Wie reisen Daten in einem Kabel?

Wie transportiert dieser Strom die Daten?

Strom und Spannung sind untrennbar. Der Strom fließt, weil am Draht eine Spannung anliegt und es einen leitenden Pfad von dieser Spannung zu einer niedrigeren Spannung gibt.

Wir können also sagen, dass die Daten als Spannungsimpulse oder Stromimpulse codiert sind, es spielt keine Rolle. Häufig zeigt eine hohe Spannung (5 V) eine „1“ und eine niedrige Spannung (0 V) eine „0“ an. Sie können jedoch zwei beliebige Spannungen auswählen. 3,3 und 0 V. 0 und 3,3 V. -0,8 und -1,2 V. Je nachdem, was in Ihrem Design am besten funktioniert.

Ich habe irgendwo gelesen, dass Kabel Daten fast mit Lichtgeschwindigkeit übertragen. Wie? Was trägt meine Daten? Nur EM-Wellen breiten sich so schnell aus.

Eine andere Sichtweise ist, dass die Spannung an einer Stelle auf dem Draht nur eine einfachere Art ist, die Tatsache zu betrachten, dass zwischen dem Draht und allem um ihn herum ein elektrisches Feld besteht.

Wenn sich ein Signal entlang eines Kabels ausbreitet, ist es eigentlich das elektromagnetische Feld zwischen dem Kabel und einem nahe gelegenen „Masse“- oder „Rückleiter“, das sich ausbreitet. Es ist also tatsächlich eine EM-Welle, kein massives Objekt (wie ein Elektron), das das Signal entlang des Drahtes trägt.

Ich habe irgendwo gelesen, dass Kabel Daten fast mit Lichtgeschwindigkeit übertragen. Wie? Was trägt meine Daten? Nur EM-Wellen breiten sich so schnell aus.

Ohmsches Gesetz ist super. Es sagt Ihnen, dass, wenn Sie 1 Volt über einen 1-Ohm-Widerstand legen, dann 1 Ampere fließt. Es verbirgt jedoch eine dunklere Wahrheit, die am besten aufgedeckt wird, wenn Sie sich vorstellen, dass der 1-Ohm-Widerstand mehrere Meilen von der 1-Volt-Quelle entfernt und über ein Kabel verbunden ist.

Sie legen also 1 Volt an und einige Zeit später werden Sie dieses 1 Volt an der 1-Ohm-Last sehen - nun, das ist, was Ihrer Meinung nach passieren könnte, aber es ist komplexer als das in den Mikrosekunden, die es dauert, um das Kabel herunterzukommen.

In Wirklichkeit "informiert" das Kabel die 1-Volt-Stromquelle, dass es 20 mA aufnimmt (dies gilt für Kabel mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm, dh viele Koaxialkabel haben diese Impedanz). Ganz klar 1 Volt / 50 Ohm = 20 mA. Der Strom wird also zunächst nicht durch die (zu weit entfernte) Last bestimmt, sondern durch das Medium des Kabels.

Die 20 mA UND die 1 Volt sausen also als EM-Welle durch das Kabel - das Kabel sorgt dafür, und es gibt ein E-Feld und ein H-Feld, genau wie eine echte Funkwelle, die in die Luft / Atmosphäre / das Vakuum / das Medium übertragen wird . Ein Vakuum hat auch eine charakteristische Impedanz - sie beträgt ungefähr 377 Ohm; was bedeutet, dass das Verhältnis von E-Feld zu H-Feld 377 ist.

Die E- und H-Felder reisen zum anderen Ende des Kabels, um mit einer 1-Ohm-Last begrüßt zu werden, und dann beginnen seltsame Dinge zu passieren. Wenn die Last am anderen Ende 50 Ohm betragen würde, wäre dies das "Ende der Geschichte", aber da die Last nicht mit den "Eigenschaften" der EM-Welle übereinstimmt, erhalten Sie eine Reflexion, die an die Stromquelle zurückgesendet wird, und nach vielen Male auch - Hin und her wird schließlich der richtige Strom durch das Kabel geschickt, um der Last gerecht zu werden. Es ist jedoch alles in ein paar Mikrosekunden vorbei.

