Elektriksel Sinyal Türleri

Elektriksel Sinyal Türleri
Örneklenmiş Veri yolu ile sinyallerimiz çok basit ve doğruydu:her bir kablo (1 den 5 e) 0 volt DC
durumunda "off" (0) göstererek ve 24 volt DC durumunda "on" (1)göstererek tek bitli sayısal veri
taşır. Çünkü bütün bitler görev yerlerine anında ulaşırlar, örneklenmiş veri yolu paralel ağ
teknolojisi olarak adlandırabiliriz.Örneklenmiş veri yolunun performansını ikili kodlama ekleyerek(
ileticinin sonuna) ve ikili çözümleme ekleyerek(alıcının sonuna) geliştireceksek, böylece daha az
kablo ile çözünürlüğün daha fazla basamağına ulaşılabilinir, ve hala paralel bir ağ olur. Her nasılsa,
ileticinin sonuna paralelden-seriye dönüştürücü eklersek ve alıcının sonuna da seriden-paralele
dönüştürücü eklersek, oldukça farklı şeyler elde edecektik.
Veri bitlerinin iletiminin akıllı bir yolunun bulunmasına zorlandığımız seri teknolojinin kullanımı ilk
önceliklidir. Çünkü seri veri bütün veri bitlerini ileticiden alıcıya olan aynı kanal bağlantısı boyunca
göndermemize ihtiyaç duyar, ağ bağlantılarında potansiyel olarak yüksek frekansta sinyaller
gerektirir. Aşağıdaki şekilleri düşünelim: geliştirilmiş örneklenmiş veri yolu sayısal veriyi ikilikodlanmış şekli ile paralel olarak iletiyor. Orijinal örneklenmiş veri yolu gibi 5 kesikli bit yerine,
ileticiden alıcıya 8 bit gönderiyoruz. İletici yanındaki A/D dönüştürücüsü her saniye yeni bir çıkışı
işler. Alıcıya saniyede 8 bitlik bir veri iletimi sağlanır. Gösterim amacı için, her güncellemede
(saniyede bir kez) ileticinin 10101010 ve 10101011 çıkışları arasında sıçradığını söyleyebiliriz:
Sadece en az anlamlı bit (Bit 1) değişiyor olduğu için, bu kablodaki (toprağa) frekans sadece 1/2
Hertz olur. Aslında, güncellemeler arasında A/D dönüştürücüsü tarafından hangi numaraların
işleniyor olduğu mesele değildir, Bu geliştirilmiş taklit veri yolu ağında her hangi bir bağlantının
frekansı 1/2 Hz yi aşamaz, çünkü A/D sayısal çıkışını çok hızlı günceller. 1/2 Hz çok yavaştır, ve ağ
bağlamaları için hiç problem çıkarmaz.
Diğer bir yandan, 8-bitlik seri ağ kullansaydık, bütün veri bitleri tek bir kanalda sıra ile
gözükmelidir. Ve bu bitlerin, A/D dönüştürücüsü güncellemeleri arası zamanın 1-saniyelik aralığında
iletici tarafından çıkışı alınmalıdır. Böylece, değişen 10101010 ve 10101011 sayısal çıkışı (saniyede
bir kez) aşağıdaki gibi görülür:
Örneklenmiş veri yolu sinyalimizin frekansı şimdi yaklaşık 1/2 Hz yerine, 8 kat artmış hali, 4 Hz dir.
4 Hz hala oldukça düşükken, mühendislik problemi ile aynı değildir, her güncellemedeki 32 veya 64
bitlik verinin iletiliyorsa ne olabileceğinin önemini bilmeliyiz, eşitlik kontrolü ve sinyal eş zamanlılığı
için diğer bitler gereklidir, güncellenme oranı saniyede binlerce katıdır! Seri veri ağı frekansları
onların bütün azalmaya ve kapasitif tepkiyene bağlı olarak çağrışım yapan davranışlarıyla ve basit
kablolar antenler, geçirme hatları gibi kablo çiftleri radyo aralığında girmeye başlar.
Bilginin ikili bitler şeklinde olması, kare-dalga şeklinde olan seri ağ boyunca iletişimde bulunmaya
çalıştığımız sinyallerden daha kötüsü nedir. Frekansı artan genliği azalan sonsuz seri sinüs
dalgalarına matematiksel olarak eşit olan kare dalgalar tuhaf şeylerdir. Anlamlı genliklerde yüzlerce
kHz genişliğinde olan bir seri çoklu sinüs-dalga frekansları olarak ağın sığa ve indüktansı sayesinde
10 kHz lik basit bir kare dalga gerçekten "görülür." En iyi durumda olsa bile, uzun 2-iletken ağın
diğer ucundan aldığımız temiz bir kare dalga gibi görünmeyecektir.
Mühendisler ağ bant genişliğinden söz ettiklerinde, ağ ortamının kolay frekans sınırına işaret
ederler. Seri iletişimde, bant genişliği veri hızının (her saniyedeki "kelimeler") ve veri hacminin (
iletilen "kelime" deki ikili bitler) bir ürünüdür. Ağ bant genişliğinin standart ölçümü saniyedeki
bitler, veya bps dir. Bant genişliğinin pek kullanılmayan birimi saniyedeki bitlerle eşitlemesi bazen
yanlış olan "baud" dur, fakat bu saniyedeki sinyal değişiminin bir ölçüsüdür. Bir çok seri ağ
standartları çoklu voltaj kullanır veya akım seviyesini tekli bite çevirir, ve bu uygulamalardan dolayı
bps ve baud eşit değildir.
