電気信号の種類

BogusBusを使用すると、信号は非常にシンプルでわかりやすくなりました。各信号線（1〜5）は、1ビットのデジタルデータを伝送しました。0ボルトは「オフ」を表し、24ボルトDCは「オン」を表します。すべてのビットが同時に宛先に到着したため、BogusBusを 並列と呼びます。 ネットワークテクノロジー 。

バイナリエンコーディング（送信機側）とデコード（受信機側）を追加してBogusBusのパフォーマンスを向上させ、より少ないワイヤでより多くの解像度のステップを利用できるようにした場合でも、並列ネットワークになります。

ただし、送信機側にパラレルからシリアルへのコンバーターを追加し、受信機側にシリアルからパラレルへのコンバーターを追加すると、まったく異なるものになります。

データビットを送信するための巧妙な方法を発明することを余儀なくされているのは、主にシリアルテクノロジーの使用によるものです。

シリアルデータでは、送信機から受信機まで同じ配線チャネルを介してすべてのデータビットを送信する必要があるため 、ネットワーク配線に高周波信号が必要になる可能性があります。

次の図を考えてみましょう。変更されたBogusBusシステムは、デジタルデータを並列のバイナリエンコード形式で通信しています。元のBogusBusのような5つの個別のビットの代わりに、送信機から受信機に8ビットを送信します。

送信機側のA / Dコンバータは、毎秒新しい出力を生成します。これにより、1秒あたり8ビットのデータが受信者に送信されます。

たとえば、送信機は更新ごとに（1秒に1回）10101010と10101011の出力間でバウンスしています：

最下位ビット（ビット1）のみが変更されているため、そのワイヤの（アースへの）周波数はわずか1/2ヘルツです。実際、更新の間にA / Dコンバーターによって生成されている数値に関係なく、この変更されたBogusBusネットワークのワイヤーの周波数は1/2ヘルツを超えることはできません。これは、A / Dがデジタル出力を更新する速度だからです。 1/2ヘルツはかなり遅いので、ネットワーク配線に問題はありません。

一方、8ビットシリアルネットワークを使用した場合は、すべてのデータビットが順番に単一チャネルに表示される必要があります。そして、これらのビットは、A / Dコンバータの更新間の1秒の時間枠内に送信機によって出力される必要があります。

したがって、10101010と10101011の交互のデジタル出力（1秒に1回）は次のようになります。

BogusBus信号の周波数は、1/2ヘルツではなく約4ヘルツになり、8倍になりました！

4ヘルツはまだかなり遅く、エンジニアリングの問題にはなりませんが、パリティチェックと信号同期に必要な他のビットとともに、更新ごとに32ビットまたは64ビットのデータを送信した場合に何が起こるかを理解できるはずです。 、1秒間に数千回の更新レートで！

シリアルデータネットワークの周波数が無線範囲に入り始め、単純なワイヤがアンテナとして機能し始め、ワイヤのペアが伝送ラインとして機能し始め、誘導性および容量性リアクタンスに関連するすべての癖があります。

シリアルネットワーク通信で処理されるデータは、情報のバイナリビットである方形波データです。方形波は独特なものであり、振幅が減少し周波数が増加する無限の一連の正弦波と数学的に同等です。

10 kHzの単純な方形波は、実際には、ネットワークの静電容量とインダクタンスによって、かなりの振幅で数百kHzに及ぶ一連の複数の正弦波周波数として「認識」されます。長い2導体ネットワークのもう一方の端で受信するものは、最高の条件下でも、もはやきれいな方形波のようには見えません！

帯域幅

エンジニアがネットワークについて話すとき帯域幅 、ネットワークメディアの実際の周波数制限を指します。シリアル通信では、帯域幅はデータ量（送信される「ワード」あたりのバイナリビット）とデータ速度（「ワード」/秒）の積です。

ネットワーク帯域幅の標準的な測定値は、ビット/秒、つまり bps 。 ボーと呼ばれる廃止された帯域幅の単位 はビット/秒と誤って同一視されることもありますが、実際には信号レベルの変化の尺度です。 1秒あたり。

