Jak dane przemieszczają się wewnątrz drutu?

Wiem, że to bardzo podstawowe pytanie, ale odpowiedzi zwrócone przez Google są zbyt skomplikowane, żebym je zrozumiał. Nie pytam o modulację tutaj. Chcę wiedzieć, co dokładnie zawiera dane.

Pozwól mi wyjaśnić moje wątpliwości:

Załóżmy, że z mojego komputera chcę przesłać numer dziesięć. Zostanie przekonwertowany na binarny i otrzyma 00001010. Następnie zostanie przesłany do modemu, który przekształci się w sygnał analogowy. Ten sygnał analogowy przepłynie następnie przez drut i dotrze do miejsca docelowego, gdzie zostanie ponownie przekonwertowany na binarny, a użytkownik otrzyma numer.

Gdyby to był sygnał cyfrowy, wartość byłaby przesyłana jako kombinacja wysokiego i niskiego napięcia.

To, co przepływa przez drut, to prąd.

Jak ten prąd przenosi dane? Prąd to w zasadzie płynące elektrony.

Prędkość elektronów zależy od przyłożonego napięcia (to pamiętam ze szkoły). Ale moje dane są odbierane prawie natychmiast.

Więc jeśli byłby obecny przy moich danych, nie podróżowałby tak szybko.

Czytałem gdzieś, że druty przesyłają dane prawie z prędkością światła. W jaki sposób?

Co zawiera moje dane? Tylko fale elektromagnetyczne poruszają się tak szybko.

Proszę pomóż mi. Być może brakuje mi tutaj wielu podstawowych punktów. Nie studiowałem trybów komunikacji.

Jak ten prąd przenosi dane?

Prąd i napięcie są nierozłączne. Prąd płynie, ponieważ na przewodzie jest napięcie i istnieje ścieżka przewodząca od tego napięcia do napięcia niższego.

Możemy więc powiedzieć, że dane są kodowane jako impulsy napięcia lub impulsy prądu, to nie ma znaczenia. Często wysokie napięcie (5 V) oznacza „1”, a niskie napięcie (0 V) oznacza „0”. Ale możesz wybrać dowolne dwa napięcia, które ci się podobają. 3,3 i 0 V. 0 i 3,3 V. -0,8 i -1,2 V. Zgodnie z tym, co działa najlepiej w twoim projekcie.

Czytałem gdzieś, że druty przesyłają dane prawie z prędkością światła. W jaki sposób? Co zawiera moje dane? Tylko fale elektromagnetyczne poruszają się tak szybko.

Innym sposobem patrzenia na rzeczy jest to, że napięcie w miejscu na przewodzie jest po prostu prostszym sposobem patrzenia na fakt, że pomiędzy drutem a wszystkim wokół niego jest pole elektryczne.

Kiedy sygnał rozchodzi się wzdłuż drutu, w rzeczywistości propaguje się pole elektromagnetyczne między drutem a pobliskim przewodnikiem „uziemiającym” lub „powrotnym”. Tak więc w rzeczywistości jest to fala elektromagnetyczna, a nie masywny obiekt (jak elektron), który przenosi sygnał wzdłuż drutu.

Czytałem gdzieś, że druty przesyłają dane prawie z prędkością światła. W jaki sposób? Co zawiera moje dane? Tylko fale elektromagnetyczne poruszają się tak szybko.

Prawo Ohma jest świetne. Mówi ci, że jeśli przyłożysz 1 wolt do rezystora 1 om, przepłynie 1 amp. Ukrywa jednak mroczną prawdę, którą najlepiej odkryć, jeśli wyobrażasz sobie, że rezystor 1 om znajduje się kilka mil od źródła 1 wolta i jest podłączony kablem.

Więc zastosujesz 1 wolt, a jakiś czas później zobaczysz 1 wolt na obciążeniu 1 om - cóż, tak myślisz, że może się zdarzyć, ale jest to bardziej skomplikowane niż w mikrosekundach potrzebnych do zejścia z kabla.

W rzeczywistości kabel „informuje” źródło zasilania 1 V, że pobiera 20 mA (dotyczy to kabla o impedancji charakterystycznej 50 omów, tj. Wiele kabli koncentrycznych ma taką impedancję). Wyraźnie 1 wolt / 50 omów = 20 mA. Tak więc prąd początkowo nie zależy od obciążenia (zbyt daleko), ale od środka kabla.

