전기 신호 유형

BogusBus를 사용하여 우리의 신호는 매우 간단하고 간단했습니다. 각 신호 와이어(1~5)는 단일 비트의 디지털 데이터를 전달했습니다. 0볼트는 "꺼짐"을 나타내고 24볼트 DC는 "켜짐"을 나타냅니다. 모든 비트가 동시에 목적지에 도착했기 때문에 우리는 BogusBus를 병렬 네트워크 기술 .

이진 인코딩(송신기 측) 및 디코딩(수신기 측)을 추가하여 BogusBus의 성능을 개선하여 더 적은 수의 전선으로 더 많은 해상도 단계를 사용할 수 있도록 한다면 여전히 병렬 네트워크가 됩니다.

그러나 송신기 끝에 병렬-직렬 변환기를 추가하고 수신기 끝에 직렬-병렬 변환기를 추가하면 완전히 다른 결과가 나타납니다.

주로 직렬 기술을 사용하여 데이터 비트를 전송하는 영리한 방법을 발명해야 합니다.

직렬 데이터는 송신기에서 수신기로 동일한 배선 채널을 통해 모든 데이터 비트를 보내야 하기 때문에 , 네트워크 배선에 잠재적으로 높은 주파수 신호가 필요합니다.

다음 그림을 고려하십시오. 수정된 BogusBus 시스템은 디지털 데이터를 병렬로 이진 인코딩된 형식으로 통신합니다. 원래 BogusBus와 같은 5개의 개별 비트 대신 송신기에서 수신기로 8비트를 전송합니다.

송신기 측의 A/D 변환기는 매초 새로운 출력을 생성합니다. 그러면 초당 8비트의 데이터가 수신기로 전송됩니다.

예를 들어, 송신기는 모든 업데이트(초당 한 번)의 출력 10101010과 10101011 사이에서 바운스됩니다.

최하위 비트(Bit 1)만 변경되기 때문에 해당 와이어(접지)의 주파수는 1/2 Hertz에 불과합니다. 사실, 업데이트 사이에 A/D 변환기에 의해 생성되는 숫자에 관계없이 이 수정된 BogusBus 네트워크의 모든 전선의 주파수는 1/2 Hertz를 초과할 수 없습니다. 왜냐하면 이것이 A/D가 디지털 출력을 업데이트하는 속도이기 때문입니다. 1/2 Hertz는 매우 느리고 네트워크 배선에 문제가 없을 것입니다.

반면에 8비트 직렬 네트워크를 사용하는 경우 모든 데이터 비트가 단일 채널에 순서대로 나타나야 합니다. 그리고 이러한 비트는 A/D 변환기 업데이트 사이의 1초 시간 창 내에서 송신기에서 출력되어야 합니다.

따라서 10101010 및 10101011(초당 한 번)의 교대 디지털 출력은 다음과 같습니다.

BogusBus 신호의 주파수는 이제 8배 증가한 1/2Hz가 아닌 약 4Hz입니다!

4 헤르츠는 여전히 상당히 느리고 엔지니어링 문제를 구성하지 않지만 패리티 검사 및 신호 동기화에 필요한 다른 비트와 함께 업데이트당 32비트 또는 64비트의 데이터를 전송하는 경우 어떤 일이 발생할 수 있는지 이해할 수 있습니다. , 초당 수천 번 업데이트 속도로!

직렬 데이터 네트워크 주파수가 무선 범위에 들어오기 시작하고 단순한 전선이 안테나 역할을 하기 시작하고 전선 쌍이 유도성 및 용량성 리액턴스로 인한 모든 관련 문제와 함께 전송 라인으로 작동하기 시작합니다.

직렬 네트워크 통신에서 처리되는 데이터는 정보의 이진 비트인 구형파 데이터입니다. 구형파는 진폭이 감소하고 주파수가 증가하는 무한한 사인파 시리즈와 수학적으로 등가인 독특한 것입니다.

10kHz의 단순한 구형파는 실제로 네트워크의 커패시턴스와 인덕턴스에 의해 상당한 진폭에서 수백 kHz까지 확장되는 일련의 다중 사인파 주파수로 "보여집니다". 긴 2도체 네트워크의 다른 쪽 끝에서 수신하는 것은 최상의 조건에서도 더 이상 깨끗한 구형파처럼 보이지 않습니다!

대역폭

엔지니어가 네트워크 대역폭에 대해 말할 때 , 그들은 네트워크 매체의 실제 주파수 제한을 언급하고 있습니다. 직렬 통신에서 대역폭은 데이터 볼륨(전송된 "워드"당 이진 비트)과 데이터 속도(초당 "워드")의 곱입니다.

네트워크 대역폭의 표준 측정값은 초당 비트 수 또는 bps입니다. . baud로 알려진 더 이상 사용되지 않는 대역폭 단위 때때로 초당 비트 수와 잘못 동일시되지만 실제로는 신호 레벨 변화의 척도입니다. 초당.

