Digital

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Digitale Signale: Der Gegensatz zu analogen Signalen.

Vom Wortstamm her kommt digital von "Finger" und bedeutet hier so viel wie "abzählbar". Mit einer abzählbaren Menge möglicher Werte kann eine kontinuierlich verlaufende Größe - etwa eine Temperatur zwischen 0 und 10 Grad - "digital" nur abgestuft repräsentiert werden (Quantisierung). Die Auflösung bestimmt dabei die Größe der Stufen. Mit einer Auflösung von 1 Grad/Volt könnte "5 Volt" z. B. für alle Werte zwischen 4,5 und 5,5 Grad stehen.

Die in der elektronischen Schaltungstechnik verwendeten digitalen Signale sind in aller Regel zugleich "binär" und können nur zwei gültige Werte annehmen: Logisch 1 oder Logisch 0. Um mehr als zwei Werte zu repräsentieren braucht man mehrere binäre Digitalsignale (für die Zahlen 0 bis 10 braucht man mindestens vier binäre Signale).

Den beiden Werten eines einzelnen (binären) Digitalsignals ist normalerweise ein bestimmter Spannungsbereich zugeordnet, manchmal auch ein Strombereich. Einer dieser Bereiche gilt als Logisch 0, der anderere als Logisch 1.

Zwischenwerte sind

  • insofern VERBOTEN, als eine - korrekt funktionierende - Digitalschaltung solche Spannungswerte nicht(*1) erzeugen darf;
  • insofern UNDEFINIERT, als eine Digitalschaltung beim Anliegen einer Spannung, die weder Logisch 0 noch Logisch 1 repräsentiert, prinzipiell tun kann, was sie will(*2).

(*1: Da der Wechsel zwischen den beiden Bereichen nicht "unendlich schnell" erfolgt, wird in der Praxis natürlich auch immer für kurze Zeit einmal ein Zwischenwert ausgegeben.)

(*2: Digitalschaltungen können u.U. auch permanent zerstört werden, wenn ein Pegel im undefinierten Bereich über zu lange Zeit anliegt).

Bei TTL-Signalen gilt z. B. der "High"-Pegel von +2,0..+5,0 V als "Logisch 1", während der "Low"-Pegel für "Logisch 0" zwischen 0..+0,8 V liegen muss.

Bei CMOS-Signalen (wo die Betriebsspannung der Bausteine variieren kann) gelten Pegel von 0..33% der Betriebsspannung als "Logisch 0", Pegel von 66..100% der Betriebsspannung als "Logisch 1".

Bei der RS-232-Übertragung ist Logisch 1 als Spannung von -3..-15V definiert, Logisch 0 entspricht +3..+15V.

Um eine gewisse Störunempfindlichkeit zu erreichen gelten häufig andere Werte für die Spannungen am Aufgang. Bei TTL-Signalen sollte die Ausgangsspannung für Logisch 0 höchstens +0,4V betragen, für Logisch 1 mindestens +2,4V. Bei der RS-232-Übertragung sollte die Sendeseite für Logisch 1 eine Spannung -5..-15V liefern und für Logisch 0 dagegen +5..+15V. Die Differenz zwischen der minimalen bzw. maximalen Spannung zwischen Ein- und Ausgang nennt man Störabstand.

Im erweiterten Sinn kann man auch jedes Signal als "digital" bezeichnen, bei dem es zwei definierte Wertebereiche gibt und Werte außerhalb dieser Bereiche KEINE definierte Bedeutung haben. Wenn beispielsweise eine Frequenz von 10..12 kHz bedeutet, "der Wassertank ist leer" und eine Frequenz von 18..20 kHz bedeutet, "der Wassertank ist voll", würde eine Frequenz von 15 kHz überhaupt nichts bedeuten (bzw. erzeugerseitig: das Gerät ist kaputt, empfängerseitig: hmm? - so what!)