Processamento de Sinal: Abordagens Analógica e Digital

As operações de processamento de sinal, envolvidas na construção de sistemas de comunicação, controle, sensoriamento remoto, instrumentos para processamento de sinais biológicos e muitas outras aplicações, podem ser implementadas de duas maneiras fundamentalmente diferentes: a abordagem analógica (ou de tempo contínuo) e a abordagem digital (ou de tempo discreto).

Abordagem Analógica: Características e Operação

Como o nome implica, o processamento analógico de sinal recorre ao uso de elementos de circuito analógicos como, por exemplo, resistores, capacitores, indutores, amplificadores transistorizados e diodos.

O principal atributo da abordagem analógica é a capacidade natural de resolver equações diferenciais que descrevem sistemas físicos, sem ter de recorrer a soluções aproximadas. Essas soluções também são obtidas em tempo real, independentemente da faixa de frequência do sinal de entrada, uma vez que os mecanismos subjacentes responsáveis pelas operações da abordagem analógica são todos físicos por natureza.

Abordagem Digital: Fundamentos e Componentes

O processamento digital de sinal, por outro lado, recorre a três elementos de computador digitais básicos: somadores e multiplicadores (para operações aritméticas) e memória (para armazenamento).

Em contrapartida, a abordagem digital recorre a computações numéricas para suas operações. O tempo necessário para executar essas computações determina se a abordagem digital é capaz de operar em tempo real, ou seja, manter-se a par das mudanças no sinal de entrada.

Em outras palavras, a abordagem analógica tem a garantia de operação em tempo real, mas não há essa garantia para a abordagem digital.

Vantagens do Processamento Digital de Sinal

• Flexibilidade: A mesma máquina digital (hardware) pode ser usada para implementar diferentes versões de uma operação de processamento de sinal de interesse (por exemplo, filtragem) simplesmente fazendo modificações no software (programa) carregado na máquina. Por outro lado, no caso de uma máquina analógica, o sistema tem de ser reprojetado todas as vezes que as especificações de processamento de sinal são modificadas.
• Repetitividade: Uma operação de processamento de sinal prescrita (por exemplo, controle de um robô) pode ser repetida de maneira exata muitas vezes quando implementada por meios digitais. Em contrapartida, os sistemas analógicos sofrem variações de parâmetros, as quais podem surgir devido a mudanças na tensão da fonte de energia ou na temperatura ambiente.

A abordagem digital, no entanto, exige uma maior complexidade de circuito do que a abordagem analógica.

A crescente disponibilidade de circuitos VLSI (Very Large Scale Integration) na forma de chips de silício tornou os componentes eletrônicos digitais relativamente baratos, em relação às suas contrapartes analógicas, numa ampla variedade de frequências que inclui tanto sinais de fala quanto de vídeo.

Considerações Finais na Escolha da Abordagem

Na análise final, entretanto, a escolha de uma abordagem analógica ou digital para a solução de um problema de processamento de sinais somente pode ser determinada pela aplicação em questão, pelos recursos disponíveis e pelo custo envolvido na construção do sistema.

Deve-se notar também que a grande maioria dos sistemas construídos, na prática, são “mistos” por natureza, combinando os recursos desejáveis tanto da abordagem analógica quanto da digital no processamento de sinais.