Jak wielkim problemem jest integralność sygnałowa?

Integralność sygnałowa oznacza zdolność sygnału cyfrowego do przejścia przez nieidealny tor transmisyjny bez utraty lub przekłamania przekazywanej informacji. Ograniczone pasmo przenoszenia łączy, szumy i zaburzenia, nieliniowości, zniekształcenia, niedopasowanie impedancji i inne podobne niedoskonałości zakłócają transmisję zakodowanej informacji w sygnale, czyli przy odpowiednim nasileniu powodują utratę jego integralności. Nieustanny wyścig w zwiększaniu szybkości transmisji interfejsów i łączy, zarówno przewodowych jak i bezprzewodowych powoduje, że uzyskanie integralności dla toru transmisyjnego coraz częściej staje się sztuką inżynierską, a pewnie już niedługo będzie jedną z poszukiwanych specjalizacji zawodowych.

Problem z integralnością sygnałową wynika w dużej mierze z tego, że termin ten obecnie łączy w jedność dwa pozornie odległe światy – cyfrowy i analogowy. Szybkie sygnały cyfrowe tracą dzisiaj swój charakter już w chwilę po opuszczeniu układu scalonego, a po przejściu przez większość łączy komunikacyjnych zmieniają się w analogowe. W efekcie większość projektantów wąsko specjalizujących się w technice cyfrowej musi z konieczności poznawać wiele nowych i często obcych zagadnień charakterystycznych dla świata układów analogowych.

Jeszcze do niedawna granica między układami analogowymi i cyfrowymi była dość wyraźnie zarysowana, dzisiaj jest już tylko niewyraźną szarą plamą. Dla wielu specjalistów elektroników układy cyfrowe były atrakcyjne od strony konstrukcyjnej właśnie dlatego, że określająca je logika dwuwartościowa była niewrażliwa na całe analogowe „zło”. Dzisiaj integralność sygnałowa, a w zasadzie coraz częstsze kłopoty z jej zapewnieniem, są jednym z najważniejszych czynników, które obdzierają takich idealistów z ich marzeń.

Świat analogowy zna problemy z utratą integralności od ponad 100 lat, czyli od momentu, gdy zaczęto budować pierwsze długodystansowe sieci telefoniczne. Dla częstotliwości akustycznych okazały się one wtedy po raz pierwszy linią długą ze wszystkimi negatywnymi konsekwencjami. Układ redukcji szumów Dolby, korekcja RIAA w przypadku przetwornika w gramofonie, preemfaza i deemfaza sygnału przy transmisji radiofonicznej na zakresie UKF, to doskonale znane przykłady układów i technologii, które zapewniały zachowanie integralności sygnałów analogowych w różnych torach transmisyjnych. W tamtych czasach problemy związane z utratą jakości informacji przy transmisji też były sporym kłopotem i zajmowały inżynierom wiele godzin pracy. Nie jest to więc problem, który dotyczy tylko układów cyfrowych.

Z pewnością integralność sygnałowa jest pojęciem, z którym projektanci systemów cyfrowych będą musieli się nauczyć żyć na stałe. Niestety pomijając najprostsze układy i systemy cała wielka reszta techniki cyfrowej przeznaczona jest do osiągania rekordów. Dzisiaj ich parametry lokują się w szarej strefie między układami cyfrowymi i analogowymi jednak jasne jest, że już niedługo integralność sygnałowa wepchnie je na dobre w obszar układów analogowych. W końcu rozwój elektroniki jest teraz tak szybki, że nawet to, co będzie za 10 lat jest wielką niewiadomą. Być może za kolejne 100 lat nikt nie będzie pamiętał o dwuwartościowej, klasycznej logice cyfrowej, tak samo jak dzisiaj niewiele osób pamięta, jakie były kłopoty z budową wielokilometrowych linii telefonicznych.