Dlaczego sieci potrzebują wspólnego kabla uziemiającego?

Czytałem o komunikacji szeregowej w komputerach i systemach wbudowanych i znalazłem następujące oświadczenie -

Komputery połączone przewodami muszą mieć wspólną masę odniesienia, zwykle zapewnianą przez przewód uziemienia w kablu. ( Źródło )

Jaki jest tego powód? Myślałem, że przewód uziemiający służy wyłącznie do ochrony przed upływem prądu. Jaka będzie potrzeba wspólnego przewodu uziemiającego w sieciach komunikacyjnych?

Napięcie jest względne. Jeden poziom napięcia ma sens tylko wtedy, gdy masz inny poziom napięcia do porównania. Jeśli popatrzysz na sam przewód sygnałowy, nie będziesz mądrzejszy, nie zmierzysz napięcia. Potrzebujesz odniesienia, aby zmierzyć, abyś mógł powiedzieć, że sygnał to tak wiele woltów odniesionych do masy .

To odniesienie do ziemi jest implikowane, gdy mówimy o poziomach napięcia, o ile nie wskazano inaczej. Zbalansowane sygnały są często symetryczne względem ziemi, więc gdy na jednym przewodzie napięcie wzrośnie do +1 V na drugim przewodzie, osiągnie -1 V. Ładnie symetryczne. Ale odbiornik nie patrzy na jeden przewód i nie widzi +1 V; sprawdzi różnicę napięcia między dwoma przewodami, a następnie uziemienie nie będzie istotne. Takie sygnały najczęściej będą przesyłane kablami skrętkowymi, gdzie jeden drut jest sygnałem dodatnim, a drugi ujemnym. Nie ma przewodu uziemiającego.

edytuj
Kortuk chce zobaczyć ładne zdjęcie. Jeszcze raz. (westchnienie)

Idź do, wesołego obrazu. Nie patrz na En-Ya, chodzi o mój zegar ścienny. Jak wysoko wisi? Większość ludzi powie „około 2 metrów”. Jest tak, ponieważ zwykle zabieramy głos jako poziom odniesienia, nasz „grunt”. Ale moje mieszkanie znajduje się na drugim piętrze, a jeśli wezmę poziom ulicy jako odniesienie, zegar będzie na 8 m nad poziomem ulicy. Geograf może zasugerować 35 m nad poziomem morza. Zatem „wysokość” nie ma znaczenia bez odniesienia, a przy napięciu to to samo.

dmckee ma rację (naprawdę należy dodać jako odpowiedź), ponieważ każdy sygnał elektryczny potrzebuje ścieżki powrotnej, którą zapewnia połączenie uziemiające. Inną nazwą napięcia jest „różnica potencjałów”, co oznacza różnicę potencjału między dwoma punktami. Więc nie możesz po prostu powiedzieć, że punkt to „Pięć woltów”, musisz powiedzieć, że jest to „Pięć woltów w odniesieniu do x” (w praktyce mówimy to pierwsze, ale zakłada się, że wiemy, gdzie jest punkt względny - np. Ziemia węzeł)

Pomyśl o żarówce - są dwa zaciski. Akumulator - dwa zaciski. Czy możemy zapalić żarówkę, podłączając jeden z jej zacisków do jednego z zacisków akumulatora? Nie, musimy ukończyć obwód .
Innym sposobem, aby na to spojrzeć, jest pompa (akumulator) i rury (przewody) oraz (zamknięte) koło wodne (obciążenie) Aby pompa mogła obrócić koło, musi być rura wylotowa i rura powrotna.

Oto schemat wyjaśniający:

Zauważ, że powyższe wyjaśnia potrzebę 2 przewodów - niekoniecznie musi istnieć „wspólna masa” (tj. W systemach izolowanych transformatorem / optycznie), jak poprawnie wyjaśnia Wouter. Nadajnik i odbiornik nadal mają jednak pełny obwód (np. Pierwotny transformator, który jest magnetycznie sprzężony z wtórnym - dlatego wtórny może mieć inne „uziemienie” odniesienia), więc rzeczy „wyglądają” dla nich tak samo.

Zasadniczo jest to prawidłowe - napięcie musi mieć punkt odniesienia. Pomyśl o napięciu jako o odległości: koncepcja odległości nie ma sensu, chyba że nie wiesz, skąd.

Ale twierdzenie to nie jest do końca prawdziwe. Drut nie musi przenosić prądu, może to być drut z włókna szklanego ...

Innym przeciwnym przykładem jest zrównoważona komunikacja sprzężona z transformatorem, która jest używana przez większość nowoczesnych połączeń Ethernet oraz niektóre systemy o wysokiej niezawodności, takie jak MIL-1553. Do takiej komunikacji dwa systemy komunikacyjne nie muszą mieć wspólnej płaszczyzny.

Sieć komunikacyjna przesyła dane w postaci różnicy napięć. Aby zmierzyć dowolne napięcie, powinien istnieć punkt odniesienia. Oba komputery lub oba urządzenia posiadające połączenia szeregowe zakładają, że powinny rozumieć to samo znaczenie danych (odczyt - ten sam punkt odniesienia dla napięcia), dlatego zapewnienie tego samego wspólnego uziemienia jest niezbędne. Pomaga to również zapobiegać zakłóceniom powodującym zakłócenia wymiany danych.