¿Por qué las redes necesitan un cable a tierra común?

Estaba leyendo sobre la comunicación en serie en computadoras y sistemas integrados y encontré la siguiente declaración:

Las computadoras conectadas por cables deben tener una referencia a tierra común, generalmente proporcionada por un cable a tierra en el cable. ( Fuente )

¿Cuál es la razón para esto? Pensé que el cable de tierra era solo para protección contra fugas eléctricas. ¿Cuál sería la necesidad de un cable a tierra común en las redes de comunicación?

El voltaje es relativo. Un nivel de voltaje solo tiene sentido si tiene otro nivel de voltaje para compararlo. Si mirara solo el cable de señal, no sería más sabio, no mediría un voltaje. Necesita una referencia para medir, de modo que pueda decir que la señal es de tantos y tantos voltios, referenciada a tierra .

Eso hace referencia a tierra está implícito cuando hablamos de niveles de voltaje, a menos que se indique lo contrario. Las señales balanceadas son a menudo simétricas con respecto a tierra, de modo que cuando en 1 cable el voltaje va a +1 V en el otro cable, va a -1 V. Muy simétrico. Pero el receptor no mirará un cable y verá el +1 V; observará la diferencia de voltaje entre los dos cables y luego la conexión a tierra no es relevante. Dichas señales se transmitirán con mayor frecuencia a través de cables de par trenzado, donde un cable es la señal positiva y el otro la señal negativa. No hay cable a tierra.

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Kortuk quiere ver una imagen bonita. De nuevo. (suspiro)

Et voilà, une jolie image. No mires a En-Ya, se trata de mi reloj de pared. ¿Qué tan alto cuelga? La mayoría de la gente dirá "aproximadamente 2 metros". Eso es porque usualmente tomaremos el piso como nivel de referencia, nuestro "terreno". Pero mi apartamento está en el segundo piso, y si tomo el nivel de la calle como referencia, el reloj estará a 8 m sobre el nivel de la calle. Un geógrafo puede sugerir 35 m sobre el nivel del mar. Entonces "altura" no tiene sentido sin una referencia, y con el voltaje es lo mismo.

dmckee es correcto (debería agregarlo como respuesta realmente) es porque cualquier señal eléctrica necesita una ruta de retorno, que proporciona la conexión a tierra. Otro nombre para Voltaje es "Diferencia de potencial", que significa la diferencia de potencial entre dos puntos. Por lo tanto, no puede decir simplemente que un punto es "Cinco voltios", debe decir que es "Cinco voltios con respecto a x" (en la práctica sí decimos lo primero, pero se supone que sabemos dónde está el punto relativo, por ejemplo, una base nodo)

Piense en una bombilla: hay dos terminales. Una batería - dos terminales. ¿Podríamos encender la bombilla simplemente conectando uno de sus terminales a uno de los terminales de las baterías? No, debemos completar el circuito .
Otra forma de verlo es una bomba (batería) y tuberías (cables) más una rueda de agua (cerrada) (carga) Para que la bomba gire la rueda, debe haber una tubería de salida y una tubería de retorno.

Aquí hay un diagrama para aclarar:

Tenga en cuenta que lo anterior explica la necesidad de 2 cables: no es necesario que haya una "conexión a tierra común" (es decir, en sistemas aislados con transformador / ópticamente) como explica correctamente Wouter. Sin embargo, el transmisor y el receptor todavía tienen un circuito completo (por ejemplo, el primario del transformador que está acoplado magnéticamente al secundario; es por eso que el secundario puede tener una referencia de "tierra" diferente) para que las cosas "se vean" igual para ellos.

En general, esto es correcto: el voltaje debe tener un punto de referencia. Piense en el voltaje como distancia: el concepto de distancia no tiene sentido a menos que esté de acuerdo desde dónde.

Pero el reclamo no es estrictamente cierto. Un cable no necesita transportar electricidad, podría ser un cable de fibra de vidrio ...

Otro contraejemplo es la comunicación balanceada acoplada a transformador, que es utilizada por la mayoría de las conexiones Ethernet modernas, y algunos sistemas de alta confiabilidad como MIL-1553. Para dicha comunicación, los dos sistemas de comunicación no necesitan tener una base común.

La red de comunicación transmite datos en términos de diferencia de voltaje. Para medir cualquier voltaje debe haber algún punto de referencia. Ambas computadoras o ambos equipos que tienen conexiones en serie apostaron a que deben entender el mismo significado de los datos (leer, el mismo punto de referencia para el voltaje), por lo que es esencial proporcionar la misma tierra común. Esto también ayuda a evitar que el ruido corrompa el intercambio de datos.