In questo articolo andremo a vedere quali sono le differenze tra elettronica analogica ed elettronica digitale. Ti sarà sicuramente capitato di avere a che fare con l’elettronica come consumatore ed almeno una volta avrai sentito parlare di elettronica analogica e digitale. Se ancora non ti sono chiare le differenze o semplicemente vuoi approfondire, questo articolo fa al caso tuo! Prima di vedere le differenze, una breve introduzione all’elettronica, per capire meglio il contesto in cui ci stiamo muovendo.
Cosa si intende per elettronica
L’elettronica fa parte di quelle scienze che compongono la così detta Tecnologia dell’informazione – TI (Information Technology – IT). L’elettronica si occupa di elaborare l’informazione rappresentata da segnali elettrici. Tali segnali vengono creati, utilizzati ed elaborati sfruttando, appunto, il movimento degli elettroni nel vuoto oppure nei semiconduttori. Si deduce quindi come l’elettronica sia una scienza derivata da quella elettrica e, come quest’ultima, pone i propri fondamenti nella teoria dei circuiti elettrici e nella teoria dei campi elettromagnetici. Le applicazioni nel mondo attuale sono le più svariate e sono talmente integrate nel nostro vivere comune che spesso non si notano ed oggigiorno includono pressoché qualsiasi dispositivo attivo. Tra i tanti settori coinvolti ne ricordiamo solo alcuni come quello dei calcolatori elettronici, dei controlli automatici, del trasferimento dell’energia, delle telecomunicazioni. Dipendentemente dal tipo di segnali che vanno a trattare, si parlerà di circuiti elettronici analogici oppure digitali e quindi rispettivamente di elettronica analogica oppure digitale. E’ importante tenere presente che elettronica digitale ed analogica non sono insiemi totalmente disgiunti in quanto tutti i segnali elettronici sono, per natura, analogici. Per capire meglio questo concetto andiamo per gradi. Vediamo quindi le principali caratteristiche che riguardano l’elettronica analogica e l’elettronica digitale.
Cosa si intende per elettronica analogica
Elettronica analogica è quella scienza che studia l’elaborazione dei segnali analogici attraverso circuiti elettronici che quindi vengono chiamati circuiti elettronici analogici. Per capire meglio di cosa stiamo parlando andiamo a vedere cosa si intende quando si parla di segnali analogici.
Cosa sono i segnali analogici
Sono segnali analogici tutti quei segnali a tempo continuo ed a valori reali. Sono analogici tutti quei segnali che presentano una variazione e quindi una dipendenza continua dal tempo. A titolo di esempio nella figura seguente viene mostrata una rappresentazione di un segnale tempo continuo.
Il segnale mostrato x(t) è un segnale continuo dipendente dal tempo t ovvero rappresenta una funzione che assegna ad ogni istante di tempo t un valore reale. Esempi di segnali analogici sono tutti quei segnali come la temperatura ambientale, l’intensità luminosa, la pressione atmosferica oppure la corrente elettrica.
Cosa si intende per elettronica digitale
Elettronica digitale è quella scienza che studia l’elaborazione dei segnali digitali attraverso circuiti elettronici che quindi vengono chiamati circuiti elettronici digitali. Analogamente a quanto detto nel precedente paragrafo, anche in questo caso andiamo a vedere cosa si intende per segnali digitali.
Cosa sono i segnali digitali
Per segnali digitali si intendono tutti quei segnali tempo discreti ed a valori discreti. Sono digitali tutti quei segnali che presentano una variazione e quindi una dipendenza discreta dal tempo. A titolo di esempio nella figura seguente viene mostrata una rappresentazione di un segnale tempo discreto.
