Señal digital

Una señal digital es una señal que representa datos como una secuencia de valores discretos ; en un momento dado solo 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 un 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 representadas por dos bandas de voltaje: una cerca de un valor de referencia (normalmente 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 cualquier 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 salen de 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 el funcionamiento de las señales analógicas hasta cierto punto. ^[5]

En ocasiones se utilizan señales digitales que tienen más de dos estados; los circuitos que utilizan dichas señales se denominan lógica multivalor . Por ejemplo, las señales que pueden asumir tres estados posibles se denominan lógica trivalor .

En una señal digital, la magnitud física que representa la información puede ser una corriente eléctrica o un voltaje 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 modulada en amplitud de pulso , 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 pulsos en circuitos digitales son generados típicamente por dispositivos de transistores de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET), debido a su rápida velocidad de conmutación electrónica de encendido-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 el tiempo y la amplitud. El valor de la señal solo existe en intervalos de tiempo regulares, ya que solo 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 por código de pulsos (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 representan un flujo de bits . La forma de la forma de onda depende del esquema de transmisión, que puede ser un esquema de codificación de línea que permite la transmisión en banda base ; o un esquema de modulación digital , que permite la transmisión en banda de paso a través de cables largos o sobre una banda de radiofrecuencia limitada. Una onda sinusoidal modulada por portadora de este tipo se considera una señal digital en la literatura sobre comunicaciones digitales y transmisión de datos, ^[11] pero se considera un flujo de bits convertido a una señal analógica en electrónica y redes informáticas. ^[12]

En las comunicaciones, las fuentes de interferencia suelen estar presentes y el ruido es con frecuencia un problema importante. Los efectos de la interferencia se minimizan normalmente filtrando las señales que interfieren tanto como sea posible y utilizando redundancia de datos . Las principales ventajas de las señales digitales para las comunicaciones suelen considerarse 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 reducir en gran medida el ancho de banda que se requiere en los medios de comunicación.

Una forma de onda que cambia representando 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 solo dos dígitos posibles.

Los dos estados suelen representarse mediante alguna medida de una propiedad eléctrica: el voltaje es el más común, pero la corriente se utiliza en algunas familias lógicas. Normalmente se definen dos rangos de voltajes para cada familia lógica, que con frecuencia 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 los diferentes tipos de puertas.

La señal de reloj es una señal digital especial que se utiliza para sincronizar muchos circuitos digitales. La imagen que se muestra 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 altamente simplificado e idealizado de un circuito digital, podríamos desear que estas transiciones se produjeran 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 a un voltaje lógicamente 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 digitales , 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 de los portadores individuales se modulan con lógicas de diferentes valores, dependiendo de la capacidad de Shannon del canal individual.

Las señales digitales pueden ser muestreadas por una señal de reloj a intervalos regulares al pasar la señal a través de un flip-flop . Cuando esto se hace, la entrada se mide en el borde del reloj y la señal a partir de ese momento. 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 opera más rápidamente y puede utilizar menos energía, pero es significativamente más difícil de diseñar.

• Interferencia entre símbolos

• Monty Montgomery. Muestra y cuenta digital.
• CodSim 2.0: Laboratorio virtual de código abierto para modelos de comunicaciones de datos digitales Departamento de Arquitectura de Computadores, Universidad de Málaga. Simula codificaciones de líneas digitales y modulaciones digitales. Escrito en HTML para cualquier navegador web.