많은 직렬 네트워크 표준은 단일 비트를 나타내기 위해 여러 전압 또는 전류 레벨 변경을 사용하므로 이러한 애플리케이션의 경우 bps와 baud는 동일하지 않습니다.

공통 접지 방법

모든 비트가 공통 "접지" 연결을 참조하는 전압인 일반적인 BogusBus 설계 , 고주파 구형파 데이터 통신에 대한 최악의 상황입니다.

유도성 및 용량성 효과를 최소화할 수 있는 단거리에서는 모든 것이 잘 작동하지만 장거리에서는 이 방법이 확실히 문제가 될 것입니다.

차동 전압 방식

공통 접지 신호 방식의 강력한 대안은 차동입니다. 전압 방식에서 각 비트는 한 와이어와 공통 접지 사이의 전압 대신 접지 절연 와이어 쌍 사이의 전압 차이로 표시됩니다.

이는 각 신호에 부과되는 용량성 및 유도성 효과와 외부 전기 간섭으로 인해 신호가 손상되는 경향을 제한하는 경향이 있어 직렬 네트워크의 실제 거리를 크게 향상시킵니다.

삼각형 증폭기 기호는 차동 증폭기를 나타냅니다. , 접지와 전기적으로 공통인 두 와이어 사이의 전압 신호를 출력합니다. 전압 신호와 접지 간의 관계를 제거한 후 신호 전압에 부과되는 중요한 정전 용량은 두 신호 와이어 사이에 존재하는 정전 용량뿐입니다.

신호 와이어와 접지된 도체 사이의 커패시턴스는 접지 연결을 통한 두 신호 와이어 사이의 커패시턴스 경로가 직렬로 연결된 두 개의 커패시턴스(신호 와이어 #1에서 접지로, 접지에서 신호 와이어 #2로 ) 및 직렬 커패시턴스 값은 항상 개별 커패시턴스보다 작습니다.

또한 외부 소스에 의해 신호 와이어와 접지 사이에 유도된 "노이즈" 전압은 무시됩니다. 노이즈 전압은 양쪽 모두에 유도될 가능성이 높기 때문입니다. 신호 와이어는 동일한 측정으로, 수신 증폭기는 차동에만 응답합니다. 둘 중 하나와 접지 사이의 전압이 아니라 두 신호 와이어 사이의 전압입니다.

RS-232C는 접지 참조 직렬 네트워크의 대표적인 예이고 RS-422A는 차동 전압 직렬 네트워크의 대표적인 예입니다. RS-232C는 전기 간섭이 적고 배선 거리가 짧은 사무실 환경에서 널리 사용됩니다.

RS-422A는 배선 거리가 더 길고 AC 전원 배선의 전기적 간섭 가능성이 더 큰 산업 응용 분야에서 더 널리 사용됩니다.

그러나 디지털 네트워크 신호의 큰 문제는 앞서 언급한 바와 같이 이러한 전압의 구형파 특성입니다.

구형파를 함께 ​​피할 수만 있다면 길고 고주파수 네트워크에서 내재된 많은 어려움을 피할 수 있습니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 변조하는 것입니다. 디지털 데이터가 포함된 사인파 전압 신호입니다.

"변조" 한 신호의 크기가 다른 신호의 일부 측면을 제어할 수 있음을 의미합니다. 무선 기술은 오디오 주파수 전압 신호가 훨씬 더 높은 주파수 "반송파" 전압의 진폭(AM) 또는 주파수(FM)를 제어할 수 있도록 하는 데 수십 년 동안 변조를 통합한 다음 전송을 위해 안테나로 보냅니다.

주파수 변조(FM) 기술은 FSK(주파수 편이 변조)라고 하는 것을 제외하고는 진폭 변조(AM)보다 디지털 네트워크에서 더 많이 사용됩니다. 단순 FSK를 사용하면 두 가지 고유한 주파수의 사인파가 두 가지 이진 상태인 1과 0을 나타내는 데 사용됩니다.

저주파/고주파 사인파가 0과 1의 주어진 조합에 대해 0 교차점에서 시작하고 끝나는 실제 문제로 인해 위상 연속 FSK라고 하는 FSK 변형이 때때로 사용됩니다. 여기서 연속 조합 저주파/고주파의 하나는 이진 상태를 나타내고 고주파/저주파의 조합은 다른 하나를 나타냅니다.

이것은 또한 각 비트가 0이든 1이든 네트워크를 따라 전송하는 데 정확히 동일한 시간이 걸리는 상황을 만듭니다.

사인파 신호 전압을 사용하면 네트워크 신호를 변조(및 복조)하는 데 필요한 회로가 더 복잡하고 비용이 많이 들지만 구형파 디지털 신호에서 발생하는 많은 문제가 최소화됩니다.

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