Come accennato nel primo paragrafo, tutti i segnali derivanti da circuiti elettronici sono segnali analogici in quanto i segnali digitali si basano su una rappresentazione binaria del segnale analogico. Il segnale digitale infatti può essere ottenuto tramite campionamento e quantizzazione di un segnale analogico. Si consideri un segnale tempo continuo a valori reali, il campionamento di questo tipo di segnale porta ad ottenere un segnale tempo discreto a valori reali ed un ulteriore quantizzazione di quest’ultimo segnale permette di ottenere un segnale tempo discreto a valori discreti detto anche segnale digitale. La conversione di un segnale analogico in digitale avviene tramite i così detti convertitori analogico-digitali, CAD (analog-digital converter, ADC).
Consideriamo a questo punto una tipica applicazione di questo concetto nell’ambito dell’elettronica digitale. Come detto in precedenza, tutti i segnali che derivano dai circuiti elettrici sono segnali analogici. Tali segnali rappresentano l’informazione e questa informazione, nell’elettronica digitale, viene rappresentata sotto forma binaria assegnando cioè a dei range di valori del segnale elettrico il significato di 0 logico ed ad altri range di valori il significato di 1 logico. Capiamolo meglio attraverso un esempio, consideriamo un segnale elettrico rappresentante la tensione V(t) variabile nel tempo.
Si assumano valori di tensione VH e VL tali che per ogni valore di V(t) superiore a VH viene associato un 1 logico mentre per ogni valore inferiore a VL viene associato uno 0 logico.
Differenza tra elettronica analogica ed elettronica digitale
Vediamo ora le differenze tra l’elaborazione analogica e quella digitale sotto i principali aspetti.
Resistenza ai disturbi ed al rumore
L’elaborazione digitale è maggiormente resistente ai disturbi rispetto a quella analogica. Nell’elettronica digitale infatti si richiede minore precisione del segnale elettrico poiché qualsiasi valore del segnale, se questo ricade all’interno di determinati range allora viene rappresentato con uno 0 logico oppure un 1 logico. L’elettronica digitale non risente quindi della precisione del segnale elettrico ma l’elaborazione di un segnale digitale ha una precisione che dipende dal numero di bit utilizzati per la sua rappresentazione. In conseguenza di questo, aspetti come quelli legati alle variazioni delle caratteristiche dei componenti oppure alla temperatura di lavoro hanno un impatto molto ridotto nell’elaborazione digitale.
Complessità nell’elaborazione del segnale
Nell’elettronica analogica, i segnali vengono elaborati in maniera diretta a partire dall’input ricevuto ovvero in maniera asincrona. Nell’elettronica digitale l’elaborazione é generalmente sincrona in quanto tipicamente i singoli blocchi del circuito comunicano tramite segnali sincronizzati ad un segnale periodico detto di clock. Inoltre dato che il segnale digitale deriva da un segnale analogico questo necessita di essere convertito tramite opportuni convertitori.
Progettazione
Un aspetto importante della elaborazione digitale è rappresentato dalla possibilità di una progettazione modulare ovvero la possibilità di suddividere il circuito complessivo in sotto-insiemi scarsamente dipendenti gli uni dagli altri. Questo permette ulteriori vantaggi intrinsici tra cui i seguenti:
- riduzione della complessità del progetto;
- riduzione dei tempi di sviluppo e quindi di messa in commercio;
- riusabilità dei moduli che possono essere utilizzati per applicazioni diverse da quelle per cui sono stati sviluppati;
- riduzione dei costi.
Sempre a livello di progetto i circuiti digitali si prestano più facilmente ad essere sviluppati tramite l’utilizzo di CAD, si prestano all’automazione e sono programmabili via software.
Conclusioni
I circuiti analogici sono scarsamente modulari e risentono fortemente delle caratteristiche dei singoli componenti che lo compongono. Sebbene l’elettronica digitale sia una derivazione dell’elettronica analogica questa permette di ottenere numerosi vantaggi difficilmente ottenibili nell’elaborazione analogica. Tuttavia, occorre tenere bene presente che nella realtà difficilmente è possibile avere una distinzione così netta tra circuiti digitali e circuiti analogici.
Elettronica analogica ed elettronica digitale non sono quindi due scienze disgiunte ed opposte bensì vanno considerate come complementari.