuencia de códigos extraídos de un conjunto finito de valores. [10] La señal digital puede almacenarse, procesarse o transmitirse físicamente como una señal de modulación de código de impulsos (PCM).
En las comunicaciones digitales , una señal digital es una señal física de tiempo continuo, que alterna entre un número discreto de formas de onda, [3] que representa un flujo de bits . La forma de la onda depende del esquema de transmisión, que puede ser un esquema de codificación de línea que permita la transmisión en banda base ; o un esquema de modulación digital , que permite la transmisión de banda de paso a través de cables largos o sobre una banda de radiofrecuencia limitada. Dicha onda sinusoidal modulada por portadora se considera una señal digital en la literatura sobre comunicaciones digitales y transmisión de datos, [11] pero se considera como un flujo de bits convertido en una señal analógica en electrónica y redes de computadoras. [12]
En las comunicaciones, suelen estar presentes fuentes de interferencia y el ruido suele ser un problema importante. Los efectos de la interferencia normalmente se minimizan filtrando las señales de interferencia tanto como sea posible y utilizando redundancia de datos . A menudo se considera que las principales ventajas de las señales digitales para las comunicaciones son la inmunidad al ruido y la capacidad, en muchos casos, como con los datos de audio y vídeo, de utilizar la compresión de datos para disminuir en gran medida el ancho de banda que se requiere en los medios de comunicación.
Una forma de onda que cambia y representa los dos estados de un valor booleano (0 y 1, o bajo y alto, o falso y verdadero) se denomina señal digital , señal lógica o señal binaria cuando se interpreta en términos de sólo dos posibles. dígitos.
Los dos estados suelen estar representados por alguna medida de una propiedad eléctrica: el voltaje es el más común, pero la corriente se usa en algunas familias lógicas. Normalmente se definen dos rangos de voltajes para cada familia lógica, que frecuentemente no son directamente adyacentes. La señal es baja cuando está en el rango bajo y alta cuando está en el rango alto, y entre los dos rangos el comportamiento puede variar entre diferentes tipos de puertas.
La señal de reloj es una señal digital especial que se utiliza para sincronizar muchos circuitos digitales. La imagen mostrada puede considerarse la forma de onda de una señal de reloj. Los cambios lógicos se activan mediante el flanco ascendente o el flanco descendente. El flanco ascendente es la transición de un voltaje bajo (nivel 1 en el diagrama) a un voltaje alto (nivel 2). El flanco descendente es la transición de un voltaje alto a uno bajo.
Aunque en un modelo muy simplificado e idealizado de un circuito digital es posible que deseemos que estas transiciones ocurran instantáneamente, ningún circuito del mundo real es puramente resistivo y, por lo tanto, ningún circuito puede cambiar instantáneamente los niveles de voltaje. Esto significa que durante un tiempo de transición corto y finito la salida puede no reflejar adecuadamente la entrada y no corresponderá ni a un voltaje lógicamente alto ni bajo.
Para crear una señal digital, se debe modular una señal analógica con una señal de control para producirla. La modulación más simple, un tipo de codificación unipolar , consiste simplemente en encender y apagar una señal de CC de modo que los voltajes altos representen un "1" y los voltajes bajos sean un "0".
En los esquemas de radio digital, una o más ondas portadoras son moduladas en amplitud , frecuencia o fase por la señal de control para producir una señal digital adecuada para la transmisión.
La línea de abonado digital asimétrica (ADSL) a través de cables telefónicos no utiliza principalmente lógica binaria; Las señales digitales para portadoras individuales se modulan con lógicas de diferentes valores, dependiendo de la capacidad de Shannon del canal individual.
Las señales digitales se pueden muestrear mediante una señal de reloj a intervalos regulares pasando la señal a través de un flip-flop . Cuando se hace esto, la entrada se mide en el borde del reloj y la señal a partir de ese momento. Luego, la señal se mantiene estable hasta el siguiente reloj. Este proceso es la base de la lógica sincrónica .
También existe la lógica asincrónica , que no utiliza un solo reloj y generalmente funciona más rápidamente y puede consumir menos energía, pero es significativamente más difícil de diseñar.
Una representación digital sólo puede tener valores discretos específicos.
Las señales digitales son pulsos de ancho fijo, que ocupan sólo uno de dos niveles de amplitud.
Una señal digital es una forma especial de señal en tiempo discreto, que es discreta tanto en tiempo como en amplitud, y se obtiene permitiendo que cada valor (muestra) de una señal en tiempo discreto adquiera un conjunto finito de valores (cuantización), asignándole un valor numérico. símbolo según un código... Una señal digital es una secuencia o lista de números extraídos de un conjunto finito.