Jenis Sinyal Listrik

Dengan BogusBus, sinyal kami sangat sederhana dan lugas:setiap kabel sinyal (1 hingga 5) membawa satu bit data digital, 0 Volt mewakili "mati" dan 24 Volt DC mewakili "aktif". Karena semua bit tiba di tujuan secara bersamaan, kami akan menyebut BogusBus sebagai paralel teknologi jaringan .

Jika kita ingin meningkatkan kinerja BogusBus dengan menambahkan pengkodean biner (ke ujung pemancar) dan dekode (ke ujung penerima), sehingga lebih banyak langkah resolusi tersedia dengan lebih sedikit kabel, itu masih akan menjadi jaringan paralel.

Namun, jika kita menambahkan konverter paralel-ke-serial di ujung pemancar dan konverter serial-ke-paralel di ujung penerima, kita akan memiliki sesuatu yang sangat berbeda.

Terutama dengan penggunaan teknologi serial, kami dipaksa untuk menemukan cara cerdas untuk mengirimkan bit data.

Karena data serial mengharuskan kami mengirim semua bit data melalui saluran kabel yang sama dari pemancar ke penerima , ini memerlukan sinyal frekuensi tinggi yang berpotensi pada kabel jaringan.

Perhatikan ilustrasi berikut:sistem BogusBus yang dimodifikasi sedang mengomunikasikan data digital secara paralel, dalam bentuk kode biner. Alih-alih 5 bit diskrit seperti BogusBus asli, kami mengirim 8 bit dari pemancar ke penerima.

Konverter A/D di sisi pemancar menghasilkan keluaran baru setiap detik. Itu menghasilkan 8 bit per detik data yang dikirim ke penerima.

Misalnya, pemancar memantul antara keluaran 10101010 dan 10101011 setiap pembaruan (sekali per detik):

Karena hanya bit paling tidak signifikan (Bit 1) yang berubah, frekuensi pada kabel tersebut (ke ground) hanya 1/2 Hertz. Faktanya, tidak peduli berapa pun angka yang dihasilkan oleh konverter A/D di antara pembaruan, frekuensi pada kabel apa pun di jaringan BogusBus yang dimodifikasi ini tidak dapat melebihi 1/2 Hertz, karena itulah seberapa cepat A/D memperbarui output digitalnya. 1/2 Hertz cukup lambat, dan seharusnya tidak menimbulkan masalah untuk kabel jaringan kami.

Di sisi lain, jika kita menggunakan jaringan serial 8-bit, semua bit data harus muncul pada saluran tunggal secara berurutan. Dan bit ini harus dikeluarkan oleh pemancar dalam rentang waktu 1 detik antara pembaruan konverter A/D.

Oleh karena itu, output digital bolak-balik 10101010 dan 10101011 (sekali per detik) akan terlihat seperti ini:

Frekuensi sinyal BogusBus kami sekarang kira-kira 4 Hertz bukannya 1/2 Hertz, peningkatan delapan kali lipat!

Meskipun 4 Hertz masih cukup lambat, dan bukan merupakan masalah teknis, Anda seharusnya dapat memahami apa yang mungkin terjadi jika kami mentransmisikan 32 atau 64 bit data per pembaruan, bersama dengan bit lain yang diperlukan untuk pemeriksaan paritas dan sinkronisasi sinyal , dengan kecepatan pembaruan ribuan kali per detik!

Frekuensi jaringan data serial mulai memasuki jangkauan radio, dan kabel sederhana mulai bertindak sebagai antena, pasangan kabel sebagai jalur transmisi, dengan semua kebiasaan terkaitnya karena reaktansi induktif dan kapasitif.

Data yang diproses dalam komunikasi jaringan serial adalah data gelombang persegi yang merupakan bit informasi biner. Gelombang persegi adalah hal yang aneh, secara matematis setara dengan rangkaian gelombang sinus tak terbatas dengan amplitudo yang semakin berkurang dan frekuensi yang meningkat.

Gelombang persegi sederhana pada 10 kHz sebenarnya "dilihat" oleh kapasitansi dan induktansi jaringan sebagai serangkaian frekuensi gelombang sinus ganda yang meluas ke ratusan kHz pada amplitudo yang signifikan. Apa yang kami terima di ujung lain dari jaringan 2 konduktor yang panjang tidak akan terlihat seperti gelombang persegi yang bersih lagi, bahkan dalam kondisi terbaik!

Bandwidth

Ketika insinyur berbicara tentang jaringan bandwidth , mereka mengacu pada batas frekuensi praktis dari media jaringan. Dalam komunikasi serial, bandwidth adalah produk dari volume data (bit biner per "kata" yang ditransmisikan) dan kecepatan data ("kata" per detik).

Ukuran standar bandwidth jaringan adalah bit per detik, atau bps . Unit bandwidth usang yang dikenal sebagai baud terkadang disamakan dengan bit per detik, tetapi sebenarnya ukuran perubahan level sinyal per detik.

