Como os dados viajam dentro de um fio?

Eu sei que essa é uma pergunta muito básica, mas as respostas retornadas pelo Google são muito complicadas para eu entender. Não estou perguntando sobre modulação aqui. O que eu quero saber é o que exatamente está carregando os dados.

Por favor, deixe-me explicar minhas dúvidas:

Suponha no meu PC, se eu quiser transmitir o número dez. Ele será convertido em binário e se tornará 00001010. Em seguida, será enviado ao modem que será convertido em um sinal analógico. Esse sinal analógico passará pelo fio e alcançará seu destino, onde será novamente convertido em binário e o usuário receberá o número.

Agora, se fosse um sinal digital, o valor seria transmitido como uma combinação de alta e baixa tensão.

O que flui através do fio é atual.

Como essa corrente carrega os dados? Corrente é basicamente elétrons fluindo.

A velocidade dos elétrons depende da tensão aplicada (é o que eu lembro da escola). Mas meus dados são recebidos quase instantaneamente.

Portanto, se estivesse atual carregando meus dados, não viajaria tão rápido.

Li em algum lugar que os fios transmitem dados quase à velocidade da luz. Quão?

O que está carregando meus dados? Somente as ondas EM viajam tão rápido.

Por favor me ajude. Eu posso estar perdendo muitos pontos básicos aqui. Eu não estudei modos de comunicação.

Como essa corrente carrega os dados?

Corrente e tensão são inseparáveis. A corrente está fluindo porque existe uma voltagem no fio e existe um caminho condutor dessa voltagem para uma voltagem mais baixa.

Então, podemos dizer que os dados são codificados como pulsos de tensão ou de corrente, isso realmente não importa. Freqüentemente, uma alta tensão (5 V) indica um "1" e uma baixa tensão (0 V) indica um "0". Mas você pode escolher quaisquer duas voltagens que desejar. 3.3 e 0 V. 0 e 3.3 V. -0.8 e -1.2 V. De acordo com o que funciona melhor no seu design.

Li em algum lugar que os fios transmitem dados quase à velocidade da luz. Quão? O que está carregando meus dados? Somente as ondas EM viajam tão rápido.

Outra maneira de ver as coisas é que a tensão em um local no fio é apenas uma maneira mais simples de observar o fato de que há um campo elétrico entre o fio e tudo o que está ao seu redor.

Quando um sinal se propaga ao longo de um fio, na verdade é o campo eletromagnético entre o fio e um condutor "terra" ou "retorno" próximo que está se propagando. Portanto, na verdade, é uma onda EM, não um objeto maciço (como um elétron) que carrega o sinal ao longo do fio.

Li em algum lugar que os fios transmitem dados quase à velocidade da luz. Quão? O que está carregando meus dados? Somente as ondas EM viajam tão rápido.

A lei de Ohm é ótima. Ele diz que, se você colocar 1 volt em um resistor de 1 ohm, 1 amp fluirá. No entanto, esconde uma verdade mais sombria que é melhor descobrir se você imaginar que o resistor de 1 ohm está a vários quilômetros de distância da fonte de 1 volt e conectado por cabo.

Então, você aplica 1 volt e, algum tempo depois, verá 1 volt na carga de 1 ohm - bem, é o que você acha que pode acontecer, mas é mais complexo do que nos microssegundos necessários para descer o cabo.

Na realidade, o cabo "informa" a fonte de alimentação de 1 volt que está consumindo 20 mA (isto é para cabos com impedância característica de 50 ohm, ou seja, muitos cabos coaxiais têm essa impedância). Claramente 1 volt / 50 ohm = 20 mA. Portanto, a corrente é determinada inicialmente não pela carga (muito distante), mas pelo meio do cabo.

Assim, os 20 mA E os 1 volts atingem o cabo como uma onda EM - o cabo garante isso, e há um campo E e um campo H exatamente como uma onda de rádio real transmitida ao ar / atmosfera / vácuo / meio . Um vácuo também tem uma impedância característica - é aproximadamente 377 ohms; significando que a razão do campo E para o campo H é 377.

