Perché le reti hanno bisogno di un cavo di terra comune?

Stavo leggendo della comunicazione seriale in computer e sistemi embedded e ho trovato la seguente dichiarazione -

I computer collegati da fili devono avere un riferimento di terra comune, generalmente fornito da un filo di terra nel cavo. ( Fonte )

Qual è la ragione di ciò? Ho pensato che il filo di terra fosse solo per protezione contro le perdite elettriche. Quale sarebbe la necessità di un filo di terra comune nelle reti di comunicazione?

La tensione è relativa. Un livello di tensione ha senso solo se hai un altro livello di tensione con cui confrontarlo. Se guardassi da solo il filo del segnale non diventeresti più saggio, non misureresti una tensione. Hai bisogno di un riferimento per misurare, in modo da poter dire che il segnale è così-tanti-volt, riferito a terra .

Ciò a cui si fa riferimento a terra è implicito quando si parla di livelli di tensione, se non diversamente indicato. I segnali bilanciati sono spesso simmetrici rispetto alla terra, quindi quando su 1 filo la tensione va a +1 V sull'altro filo andrà a -1 V. Ben simmetrico. Ma il ricevitore non guarderà un filo e vedrà +1 V; esaminerà la differenza di tensione tra i due fili e quindi la messa a terra non è rilevante. Tali segnali saranno spesso trasmessi su cavi a doppino intrecciato, dove un filo è il segnale positivo e l'altro il segnale negativo. Non c'è filo di terra.

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Kortuk vuole vedere una bella immagine. Ancora. (sospiro)

Et voilà, une jolie image. Non guardare En-Ya, riguarda il mio orologio da parete. Quanto è alto? La maggior parte delle persone dirà "circa 2 metri". Questo perché di solito prendiamo il pavimento come livello di riferimento, il nostro "terreno". Ma il mio appartamento è al secondo piano e se prendo il livello della strada come riferimento l'orologio sarà a 8 m sopra il livello della strada. Un geografo può suggerire 35 m sul livello del mare. Quindi "altezza" non ha significato senza un riferimento e con la tensione è la stessa cosa.

dmckee è corretto (dovrebbe aggiungerlo come una risposta davvero) è perché qualsiasi segnale elettrico ha bisogno di un percorso di ritorno, che fornisce la connessione di terra. Un altro nome per Voltage è "Potential Difference", che significa la differenza di potenziale tra due punti. Quindi non puoi semplicemente dire che un punto è "Cinque volt", devi dire che è "Cinque volt rispetto a x" (in pratica diciamo il primo, ma si presume che sappiamo dove si trova il punto relativo - ad esempio un terreno nodo)

Pensa a una lampadina: ci sono due terminali. Una batteria - due terminali. Potremmo accendere la lampadina collegando solo uno dei suoi terminali a uno dei terminali delle batterie? No, dobbiamo completare il circuito .
Un altro modo di vederlo è una pompa (batteria) e tubi (fili) più una ruota idraulica (chiusa) (carico) Per far girare la ruota la pompa deve essere un tubo in uscita e un tubo di ritorno.

Ecco un diagramma per chiarire:

Si noti che quanto sopra spiega la necessità di 2 fili: non è necessario che vi sia necessariamente una "terra comune" (cioè in sistemi isolati con trasformatore / otticamente) come spiega correttamente Wouter. Il trasmettitore e il ricevitore hanno comunque un circuito completo (ad es. Il primario del trasformatore che è magneticamente accoppiato al secondario - questo è il motivo per cui il secondario può avere un riferimento "a terra" diverso), quindi le cose "sembrano" uguali.

In generale questo è corretto: la tensione deve avere un punto di riferimento. Pensa alla tensione come alla distanza: il concetto di distanza non ha senso se non sei d'accordo da dove.

Ma l'affermazione non è strettamente vera. Un filo non ha bisogno di trasportare elettricità, potrebbe essere un filo di fibra di vetro ...

Un altro contro-esempio è la comunicazione accoppiata con transistor, utilizzata dalla maggior parte delle moderne connessioni Ethernet e alcuni sistemi ad alta affidabilità come il MIL-1553. Per tale comunicazione i due sistemi di comunicazione non devono necessariamente avere un terreno comune.

La rete di comunicazione trasmette i dati in termini di differenza di tensione. Per misurare qualsiasi tensione dovrebbe esserci un punto di riferimento. Entrambi i computer o entrambe le apparecchiature con connessioni seriali puntate dovrebbero comprendere lo stesso significato dei dati (leggi - stesso punto di riferimento per la tensione), quindi è essenziale fornire la stessa messa a terra comune. Questo aiuta anche a prevenire il rumore che danneggia lo scambio di dati.