电信号类型

使用 BogusBus，我们的信号非常简单明了：每条信号线（1 到 5）携带一位数字数据，0 伏代表“关”，24 伏直流代表“开”。因为所有位同时到达目的地，我们将称 BogusBus 为 parallel 网络技术 .

如果我们通过添加二进制编码（到发送端）和解码（到接收端）来提高 BogusBus 的性能，以便用更少的线获得更多的分辨率，它仍然是一个并行网络。

然而，如果我们在发送端增加一个并串转换器，在接收端增加一个串并转换器，我们就会有完全不同的东西。

主要是使用串行技术，我们被迫发明巧妙的方法来传输数据位。

因为串行数据要求我们通过相同的布线通道从发送器到接收器发送所有数据位 ，它需要网络布线上潜在的高频信号。

考虑下图：修改后的 BogusBus 系统以并行、二进制编码的形式传输数字数据。我们将 8 位从发送器发送到接收器，而不是像原始 BogusBus 那样 5 个离散位。

发送端的 A/D 转换器每秒产生一个新的输出。这使得每秒 8 位的数据被发送到接收器。

例如，发送器在每次更新时（每秒一次）在 10101010 和 10101011 的输出之间跳动：

由于只有最低有效位（位 1）在变化，因此该导线（接地）上的频率仅为 1/2 赫兹。事实上，无论 A/D 转换器在更新之间生成什么数字，在这个修改后的 BogusBus 网络中任何线路上的频率都不能超过 1/2 赫兹，因为这是 A/D 更新其数字输出的速度。 1/2 赫兹相当慢，应该不会对我们的网络布线造成问题。

另一方面，如果我们使用 8 位串行网络，则所有数据位必须按顺序出现在单个通道上。这些位必须在 A/D 转换器更新之间的 1 秒时间窗口内由发送器输出。

因此，10101010 和 10101011（每秒一次）的交替数字输出将如下所示：

我们的 BogusBus 信号的频率现在大约是 4 赫兹，而不是 1/2 赫兹，增加了八倍！

虽然 4 赫兹仍然相当慢，并且不构成工程问题，但您应该能够理解如果我们每次更新传输 32 或 64 位数据以及奇偶校验和信号同步所需的其他位会发生什么，每秒更新数千次！

串行数据网络频率开始进入无线电范围，简单的电线开始充当天线，成对的电线开始充当传输线，以及由于电感和电容电抗而导致的所有相关怪癖。

串行网络通信中正在处理的数据是方波数据，它是二进制信息位。方波是一种奇特的东西，在数学上等同于幅度递减、频率递增的无穷级正弦波。

网络的电容和电感实际上将 10 kHz 的简单方波“视为”为一系列多个正弦波频率，这些频率以显着幅度扩展到数百 kHz。即使在最好的条件下，我们在长 2 导体网络的另一端接收到的信号也不再像干净的方波！

带宽

当工程师谈到网络带宽 ，他们指的是网络媒体的实际频率限制。在串行通信中，带宽是数据量（每个传输“字”的二进制位）和数据速度（每秒“字”）的乘积。

网络带宽的标准度量是比特每秒，或 bps .一种过时的带宽单位，称为 baud 有时错误地等同于每秒位数，但实际上是信号电平变化的度量 每秒。

许多串行网络标准使用多个电压或电流电平变化来表示单个位，因此对于这些应用，bps 和 baud 并不等效。

共同点方法

一般的 BogusBus 设计，其中所有位都是参考公共“接地”连接的电压 , 是高频方波数据通信的最坏情况。

一切都适用于短距离，其中电感和电容效应可以保持在最低限度，但对于长距离，这种方法肯定会有问题：

差分电压法

公共接地信号方法的一种可靠替代方法是差分 电压法，其中每一位由一对接地隔离的电线之间的电压差表示，而不是一根电线与公共接地之间的电压。

这往往会限制施加在每个信号上的电容和电感效应以及信号因外部电干扰而被破坏的趋势，从而显着提高串行网络的实际距离：

三角形放大器符号代表差分放大器 ，它在两条线之间输出电压信号，两条线都不与地电公共。消除了电压信号与地之间的任何关系，施加在信号电压上的唯一重要电容是存在于两条信号线之间的电容。

信号线和接地导体之间的电容影响要小得多，因为通过接地连接的两条信号线之间的电容路径是两个串联的电容（从信号线 #1 到地，然后从地到信号线 #2 )，串联电容值总是小于任何单个电容。

此外，外部源在信号线和大地之间感应的任何“噪声”电压都将被忽略，因为该噪声电压可能会在两者上感应 信号线等量，接收放大器只响应差分 两根信号线之间的电压，而不是其中任何一根与大地之间的电压。

RS-232C 是接地参考串行网络的主要示例，而 RS-422A 是差分电压串行网络的主要示例。 RS-232C在电气干扰少、布线距离短的办公环境中得到广泛应用。

RS-422A 更广泛地用于工业应用中，这些应用存在更长的布线距离和更大的交流电源线电气干扰潜力。

然而，正如前面提到的，数字网络信号的很大一部分问题是这种电压的方波特性。

如果我们能够一起避免方波，我们就可以避免它们在长、高频网络中的许多固有困难。一种方法是调制 带有我们的数字数据的正弦波电压信号。

“调制” 意味着一个信号的幅度可以控制另一个信号的某些方面。几十年来，无线电技术已经结合调制，允许音频电压信号控制更高频率“载波”电压的幅度 (AM) 或频率 (FM)，然后将其发送到天线进行传输。

除了称为频移键控 (FSK) 之外，频率调制 (FM) 技术在数字网络中的用途比幅度调制 (AM) 多。对于简单的 FSK，使用两个不同频率的正弦波来表示两个二进制状态 1 和 0：

由于在任何给定的 0 和 1 组合的零交叉点处开始和结束低频/高频正弦波的实际问题，有时使用称为相位连续 FSK 的 FSK 变体，其中连续 组合 低频/高频的组合代表一种二元状态，高频/低频的组合代表另一种。

这也导致了这样一种情况，即每一位，无论是 0 还是 1，在网络上传输所需的时间完全相同：

使用正弦波信号电压，方波数字信号遇到的许多问题被最小化，尽管调制（和解调）网络信号所需的电路更加复杂和昂贵。

相关工作表：

• 电信号类型工作表