Es ist also eine EM-Welle, die das Kabel entlang wandert. Aus diesem Grund ist es immer eine gute Idee, die Verwendung von passenden Impedanzen in Betracht zu ziehen, um zu verhindern, dass Reflexionen Datenverfälschungen verursachen.

Da Sie diese Frage im Zusammenhang mit einem PC und einem Modem stellen, beschränken sich meine Antworten auf den Telefonbereich.

Sie haben Recht mit Ihrer Erklärung, wie Sie den Wert "10" von Ihrem PC bis zu dem Punkt senden, an dem das Modem die Einsen und Nullen konvertiert, die den Binärwert 00001010 ergeben. Im Allgemeinen konvertiert das Modem die Einsen und Nullen tatsächlich in zwei verschiedene Audio-Töne. Dies liegt im Grunde daran, dass das Telefonsystem entwickelt wurde, um Audiowellenformen als variierenden elektrischen Strom zu senden und zu empfangen. Diese zwei diskreten Werte von Audiotönen (zwei unterschiedliche Frequenzen) passieren das örtliche Telefonsystem als zeitlich veränderlicher Strom. Sobald diese Signale bei der Zentrale ("CO") Ihrer örtlichen Telefongesellschaft (dh dem Ort, an dem das Telefonkabel von Ihrem Haus angeschlossen ist) empfangen werden, werden sie im Allgemeinen direkt dort in digitale Daten umgewandelt und digital über die nationalen Amtsleitungen gesendet.

Das empfangende Modem erkennt diese beiden spezifischen Audiotöne (ein Ton ist eine „Null“, der andere eine „Eins“) und wandelt sie zurück in eine binäre Zeichenfolge aus Einsen und Nullen. Dann liegt es an dem mit dem empfangenden Modem verbundenen PC, diese Nullen und Einsen wieder in 8-Bit-Werte umzuwandeln.

Um Ihre Frage zu beantworten, was die Daten tatsächlich trägt, handelt es sich also wirklich um einen mehrstufigen Mechanismus. Das Modem wandelt die Nullen und Einsen in unterschiedliche zeitveränderliche Signale um (die zwei Töne, dargestellt durch eine analoge zeitveränderliche Spannung) und schiebt dann diese zeitveränderlichen Signale als zeitveränderliche Ströme durch die Kupfertelefondrähte zum CO. Das Modem wandelt die zeitveränderlichen Signale in zeitveränderliche Ströme um, da die Verbindung zum CO eine sogenannte "Stromschleife" ist. Die örtliche Kupferdraht-Telefonschleife zu Ihrem CO überträgt elektrisch codierte Audiosignale als Ströme, nicht als Spannungen. Diese elektrischen Ströme fließen sehr schnell, also fließen Ihre "Daten" (die der zeitlich veränderliche Strom darstellt) sehr schnell. Vielleicht nicht mit Lichtgeschwindigkeit,

Siehst du? Dabei spielen zwei Mechanismen eine Rolle: Die binären Daten werden wie Tonfrequenztöne dargestellt und die Töne werden in Form von elektrischem Strom übertragen. So funktioniert es zumindest zwischen dem Modem und der Amtsleitung der Telefongesellschaft an beiden Enden der Verbindung. Zwischen den beiden beteiligten COs kommt ein ganz anderer Satz von Mechanismen ins Spiel.

Auch um Ihr Denken zu korrigieren, binäre Daten werden in der Tat in elektronischen Systemen üblicherweise als zwei Spannungspegel codiert, aber nicht immer. Einige Systeme codieren Daten als Frequenzen, wie das Modem. Andere codieren Daten als die Phase eines Signals mit konstanter Frequenz. Und es gibt noch ein paar andere Methoden.

Und überlassen Sie all das Zeug zur Ausbreitung elektrischer Wellen und E-Felder den Physikern. Es wird Sie nur verwirren, wenn Sie es mit praktischen elektronischen Geräten zu tun haben. In dieser Welt der EE dreht sich alles um Spannungen und Ströme. Sie müssen die Phänomene jenseits dieser beiden Parameter nicht verstehen, um zu verstehen, was in den meisten gängigen elektronischen Geräten vor sich geht.