Bütün bitlerin yaygın "toprak" bağlantısını belirten voltajları olan genel örneklenmiş veri yolu
tasarımı yüksek-frekans kare dalga veri iletişimi için en kötü-durum olayıdır. Her şey indüktif ve
kapasitif etkilerin minimuma indirilebildiği küçük mesafelerde güzel işleyecektir, fakat uzun
mesafeler için bu metot problemli olacaktır:
Yaygın toprak sinyali metoduna güçlü bir alternatif, "differansiyel voltaj" yani bir kablo ile toprak
arasındaki voltaj yerine topraktan-izole edilmiş kablo çiftleri arasındaki voltaj farkını belirten bitlerin
kullanıldığı metottur. Dış elektriksel girişimlere bağlı olarak bozulmaya meyilli sinyaller ve her bir
sinyali bozan kapasitif ve indüktif etkileri sınırlamaya meyillidir, bu bağlamda seri ağın yakın
mesafeleri önemli bir şekilde gelişmekte:
Üçgen şeklinde yükselteç sembolleri farklılık gösteren iki kablo arasında bir voltaj sinyali çıkışı
veren ve hiçbiri toprakta elektriksel açıdan yaygın olmayan yükselteçleri sunar. Voltaj sinyali ve
toprak arasındaki ilişkiyi ihmal ederek, iki sinyal kablosu arasında oluşan sinyal voltajında önemli
bir sığaya neden olur. Sinyal kablosu ve topraklanan iletken arasındaki sığa daha az etkilenir,
çünkü toprak bağlantısı ile iki sinyal kablosu arasındaki kapasitif yolu iki sığanın seri şekilde
olmasıdır(1 nolu sinyal kablosundan toprağa, topraktan 2 nolu sinyal kablosuna), ve seri sığa
değerleri daima tek sığaların her birinden azdır. Dahası, dış kaynaklar tarafından toprak yüzeyi ve
sinyal kabloları arasında azalan her gürültü voltajı ihmal edilecektir, Çünkü bu gürültü voltajı eş
ölçümdeki her iki sinyal kablolarında azalacaktır, ve algılanan yükselteç toprak yüzeyi ve sinyal
kabloları arasındaki voltajdan ziyade, iki sinyal kabloları arasında voltaj farklılıklarına bağlı olarak
davranır.
RS-422A seri ağın farklılık gösteren voltajının birinci örneği iken, RS-232C toprak-referanslı seri
ağın birinci örneğidir. RS-232C kablo bağlantı mesafeleri kısa olan ve küçük bir elektriksel girişimi
olan ofis ortamlarında popüler uygulamalarda kullanılır. RS-422A daha uzun kablo bağlantı
mesafeleri ve AC gücün kablo bağlantısından oluşan elektriksel girişim için potansiyeli fazla olan
endüstriyel uygulamalarda daha fazla kullanılır.
Her nasılsa, sayısal ağ sinyalleri probleminin büyük bir bölümü bu voltajların önceden bahsedildiği
üzere kare dalga yapısında olmasıdır. Kare dalgaların bütün hepsini engelleyebilseydik, uzun,
yüksek-frekanslı ağların yapılarındaki zorlukları engelleyebilirdik. Bunu yapmanın bir yolu sayısal
verilerimizle sinüs dalga voltajı sinyalini değiştirmektir. "Değiştirme", bir sinyalin büyüklüğü diğer
sinyalin bazı varsayımlarını kontrol etmekte olmasıdır. Radyo teknolojisi 10 yıldan buyana
değişimleri, ses-frekansı voltaj sinyali daha yüksek "taşıyıcı" voltaj frekansının hem genliği(AM)
hem de frekansını(FM) kontrol ederek, birleşmektedir, ve daha sonra antene iletmek için gönderir.
Frekans-değişim (FM) sayısal ağlarda genlik-değişim (AM) den daha fazla kullanımı bulunur,
frekans değiştirme anahtarı (FSK) olarak belirtilen durumu hariçtir. Basit FSK ile, iki kesin frekansın
sinüs dalgaları iki ikili durumu sunmakta kullanılır, 1 ve 0:
0'ların ve 1'lerin verilen herhangi bir kombinasyonu için yüksek/düşük frekanslı sinüs dalgası elde
etmenin uygulanılabilir problemlerini sıfır köprüsü noktalarında başlamak ve bitirmeye bağlı olarak,
Faz-sürekliliği FSK olarak adlandırılan düşük/yüksek frekansın düzenli kombinasyonunun bir ikili bit
sunduğu ve yüksek/düşük frekansın diğerlerini sunduğu FSK'nin çeşitleri bazen kullanılır. Her bir
bitin 0 veya 1 olmasına göre durum şekillenir, ağ boyunca iletimi tam olarak aynı zamanı alır:
Devrenin ağ sinyallerini geliştirmeye ihtiyaç duyması çok karışık ve pahalı olmasına rağmen, sinüs
dalga sinyali voltajlarıyla, kare dalga sayısal sinyallerinde karşılaşılan birçok problem minimize
edilir.