多くのシリアルネットワーク規格では、複数の電圧または電流レベルの変更を使用して1つのビットを表しているため、これらのアプリケーションでは、bpsとbaudは同等ではありません。

一般的なグラウンド方法

一般的なBogusBus設計。すべてのビットは、共通の「アース」接続を基準とした電圧です。 は、高周波方形波データ通信の最悪の状況です。

誘導性および容量性の影響を最小限に抑えることができる短距離ではすべてがうまく機能しますが、長距離ではこの方法は確かに問題があります：

差動電圧法

一般的な地上信号方式の強力な代替手段は、差動です。 電圧方式。各ビットは、1本のワイヤと共通のグランド間の電圧ではなく、グランドで絶縁されたワイヤのペア間の電圧の差で表されます。

これにより、各信号に課せられる容量性および誘導性の影響と、外部の電気的干渉によって信号が破損する傾向が制限される傾向があり、それによってシリアルネットワークの実際の距離が大幅に改善されます。

三角形の増幅器の記号は、差動増幅器を表します。 、2本のワイヤ間で電圧信号を出力します。どちらも電気的にアースと共通ではありません。電圧信号とアースの関係を排除したため、信号電圧に課せられる重要な静電容量は、2本の信号線の間に存在する静電容量だけです。

接地接続を介した2本の信号線間の容量経路は直列の2つの静電容量（信号線＃1から接地、次に接地から信号線＃2）であるため、信号線と接地導体間の静電容量の影響ははるかに少なくなります。 ）、および直列容量の値は、常に個々の容量のいずれよりも小さくなります。

さらに、外部ソースによって信号線とアースの間に誘導される「ノイズ」電圧は無視されます。これは、そのノイズ電圧が両方に誘導される可能性があるためです。 信号線は同等であり、受信アンプは差動にのみ応答します。 2本の信号線のいずれかとアース間の電圧ではなく、2本の信号線間の電圧。

RS-232Cは接地基準シリアルネットワークの代表的な例であり、RS-422Aは差動電圧シリアルネットワークの代表的な例です。 RS-232Cは、電気的干渉がほとんどなく、配線距離が短いオフィス環境で人気のあるアプリケーションです。

RS-422Aは、配線距離が長く、AC電源配線からの電気的干渉の可能性が高い産業用アプリケーションでより広く使用されています。

ただし、デジタルネットワーク信号の問題の大部分は、前述のように、そのような電圧の方形波の性質です。

方形波をすべて一緒に回避できれば、長い高周波ネットワークに固有の問題の多くを回避できます。これを行う1つの方法は、変調することです。 デジタルデータを使用した正弦波電圧信号。

「変調」 つまり、ある信号の大きさが別の信号のある側面を制御しているということです。無線技術は、可聴周波数電圧信号がはるかに高い周波数の「キャリア」電圧の振幅（AM）または周波数（FM）のいずれかを制御できるようにするために、何十年にもわたって変調を組み込んでいます。

周波数変調（FM）技術は、周波数シフトキーイング（FSK）と呼ばれることを除いて、振幅変調（AM）よりもデジタルネットワークで多くの用途があります。単純なFSKでは、2つの異なる周波数の正弦波を使用して、2つのバイナリ状態1と0を表します。

低/高周波正弦波を0と1の任意の組み合わせでゼロクロスオーバーポイントで開始および終了させるという実際的な問題のため、位相連続FSKと呼ばれるFSKのバリエーションが使用されることがあります。>組み合わせ 低/高周波数のは一方のバイナリ状態を表し、高/低周波数の組み合わせはもう一方を表します。

これにより、各ビットが0であろうと1であろうと、ネットワークに沿って送信するのにまったく同じ時間がかかるという状況も発生します。

正弦波信号電圧を使用すると、方形波デジタル信号で発生する問題の多くが最小限に抑えられますが、ネットワーク信号を変調（および復調）するために必要な回路はより複雑で高価です。

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