Tak więc 20 mA ORAZ 1 wolt pędzą w dół kabla jak fala elektromagnetyczna - kabel to zapewnia i istnieje pole E i pole H, podobnie jak prawdziwa fala radiowa transmitowana do powietrza / atmosfery / próżni / medium . Próżnia ma również charakterystyczną impedancję - wynosi około 377 omów; co oznacza, że ​​stosunek pola E do pola H wynosi 377.

Pola E i H podróżują na drugi koniec kabla, aby powitać się z obciążeniem 1 om, a potem zaczynają się dziać dziwne rzeczy. Gdyby obciążenie na drugim końcu wynosiło 50 omów, byłby to „koniec historii”, ale ponieważ obciążenie nie odpowiada „charakterystyce” fali elektromagnetycznej, odbijane jest odbicie do źródła zasilania, a po wielu W końcu i w dół odpowiedni prąd jest przesyłany kablem odpowiednio do obciążenia. Wszystko to trwa jednak kilka mikrosekund.

Tak więc jest to fala elektromagnetyczna przemieszczająca się wzdłuż kabla. Z tego powodu zawsze warto rozważyć zastosowanie dopasowanych impedancji, aby zapobiec odbiciom powodującym uszkodzenie danych.

Ponieważ zadajesz to pytanie w kontekście komputera i modemu, odpowiedzi, które przedstawiam, ograniczają się do domeny telefonicznej.

Masz rację w wyjaśnieniu dotyczącym wysyłania wartości „10” z komputera do punktu modemu konwertującego jedynki i zera, które składają się na wartość binarną 00001010. Zasadniczo modem faktycznie konwertuje jedynki i zera na dwa różne dźwięki. Wynika to zasadniczo z tego, że system telefoniczny został zaprojektowany do przesyłania i odbierania przebiegów audio w postaci zmiennego prądu elektrycznego. Te dwie dyskretne wartości dźwięków (dwie odrębne częstotliwości) przechodzą przez lokalny system telefoniczny jako prąd zmienny w czasie. Po odebraniu tych sygnałów w centrali lokalnego operatora telefonicznego („CO”) (tj. W miejscu, z którym łączy się przewód telefoniczny z domu), są one generalnie konwertowane na dane cyfrowe i wysyłane cyfrowo przez krajowe linie miejskie.

Modem odbierający rozpoznaje te dwa określone tony audio (jeden ton to „zero”, drugi to „jeden”) i przekształca je z powrotem na ciąg binarny 1 i 0. Następnie do komputera podłączonego do modemu odbiorczego należy przekonwertowanie tych zer i jedynek z powrotem na wartości 8-bitowe.

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie dotyczące tego, co faktycznie przenosi dane, jest to tak naprawdę mechanizm wielopoziomowy. Modem konwertuje zera i jedynki na różne sygnały zmieniające się w czasie (dwa tony, reprezentowane przez analogiczne napięcie zmieniające się w czasie), a następnie przepycha te sygnały zmieniające czas przez miedziane przewody telefoniczne do CO jako prądy zmieniające się w czasie. Modem przekształca sygnały zmieniające się w czasie na prądy zmieniające się w czasie, ponieważ połączenie z CO jest tak zwane „pętlą prądową”. Lokalna, miedziana pętla telefoniczna do twojego CO przenosi zakodowane elektrycznie sygnały audio jako prądy, a nie napięcia. Te prądy elektryczne płyną bardzo szybko, więc twoje „dane” (które reprezentuje prąd zmienny w czasie) płyną bardzo szybko. Może nie z prędkością światła,

Zobaczysz? Grają tutaj dwa mechanizmy: dane binarne są reprezentowane jako tony częstotliwości audio, a tony są przesyłane w postaci prądów elektrycznych. Przynajmniej tak działa między modemem a CO firmy telekomunikacyjnej na obu końcach połączenia. Pomiędzy dwoma uczestniczącymi CO wchodzi w grę cały inny zestaw mechanizmów.

Również w celu skorygowania myślenia dane binarne są powszechnie kodowane jako dwa poziomy napięcia w systemach elektronicznych, ale nie zawsze. Niektóre systemy kodują dane jako częstotliwości, na przykład modem. Inni kodują dane jako fazę sygnału o stałej częstotliwości. Jest też kilka innych metod.

I zostaw te wszystkie rzeczy związane z propagacją fali elektrycznej i pola elektrycznego fizykom. Będzie to mylące tylko w przypadku praktycznego sprzętu elektronicznego. W tym świecie EE chodzi o napięcia i prądy. Nie musisz rozumieć zjawisk wykraczających poza te dwa parametry, aby zrozumieć wiele z tego, co dzieje się w większości popularnych urządzeń elektronicznych.