调示波器时，探头夹在麦克风线上看到的是连续起伏的曲线；换上采集卡录进电脑，存下来的是一串数字。同一段声音，两种形态。

数字信号是时间和幅度都离散的信号。时间离散靠采样，幅度离散靠量化，最后编码成二进制。三步做完，那条模拟电压曲线就变成了文件里的一堆字节。

采样和量化在做什么

采样按固定间隔取值。按奈奎斯特定理，采样率至少要是信号最高频率的两倍，否则高频会被折叠成低频，出现混叠。44.1kHz 的音频就是按人耳 20kHz 上限留的余量。

量化是把取到的连续幅度切成有限个档位。16bit 音频有 65536 个档，档与档之间的误差就是量化噪声。位数每加 1，信噪比大约提升 6dB，这也是录音棚愿意用 24bit 的原因。

从 ADC 到文件

模拟信号进 ADC，先采样保持，再量化编码，输出一串二进制。以 44.1kHz、16bit、双声道为例，每秒的数据量是 44100 乘 16 乘 2，约 1411kbps，一分钟大约 10MB。这就是为什么音频必须压缩，MP3 和 AAC 干的都是去掉人耳不敏感部分的活。

采样率选低了会出现混叠：一段 15kHz 的高频，用 20kHz 采样，会被还原成 5kHz 的怪声。这种失真回不去，只能提高采样率或者前端加抗混叠滤波。

和模拟信号的区别

  • 抗干扰：数字信号只看高低电平，途中的小畸变可以被判决电路纠正；模拟信号的失真是叠加进去的，越传越差。
  • 可存储可复制：能压缩、能纠错、复制多少次都不失真。
  • 代价：要时钟同步，采样率对不上就没法直接对接，还多出量化误差和处理延迟。

但数字不等于绝对可靠。时钟抖动、码间干扰、采样点正好落在跳变沿上，都会让眼图闭合、误码率上升。调高速串口时看到零星 CRC 错误，多半是这几项，而不是线材坏了。

身边常见的例子

PCM 音频、SPI 和 I2C 总线上的方波、以太网的差分对、摄像头输出的 MIPI 数据，都是数字信号。判断一根线上跑的是不是数字量很简单：看它是不是只在两个电平区间内取值。

一句话取舍：要远距离传输和长期保存，走数字化更合适；要极低延迟和连续反馈，模拟链路仍然更直接。