信号基础知识

2017-01-15

信号是消息载体

信号(也称为讯号)是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。例如，古代人利用点燃烽火台而产生的滚滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号;当我们说话时，声波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号;遨游太空的各种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向远方表达各种消息，这属电信号。人们通过对光、声、电信号进行接收，才知道对方要表达的消息。

信号的分类

对信号的分类方法很多，信号按数学关系、取值特征、能量功率、处理分析、所具有的时间函数特性、取值是否为实数等，可以分为确定性信号和非确定性信号(又称随机信号)、连续信号和离散信号(即模拟信号和数字信号)、能量信号和功率信号、时域信号和频域信号、时限信号和频限信号、实信号和复信号等。

信号的边沿速率

信号的边沿速率是信号沿变化的响应时间，通常用信号的上升时间和下降时间来度量，如图所示。器件的输出驱动电流和信号的接口标准等都会影响该参数。由于器件的速度在不断提高，所以可能导致差模电流增大，发生串扰和阻尼振荡(振铃)。

信号的边沿特性

快速的信号切换时间(边沿速率)将导致回流、串扰、阻尼振荡(振铃)及反射等问题的增加。信号的边沿速率与信号的工作频率是两个不同的概念，高的边沿速率不一定是高的频率。例如在实际的应用中，可能系统的工作频率并不高。但如果信号的上升速率过快的话，将会产生较大振铃现象，同样会带来信号完整性的问题。当振铃信号达到器件所能容忍的极限值时会使器件内部的半导体特性发生变化(电子迁移)、器件发热及功耗加大等现象，造成系统的可靠性降低，并且较快的边沿速率其功耗也越大。

信号的边沿速率与器件的输出强度(输出驱动电流)有直接的关系，过强的输出驱动电流除了能够提高信号的边沿速率之外，还会对周围的器件及传输线造成干扰(Crosstalk)。因此对电磁兼容性(EMI)非常敏感的系统，信号边沿速率是重点需要考虑的，而系统的时钟频率反而放在第二位考虑。

虚拟信号与数字信号的装换

(1)模拟信号与数字信号

不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(AnalogSignal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示;数字数据则采用数字信号(DigitalSignal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质;而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。

(2)模拟信号与数字信号之间的相互转换

模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制(PulseCodeModulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码;数字信号一般通过对载波进行移相(PhaseShift)的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。

铁路信号

“铁路信号”是铁路部门为保证列车运行安全和提高运输效率而形成的一门学科。建国后，特别是1958年以来，铁道部所属的有关院校如北京铁道学院(现北方交通大学)及上海铁道学院等的电信系都设置了“信号”专业，为我国的铁路信号事业培养了大批的专门人才。铁路信号主要研究如何把“车站联锁”“集中”起来由车站值班员统一操控，以及如何实施单线或复线区间的“闭塞”，以防止列车迎面相撞或追尾，因之“信号”学科包括了信号、集中和闭塞三个方面，简称为“信集闭”。

信号是指示列车运行及调车作业的命令，有关行车人员必须严格执行。

铁路信号分为视觉信号和听觉信号。

视觉信号又分昼间、夜间及昼夜通用信号。

视觉信号的基本颜色：

红色——停车;

黄色——注意或减低速度;

绿色——按规定速度运行。

听觉信号：号角、口笛、响墩发出的音响和机车、轨道车的鸣笛声。

铁路信号按信号机是否可移动又可分为固定信号、移动信号和手信号。

按停车信号的显示意义可分为绝对信号和非绝对信号(亦称容许信号)两种。绝对信号是指当显示停止运行的信号时，列车、调车必须无条件遵守的信号显示。进站、出站、进路和通过信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时，均视为停车信号。接近信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时，均视为进站信号机为关闭状态。装有容许信号的通过信号机，显示停车信号时，准许铁路局规定停车后起动困难的货物列车，在该信号机前不停车，以最高不超过20km/h，运行到次一通过信号机，按其显示的要求运行。