டிஜிட்டல் சிக்னல்கள்

டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் நன்மைகள் (Advantages of Digital Signals)

உங்கள் கம்பியூட்டர், ஸ்மார்ட் போன் மற்றும் வை-பை போன்றவைகள் அதி வேகமாகவும், வெகு துல்லியமாகவும் இயங்குவதற்கு என்ன காரணம் என்று நினைக்கிறீர்கள்? அப்படி இயங்கச்செய்வது டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் தான் காரணம்.
முன்பெல்லாம் பயன்பட்டுவந்த அனலாக் சிக்னல்கள்வேகம் குறைவாகவும், பல இடையூறுகளுக்கிடையே தரம் குறைந்த செயல்பாடுகளைத்தான் தர முடிந்தது. இன்றைய தொழில்நுட்ப மேம்பாட்டினால் டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் அவைகளின் டாப் பர்பாமான்ஸ்களை பெறமுடிகிறது.

நம் தினசரி வாழ்க்கையில் டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் ஏற்படுத்தியுள்ள தொழில்நுட்பப் புரட்சியையும் முக்கிய நன்மைகளையும், எல்ளா விவரங்களையும் உதாரணங்களுடனும், படங்கள் மூலமாகவும் தெரிந்துகொள்வோம் வாருங்கள்.

அறிமுகம்

இந்த பதிவில், “டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் நன்மைகள்” (Advantages of Digital Signals) என்ற தலைப்பை விரிவாகப் பார்க்கப் போகிறோம்.

மறுநாள் காலை, நேற்று கூறியபடி ராஜு மற்றும் கோபு இருவரும் சரியாக காலை 10 மணிக்கு வந்திருந்தனர். தேவையான குறிப்புகளை எடுத்துக் கொள்ள நீளமான நோட்டுப் புத்தகமும் பேனாக்களும் கொண்டு வந்திருந்தனர்.
டிஜிட்டல் நுட்பங்களை (Digital Techniques) அடிப்படையிலிருந்து கற்றுக்கொள்ள வேண்டும் என்ற அவர்களின் ஆர்வத்தை நான் பாராட்டினேன். மேலும், தங்கள் கல்வி நிறுவனங்களில் நடைபெறும் வகுப்புகளை சிறப்பாகப் புரிந்துகொள்ளவும் அவர்கள் உறுதியாக இருப்பது மகிழ்ச்சியளித்தது.
எந்தத் தாமதமும் இன்றி, டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸின் முதல் தலைப்பான “மின்னணு சிக்னல்கள்” (Electronic Signals) பற்றிய பாடத்தைத் தொடங்கினேன்.

மின்னணு சிக்னல்கள் (Electronic Signals)

இந்த பதிவில் நாம் பின்வரும் அம்சங்களைப் பற்றி அறிந்துகொள்வோம்:
இந்த பதிவில் உள்ள தலைப்புகள்
அறிமுகம்
சிக்னல்களின் வகைகள்
அனலாக் சிக்னல்களுடன் ஒப்பிடும்போது டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் நன்மைகள்
பயன்பாடுகள்
முடிவுரை

மின்னணு சிக்னல்கள் என்றால் என்ன?

ஒரு மின்னணு அமைப்பில் (Electronic System), டேட்டா அல்லது தகவல் ஒரு இடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு அனுப்பப்பட வேண்டும். இதற்காக பயன்படுத்தப்படுவது மின்னணு சிக்னல்கள் ஆகும்.

மின்னணு சிக்னல்கள் என்பது காலத்திற்கேற்ப மாறிக்கொண்டிருக்கும் மின்சாரம் (Current), மின்னழுத்தம் (Voltage) அல்லது மின்காந்த அலைகள் (Electromagnetic Waves) போன்ற அளவுகளாகும்.

எல்லா மின்னணு சாதனங்களிலும் தகவலை பரிமாறுவதற்கான அடிப்படை வழிமுறையாக இவை செயல்படுகின்றன. தகவல் தொடர்பு (Communication) அமைப்புகளிலும் இவை முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. இந்த மின்னணு சாதனங்கள் எளிய சர்க்யூட்டுகள் (Circuits) முதல் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் (Control Systems), கணினிகள் (Computers) போன்ற சிக்கலான வலைப்பின்னல்கள் (Networks) வரை இருக்கலாம்.

டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் புதிதாக நுழையும் மாணவர்களும் எளிதில் புரிந்துகொள்ளும் வகையில் மின்னணு சிக்னல்களின் அடிப்படையை விளக்கியுள்ளேன் என்று நம்புகிறேன்.