Os campos E e H viajam até a extremidade do cabo para serem recebidos com uma carga de 1 ohm e então coisas estranhas começam a acontecer. Se a carga na extremidade oposta fosse de 50 ohms, seria "final da história", mas, como a carga não corresponde às "características" da onda EM, você recebe uma reflexão enviada de volta à fonte de energia e, depois de muitas vezes, eventualmente, a corrente correta é enviada pelo cabo para se adequar à carga. Está tudo acabado em alguns microssegundos.

Portanto, é uma onda EM viajando pelo cabo. E, por esse motivo, é sempre uma boa idéia considerar o uso de impedâncias correspondentes para evitar reflexões que causam corrupção de dados.

Como você está fazendo essa pergunta no contexto de um PC e um modem, as respostas que apresento estão confinadas ao domínio do telefone.

Você está correto em sua explicação de enviar o valor "10" do seu PC até o ponto do modem convertendo os 1 e 0 que compõem o valor binário 00001010. Em geral, o modem realmente está convertendo os 1 e 0 em dois diferentes tons de áudio. Isso ocorre basicamente porque o sistema telefônico foi projetado para transmitir e receber formas de onda de áudio como uma corrente elétrica variável. Esses dois valores discretos de tons de áudio (duas frequências distintas) passam pelo sistema telefônico local como uma corrente variável no tempo. Depois que esses sinais são recebidos no escritório central da companhia telefônica local ("CO") (ou seja, o local onde o fio telefônico da sua casa se conecta), eles geralmente são convertidos em dados digitais ali mesmo e enviados digitalmente pelas linhas nacionais.

O modem receptor reconhece esses dois tons de áudio específicos (um tom é um "zero", o outro é um "um") e os converte novamente em uma sequência binária de 1 e 0. Então, cabe ao PC conectado ao modem receptor converter esses zeros e zeros novamente em valores de 8 bits.

Portanto, para responder à sua pergunta sobre o que realmente carrega os dados, é realmente um mecanismo de várias camadas. O modem converte os zeros e zeros em sinais variáveis ​​de tempo diferentes (os dois tons, representados por uma voltagem variável de tempo análogo) e, em seguida, envia esses sinais variáveis ​​de tempo através dos fios telefônicos de cobre para o CO como correntes variáveis ​​no tempo. O modem converte os sinais que variam no tempo em correntes que variam no tempo, porque a conexão com o CO é conhecida como "loop de corrente". O laço telefônico local com fio de cobre do seu CO transmite sinais de áudio codificados eletricamente como correntes, não como tensões. Essas correntes elétricas fluem muito rapidamente, então seus "dados" (que a corrente variável no tempo representa) fluem muito rapidamente. Talvez não na velocidade da luz,

Entende? Existem dois mecanismos em jogo aqui: os dados binários são representados quanto aos tons de frequência de áudio e os tons são transmitidos na forma de correntes elétricas. Pelo menos é assim que funciona entre o modem e o CO da companhia telefônica nas duas extremidades da conexão. Entre os dois COs participantes, um outro conjunto de mecanismos entra em jogo.

Também para corrigir seu pensamento, os dados binários são de fato comumente codificados como dois níveis de tensão em sistemas eletrônicos, mas nem sempre. Alguns sistemas codificam dados como frequências, como o modem. Outros codificam dados como a fase de um sinal de frequência constante. E existem alguns outros métodos também.

E deixe todo esse material de propagação de ondas elétricas e campo E para os físicos. Isso só o confundirá quando você estiver lidando com equipamentos eletrônicos práticos. Neste mundo de EE, trata-se de tensões e correntes. Você não precisa entender os fenômenos além desses dois parâmetros para entender muito do que acontece nos dispositivos eletrônicos mais comuns.