Banyak standar jaringan serial menggunakan beberapa perubahan level tegangan atau arus untuk mewakili satu bit, sehingga untuk aplikasi ini bps dan baud tidak setara.

Metode Dasar Umum

Desain BogusBus umum, di mana semua bit adalah tegangan yang direferensikan ke koneksi “ground” umum , adalah situasi terburuk untuk komunikasi data gelombang persegi frekuensi tinggi.

Semuanya akan bekerja dengan baik untuk jarak pendek, di mana efek induktif dan kapasitif dapat diminimalkan, tetapi untuk jarak jauh metode ini pasti akan bermasalah:

Metode Tegangan Diferensial

Sebuah alternatif yang kuat untuk metode sinyal common ground adalah diferensial metode tegangan, di mana setiap bit diwakili oleh perbedaan tegangan antara sepasang kabel yang diisolasi dari arde, bukan tegangan antara satu kabel dan arde yang sama.

Hal ini cenderung membatasi efek kapasitif dan induktif yang dikenakan pada setiap sinyal dan kecenderungan sinyal menjadi rusak karena gangguan listrik luar, sehingga secara signifikan meningkatkan jarak praktis jaringan serial:

Simbol penguat segitiga mewakili penguat diferensial , yang mengeluarkan sinyal tegangan antara dua kabel, tidak satu pun yang sama secara elektrik dengan ground. Setelah menghilangkan hubungan apa pun antara sinyal tegangan dan ground, satu-satunya kapasitansi signifikan yang dikenakan pada tegangan sinyal adalah yang ada di antara dua kabel sinyal.

Kapasitansi antara kabel sinyal dan konduktor ground memiliki efek yang jauh lebih kecil, karena jalur kapasitif antara dua kabel sinyal melalui koneksi ground adalah dua kapasitansi secara seri (dari kabel sinyal #1 ke ground, kemudian dari ground ke kabel sinyal #2 ), dan nilai kapasitansi seri selalu lebih kecil dari kapasitansi individu mana pun.

Selanjutnya, setiap tegangan “gangguan” yang diinduksi antara kabel sinyal dan pembumian oleh sumber eksternal akan diabaikan, karena tegangan gangguan tersebut kemungkinan akan diinduksi pada keduanya kabel sinyal dalam ukuran yang sama, dan penguat penerima hanya merespons diferensial tegangan antara dua kabel sinyal, bukan tegangan antara salah satu dari mereka dan arde.

RS-232C adalah contoh utama dari jaringan serial yang direferensikan ke tanah, sedangkan RS-422A adalah contoh utama dari jaringan serial tegangan diferensial. RS-232C menemukan aplikasi populer di lingkungan kantor di mana ada sedikit gangguan listrik dan jarak kabel pendek.

RS-422A lebih banyak digunakan dalam aplikasi industri di mana ada jarak kabel yang lebih panjang dan potensi gangguan listrik yang lebih besar dari kabel daya AC.

Namun, sebagian besar masalah dengan sinyal jaringan digital adalah sifat gelombang persegi dari tegangan tersebut, seperti yang telah disebutkan sebelumnya.

Jika saja kita dapat menghindari gelombang persegi bersama-sama, kita dapat menghindari banyak kesulitan yang melekat pada jaringan frekuensi tinggi yang panjang. Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan memodulasi sinyal tegangan gelombang sinus dengan data digital kami.

“Modulasi” berarti bahwa besarnya satu sinyal memiliki kendali atas beberapa aspek dari sinyal lain. Teknologi radio telah menggabungkan modulasi selama beberapa dekade sekarang, dalam memungkinkan sinyal tegangan frekuensi audio untuk mengontrol baik amplitudo (AM) atau frekuensi (FM) dari tegangan "pembawa" frekuensi yang jauh lebih tinggi, yang kemudian dikirim ke antena untuk transmisi.

Teknik modulasi frekuensi (FM) lebih banyak digunakan dalam jaringan digital daripada modulasi amplitudo (AM), kecuali yang disebut sebagai Frequency Shift Keying (FSK). Dengan FSK sederhana, gelombang sinus dari dua frekuensi berbeda digunakan untuk mewakili dua keadaan biner, 1 dan 0:

Karena masalah praktis untuk mendapatkan gelombang sinus frekuensi rendah/tinggi untuk memulai dan berakhir pada titik persilangan nol untuk setiap kombinasi 0 dan 1, variasi FSK yang disebut FSK fase-kontinu kadang-kadang digunakan, di mana berturut-turut kombinasi frekuensi rendah/tinggi mewakili satu keadaan biner dan kombinasi frekuensi tinggi/rendah mewakili yang lain.

Ini juga membuat situasi di mana setiap bit, apakah itu 0 atau 1, membutuhkan jumlah waktu yang sama persis untuk mengirim di sepanjang jaringan:

Dengan tegangan sinyal gelombang sinus, banyak masalah yang dihadapi dengan sinyal digital gelombang persegi diminimalkan, meskipun sirkuit yang diperlukan untuk memodulasi (dan mendemodulasi) sinyal jaringan lebih kompleks dan mahal.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Jenis Sinyal Listrik