இப்போது மின்னணு சிக்னல்களின் அடிப்படைகளைப் புரிந்துகொண்ட பிறகு, அவற்றின் வகைகள் என்ன என்பதைப் பார்ப்போம்.

அப்போது ராஜு உடனே,
“சிக்னல்களில் இரண்டு வகைகள் இருக்கின்றன, அவைகள் ‘அனலாக்’ (Analog) மற்றும் ‘டிஜிட்டல்’ (Digital)” என்றான்.

நான் சிரித்தபடி,
“மிகச் சரியாகச் சொன்னாய் ராஜு! உன் பாடங்களை நன்றாக நினைவில் வைத்திருக்கிறாய். இப்படியே தொடரு,” என்றேன்.

மின்னணு சிக்னல்களின் வகைகள்

பொதுவாக மின்னணு சிக்னல்கள் இரண்டு முக்கிய வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன:

அனலாக் சிக்னல்கள் (Analog Signals)
டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் (Digital Signals)

ஒவ்வொரு வகையையும் தனித்தனியாகப் புரிந்துகொண்டால், அவற்றின் இயல்பு, பண்புகள் மற்றும் நன்மைகள் தெளிவாக விளங்கும்.
இந்த ஆய்வின் மூலம் டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் நன்மைகளை தெளிவாக அறியலாம். முதலில் அனலாக் சிக்னல்களைப் பற்றி விரிவாகப் பார்ப்போம்.

கோபு கேட்டான்:
“டிஜிட்டல் சிக்னல்களைப் புரிந்துகொள்ள முதலில் அனலாக் சிக்னல்களை ஆழமாகப் படிக்க வேண்டுமா?” என்று.

அதற்கு நான் பதிலளித்தேன்:
“ஆமாம். அனலாக் சிக்னல்களை நன்றாகப் புரிந்துகொண்டால்தான், அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் சிக்னல்களுக்கு இடையேயான வித்தியாசத்தை முழுமையாக அறிய முடியும்.”

அனலாக் சிக்னல்கள் (Analog Signals)

அனலாக் சிக்னல்கள் என்பது காலத்துடன் தொடர்ந்து (Continuous) தொடர்ச்சியாக மற்றும் மென்மையாக (Smoothly) மாறிக்கொண்டிருக்கும் சிக்னல்களாகும்.
அவற்றின் அலைவடிவம் (Waveform) காலம் செல்லச் செல்ல இடைவிடாமல் மாறிக்கொண்டே இருக்கும். ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பிற்குள் எந்த மதிப்பையும் பெற முடியும்.

பொதுவாக, இவை மென்மையான மற்றும் தொடர்ச்சியான வளைவு (Continuous Curve) போல காணப்படும். இவை பின்வரும் இயற்பியல் அளவுகளை பிரதிநிதித்துவப்படுத்துகின்றன:

ஒளி (Light)
ஒலி (Sound)
வெப்பநிலை (Temperature)
அழுத்தம் (Pressure)

உதாரணமாக:
மங்கலான ஒளியிலிருந்து பிரகாசமான ஒளிவரை.
குறைந்த ஒலியிலிருந்து அதிக ஒலிவரை.
குறைந்த வெப்பநிலையிலிருந்து அதிக வெப்பநிலையிவரை.
குறைந்த அழுத்தத்திலிருந்து அதிக அழுத்தம்வரை.
இவை அனைத்தும் மென்மையாகவும் தொடர்ச்சியாகவும் மாறுகின்றன.
எனவே, அனலாக் சிக்னல்களை அமைதியான மற்றும் படிப்படியாக மாறும் “மென்மையான சிக்னல்கள்” என்று கூறலாம்.

அனலாக் சிக்னல்களின் பண்புகளைப் புரிந்துகொண்ட பிறகு, டிஜிட்டல் சிக்னல்களையும் பார்க்கலாம்.
இதன் மூலம் எது அனலாக், எது டிஜிட்டல் என்பதை தெளிவாக வேறுபடுத்த முடியும். டிஜிட்டல் சிக்னல்களுடன் ஒப்பீடவும் முடியும்.

டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் (Digital Signals)

அப்போது கோபு கேட்டான்:
“அப்படியானால் டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் வேகமான மற்றும் திடீர் மாற்றம் கொண்டவையா?” என்று.

அதற்கு நான் இப்படி பதில் கூறினேன்:
“டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் முழு பண்புகளையும் பார்த்த பிறகு, அவற்றின் நன்மைகளை நீ தெளிவாகப் புரிந்துகொள்வாய்.”

டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் என்பது Discrete Waveform Signals ஆகும். இவை இரண்டு மதிப்புகளை மட்டுமே குறிக்கின்றன:

அவைகள்
0
1

இவை Binary Values எனப்படுகின்றன.

பைனரி எண்கள் (Binary Numbers) பற்றி வரவிருக்கும் பதிவுகளில் விரிவாகப் பார்க்கப் போகிறோம். டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸின் இதயம் என்பதே இந்த பைனரி முறை தான்.

அனலாக் சிக்னல்களைப் போல டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் தொடர்ச்சியாக இருக்காது. அவை படிநிலைகளாக (Steps) மாறும். இது தான் டிஜிட்டல் சிக்னலின் முக்கிய தன்மை ஆகும்.

டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் பின்வரும் இரண்டு நிலைகளை மட்டுமே குறிக்கும்:

ஆன்/ஆஃப் – ON / OFF
ஹை /லோ – HIGH / LOW
ஆம்/ இல்லை – YES / NO
சரி / சரி இல்லை – OK / NOT OK
1 / 0

அதாவது “இது அல்லது அது” (Either / Or) என்ற இரண்டு நிலைகளை மட்டுமே பிரதிநிதித்துவப்படுத்துகின்றன. இன்றைய டிஜிட்டல் உலகை ஆளும் முக்கிய சிக்னல்கள் இவையே.

பின்வரும் சாதனங்களில் டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

கணினிகள் (Computers)
ஸ்மார்ட்போன்கள் (Smartphones)
ரிமோட் கட்டுப்பாடுகள் (Remote Controls)
டிஜிட்டல் கடிகாரங்கள் (Digital Clocks)
டைமர்கள் (Timers)

டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸில் மாற்றம் தொடர்ச்சியாக அல்லாமல் படிநிலைகளில் நடைபெறுவதை கவனிக்க வேண்டும்.

சிக்னல்களின் முக்கிய பண்புகள் (Signal Characteristics)

இப்போது இரண்டு சிக்னல்களின் பண்புகளை தனித் தனியே பாப்போம்.

அனலாக் சிக்னல்கள்

நேரம் மற்றும் அளவீட்டில் தொடர்ச்சியானவை
ஒரு வரம்பிற்குள் எண்ணற்ற மதிப்புகளைப் பெறக்கூடியவை
ஒலி, ஒளி, வெப்பநிலை போன்ற இயற்கை நிகழ்வுகளை பிரதிநிதித்துவப்படுத்தும்
இரைச்சலால் (Noise) எளிதில் பாதிக்கப்படும்
விலகல் (Distortion) ஏற்படக்கூடும்
நீண்ட தூரங்களில் தரம் குறையும்
ஆடியோ மற்றும் ரேடியோ அமைப்புகளில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன

கோபு இடையில் கேட்டான்:
“அனலாக் சிக்னல்களுக்கு சில உதாரணங்கள் கூற முடியுமா?” என்று.
நான் கூறினேன்: “நிச்சயமாக!”

அனலாக் சிக்னல்களின் உதாரணங்கள்

எளிய சைன் அலை (Sine Wave)
மைக்ரோஃபோனிலிருந்து வரும் மின்னழுத்தம்
பழைய கிராமஃபோன் (Gramophone) பதிவுகள்
மனித குரல் போன்ற ஒலி அலைகள்
ஒலி அலைகளை மின்சிக்னல்களாக மாற்றும் மைக்ரோஃபோன் வெளியீடு

விளக்கம்:
அனலாக் அலைவடிவம் காலப்போக்கில் தொடர்ச்சியாக மாறிக்கொண்டே இருக்கும்.

இப்போது டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் பண்புகளைப் பார்ப்போம்.

நேரம் மற்றும் அளவீட்டில் தனித்தனி (Discrete) மதிப்புகளைக் கொண்டவை
பைனரி மதிப்புகள் (0 மற்றும் 1) மூலம் குறிக்கப்படுகின்றன
HIGH (1) மற்றும் LOW (0) என்ற இரண்டு நிலைகள் மட்டுமே
இரைச்சலுக்கு எதிர்ப்பு அதிகம்
விலகல் குறைவு
தர இழப்பு மிகவும் குறைவு
சேமிக்கவும் செயலாக்கவும் எளிதானவை
கணினிகள் மற்றும் டிஜிட்டல் தொடர்பு அமைப்புகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன
நீண்ட தூர தகவல் பரிமாற்றத்திற்கு ஏற்றவை

விளக்கம்:
டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் படிநிலைகளாக மாறுகின்றன. ஒரு தருணத்தில் HIGH நிலையில் இருந்தால், அடுத்த தருணத்தில் LOW நிலைக்கு மாறலாம். இவை தொடர்ச்சியான மாற்றத்தைக் காட்டாது. ஸ்டெப் டவுன் ஸ்டெப் அப், மீண்டும் ஸ்டெப் டவுன் ஸ்டெப் அப் ஆக இருக்கும்.

அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் முக்கிய வேறுபாடுகள்

1. பிரதிநிதித்துவம் (Representation)
அனலாக் சிக்னல்கள் – தொடர்ச்சியான வடிவம்
டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் – தனித்தனி (Discrete) வடிவம்
2. இரைச்சல் (Noise)
அனலாக் சிக்னல்கள் இரைச்சலால் அதிகம் பாதிக்கப்படும்
டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் அதிக உறுதித்தன்மை கொண்டவை
3. விலகல் (Distortion)
அனலாக் சிக்னல்களில் தரம் பாதிக்கப்படலாம்
டிஜிட்டல் சிக்னல்களில் விலகல் மிகவும் குறைவு
4. சேமிப்பு மற்றும் பரிமாற்றம்
அனலாக் சிக்னல்கள் காலப்போக்கில் தரத்தை இழக்கின்றன
டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் தர இழப்பு இல்லாமல் சேமிக்கப்படுகின்றன
5. சிக்கல்தன்மை (Complexity)
அனலாக் அமைப்புகள் எளிமையானவை
டிஜிட்டல் அமைப்புகள் சிக்கலானவை ஆனால் மிகுந்த திறன் கொண்டவை

ஒப்பீட்டு அட்டவணை

(இங்கே Analog vs Digital Signals Comparison Table-ஐ சேர்க்கலாம்.)

மேலுள்ள ஒப்பீட்டிலிருந்து, நவீன டிஜிட்டல் உலகில் டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் நன்மைகள் எவ்வளவு முக்கியமானவை என்பதை தெளிவாகப் புரிந்துகொள்ளலாம்.

பயன்பாடுகள் (Applications)

அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் பயன்பாட்டை தனித் தனியே பாப்போம்.

அனலாக் சிக்னல்கள் பயன்படுத்தப்படும் துறைகள்

ஆடியோ மற்றும் வீடியோ பரிமாற்றம்
ரேடியோ ஒலிபரப்பு
வெப்பநிலை உணரிகள் (Temperature Sensors)

டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் பயன்படுத்தப்படும் துறைகள்

கணினிகள் மற்றும் ஸ்மார்ட்போன்கள்
Wi-Fi மற்றும் Bluetooth தொடர்பு
டிஜிட்டல் கடிகாரங்கள்
விண்வெளி தொழில்நுட்பம்
மேலும் பல நவீன மின்னணு அமைப்புகள்

இதையும் அவசியம் படிங்க: டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் அடிப்படை அறிமுகம்.

முடிவுரை

இந்த பதிவில், அனலாக் சிக்னல்களுடன் ஒப்பிடும்போது டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் நன்மைகளை விரிவாகப் பார்த்தோம்.
இன்றைய நவீன உலகில் டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் மிகவும் முக்கியமான பங்காற்றுகின்றன. தகவல் தொடர்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் (Control Systems) ஆகியவை அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் சிக்னல்களின் உதவியுடன் திறம்பட செயல்படுகின்றன.

ஒவ்வொரு பயன்பாட்டிற்கும் பொருத்தமான சிக்னல் வகை தேர்வு செய்யப்படுகிறது. எனினும், தற்போதைய உலகில் அதிகமான பயன்பாடுகள் டிஜிட்டல் அமைப்புகளை நோக்கி நகர்ந்து வருகின்றன.
எனவே, டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் தொடர்பான அறிவு, திறன் மற்றும் புரிதலை தொடர்ந்து வளர்த்துக்கொள்வது அவசியமாகிறது.

இந்த பாடம் முடிவடையும் போது, ராஜுவும் கோபுவும் மின்னணு சிக்னல்கள் குறித்து, குறிப்பாக டிஜிட்டல் சிக்னல்கள் பற்றிய சரியான மற்றும் போதுமான அறிவைப் பெற்றதாக மகிழ்ச்சி அடைந்தனர்.

அடுத்த அமர்வில், டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸின் அடிப்படையான பைனரி எண் முறை (Binary Number System) பற்றி விரிவாகப் பார்க்க உள்ளோம்.
அதுவரை, இந்த பதிவை முழுமையாகப் படித்து உங்கள் அறிவை மேம்படுத்திக் கொள்ளுங்கள்.