تعریف کوانتیزاسیون یک سیگنال آنالوگ در صنعت الکترونیک

تعریف کوانتیزاسیون یک سیگنال آنالوگ در صنعت الکترونیک:
فرایند دیجیتالی کردن یک سیگنال آنالوگ شامل گرد کردن مقادیری است که تقریبا برابر با مقدار آنالوگ هستند.

با استفاده از نمونه برداری چند نقطه روی سیگنال آنالوگ اصلی انتخاب می شود و سپس این نقاط پس از گرد کردن مقادیر به نزدیک ترین مقدار پایدار، به یکدیگر متصل می شوند.

به این فرایند «کوانتیزاسیون» (Quantization) می گویند. در این مطلب قصد داریم به بررسی انواع روش های کوانتیزاسیون یک سیگنال بپردازیم.

کوانتیزاسیون یک سیگنال آنالوگ:
عملکرد اصلی یک تبدیل آنالوگ به دیجیتال این است که یک سری مقادیر دیجیتال را از روی سیگنال آنالوگ اصلی به دست آورد.

تصویر زیر نشان دهنده یک سیگنال آنالوگ است. برای تبدیل این سیگنال به یک سیگنال دیجیتال باید ابتدا از آن نمونه برداری کنیم و سپس عمل کوانتیزاسیون را روی آن انجام دهیم.

کوانتیزاسیون یک سیگنال آنالوگ از طریق گسسته کردن سیگنال با تعدادی سطح کوانتیزاسیون انجام می گیرد.

به عبارت دیگر، کوانتیزاسیون نشان دهنده این است که مقادیر دامنه نمونه برداری شده عضو یک مجموعه محدود از مقادیر هستند. این امر به معنی تبدیل یک نمونه پیوسته در زمان به یک نمونه گسسته در زمان تلقی می شود.

تصویر زیر نشان می دهد که چگونه یک سیگنال آنالوگ کوانتیزه می شود. خطوط آبی رنگ نشان دهنده سیگنال آنالوگ است، در حالی که نمودار قهوه ای رنگ نشان دهنده سیگنال کوانتیزه شده محسوب می شود.

هر دو فرایند نمونه برداری از یک سیگنال و نیز کوانتیزاسیون آن در واقع منجر به از دست رفتن اطلاعات می شوند.

کیفیت خروجی یک فرایند کوانتیزاسیون به تعداد سطوح کوانتیزاسیون مورد استفاده بستگی دارد. دامنه های گسسته خروجی کوانتیزه شده را «سطوح نمایش» (Representation Levels) یا «سطوح بازسازی» (Reconstruction Levels) می گویند.

فاصله بین دو سطح نمایش مجاور، «کوانتوم» (Quantum) یا «اندازه گام» (Step-Size) نام دارد. در تصویر زیر سیگنال حاصل از فرایند کوانتیزاسیون نشان داده شده است که فرم دیجیتال حاصل از سیگنال آنالوگ اصلی است.

به دلیل شکل سیگنالی که بعد از طی کوانتیزاسیون به دست می آید، به این نمودار «شکل موج پله ای» (Stair-case Waveform) نیز می گویند.