Цифровой сигнал

Определение

Цифровой сигнал — сигнал, принимающий только два разрешённых состояния (условно «высокий» и «низкий»), где информация закодирована не величиной напряжения, а последовательностью и длительностью этих состояний.

Назначение

Передать информацию так, чтобы помеха её не искажала. Приёмник сравнивает напряжение с порогом: всё выше — единица, всё ниже — ноль. Наводка, не дотягивающая до порога, полностью игнорируется — свойство, недостижимое для аналоговой линии.

Расположение

Шины обмена между блоками, датчики положения на элементе Холла, датчики скорости, линии диагностического обмена, ШИМ-управление актуаторами.

Устройство

Отдельного изделия нет: это тип сигнала. Физически — провод (или пара), уровни на котором формирует передатчик, а распознаёт по порогу приёмник.

Входы

Данные или состояние, которое требуется передать.

Выходы

Последовательность двухуровневых импульсов.

Принцип работы

  Порог распознавания
       ↓
  ─────┼─────  всё выше → «1»
       │
  ─────┼─────  всё ниже → «0»

  Помеха меньше порога → отброшена целиком

Информация кодируется тремя способами, и различать их полезно при диагностике:

• Уровнем — состояние есть/нет (концевик, датчик Холла).
• Частотой — величина пропорциональна частоте (датчики скорости, ряд ДМРВ).
• Скважностью — величина пропорциональна доле включённого времени (см. ШИМ).

Практическое следствие: мультиметр цифровой сигнал описывает плохо. Он усредняет и не показывает ни частоту, ни форму, ни пропущенные импульсы. Для частотных датчиков нужен режим частоты, для остальных — осциллограф.

Типичные неисправности

Дефект	Механизм	Проявление
Замыкание линии на массу или питание	Повреждение изоляции	Постоянный уровень, обмен прекращается
Пропуски импульсов	Загрязнение задающего диска, зазор	Периодические сбои, коды по датчику положения
Смещение масс между блоками	Коррозия массовых точек	Порог распознавания смещается, плавающие ошибки
Отказ передатчика	Выход из строя узла	Сигнала нет вовсе

Типичные симптомы

Двигатель глохнет без предупреждения (пропуски сигнала положения вала); ошибки связи между блоками; показания скорости пропадают рывками.

Диагностика

  Осциллограф — единственный корректный инструмент:
    амплитуда   уровни соответствуют логике узла
    форма       фронты крутые, без «звона»
    пропуски    отсутствуют на всём цикле

  Постоянный уровень без переключений
    → замыкание, обрыв или отказ передатчика

Проверка массы обоих участников обмена обязательна: порог отсчитывается от массы, и её смещение ломает распознавание при исправной линии.

Заблуждения

«Цифровой сигнал либо есть, либо нет». Он может присутствовать с пропусками — самый неприятный случай, дающий плавающие отказы.

«Мультиметр покажет наличие сигнала». Он покажет усреднённое напряжение, по которому нельзя судить о целостности последовательности.

«Цифровой значит помехоустойчивый». Устойчивость даёт порог, но смещение масс сдвигает сам порог — и устойчивость исчезает.

Связанные понятия

• Аналоговый сигнал — противоположный принцип
• ШИМ — кодирование величины скважностью
• CAN-шина — цифровой обмен между блоками