Pourquoi les réseaux ont-ils besoin d'un câble de masse commun?

Je lisais sur la communication série dans les ordinateurs et les systèmes embarqués et j'ai trouvé la déclaration suivante -

Les ordinateurs connectés par des fils doivent avoir une référence de masse commune, généralement fournie par un fil de terre dans le câble. ( Source )

Quelle est la raison pour ça? Je pensais que le fil de terre était uniquement destiné à la protection contre les fuites électriques. Quel serait le besoin d'un fil de terre commun dans les réseaux de communication?

La tension est relative. Un niveau de tension n'a de sens que si vous avez un autre niveau de tension auquel le comparer. Si vous regardiez le fil de signal seul, vous ne seriez pas plus sage, vous ne mesureriez pas une tension. Vous avez besoin d'une référence pour mesurer contre, de sorte que vous pouvez dire que le signal est tel ou tel volt, référencé à la masse .

Qui faisait référence au sol est implicite lorsque nous parlons de niveaux de tension, sauf indication contraire. Les signaux symétriques sont souvent symétriques par rapport à la masse, de sorte que lorsque sur 1 fil la tension passe à +1 V sur l'autre fil, elle passe à -1 V. Bien symétrique. Mais le récepteur ne regardera pas un fil et ne verra pas le +1 V; il examinera la différence de tension entre les deux fils, puis la masse ne sera pas pertinente. De tels signaux seront le plus souvent transmis sur des câbles à paire torsadée, où un fil est le signal positif et l'autre le signal négatif. Il n'y a pas de fil de terre.

modifier
Kortuk veut voir une jolie photo. Encore. (soupir)

Et voilà, une jolie image. Ne regardez pas En-Ya, il s'agit de mon horloge murale. Quelle est sa hauteur? La plupart des gens diront "environ 2 mètres". C'est parce que nous prenons habituellement la parole comme niveau de référence, notre «sol». Mais mon appartement est au deuxième étage, et si je prends le niveau de la rue comme référence, l'horloge sera à 8 m au-dessus du niveau de la rue. Un géographe peut suggérer 35 m au-dessus du niveau de la mer. Donc "hauteur" n'a pas de sens sans référence, et avec la tension c'est la même chose.

dmckee est correct (devrait vraiment l'ajouter comme réponse) c'est parce que tout signal électrique a besoin d'un chemin de retour, que la connexion à la terre fournit. Un autre nom pour la tension est "différence de potentiel", ce qui signifie la différence de potentiel entre deux points. Donc, vous ne pouvez pas simplement dire qu'un point est "Cinq volts", vous devez dire qu'il est "Cinq volts par rapport à x" (dans la pratique, nous disons le premier, mais on suppose que nous savons où se trouve le point relatif - par exemple un sol nœud)

Pensez à une ampoule - il y a deux bornes. Une batterie - deux bornes. Pourrions-nous allumer l'ampoule en connectant simplement l'une de ses bornes à l'une des bornes des batteries? Non, nous devons terminer le circuit .
Une autre façon de voir les choses est une pompe (batterie) et des tuyaux (fils) plus une roue hydraulique (fermée) (charge). Pour que la pompe tourne la roue, il doit y avoir un tuyau sortant et un tuyau de retour.

Voici un diagramme pour clarifier:

Notez que ce qui précède explique la nécessité de 2 fils - il n'a pas nécessairement besoin d'être une "masse commune" (c'est-à-dire dans les systèmes isolés avec transformateur / optiquement) comme Wouter l'explique correctement. L'émetteur et le récepteur ont toujours un circuit complet (par exemple, le primaire du transformateur qui est couplé magnétiquement au secondaire - c'est pourquoi le secondaire peut avoir une référence de «masse» différente), de sorte que les choses leur «ressemblent».

En général, c'est correct - la tension doit avoir un point de référence. Considérez la tension comme une distance: le concept de distance n'a de sens que si vous êtes d'accord d'où.

Mais cette affirmation n'est pas strictement vraie. Un fil n'a pas besoin de transporter de l'électricité, il peut s'agir d'un fil en fibre de verre ...

Un autre contre-exemple est la communication équilibrée couplée à un transformateur, qui est utilisée par la plupart des connexions Ethernet modernes, et certains systèmes à haute fiabilité comme le MIL-1553. Pour une telle communication, les deux systèmes de communication n'ont pas besoin d'avoir une base commune.

Le réseau de communication transmet des données en termes de différence de tension. Pour mesurer une tension, il devrait y avoir un point de référence. Les deux ordinateurs ou les deux équipements ayant des connexions série doivent parier qu'ils doivent comprendre la même signification des données (lire - même point de référence pour la tension), donc fournir la même masse commune est essentiel. Cela aide également à empêcher le bruit de corrompre l'échange de données.