¿Por qué las frecuencias más altas significan velocidades de datos más altas y por qué incluso necesitamos frecuencias para empezar?

No sé qué quiere decir con "presencia / ausencia" de voltaje, pero en general, lo que describe es exactamente cómo funciona:

• El alto voltaje en la línea de datos (generalmente) se define como 1 lógico
• El bajo voltaje es lógico 0

La "frecuencia del circuito" es solo el número máximo de veces que la transición entre los niveles de voltaje puede ocurrir en un segundo.

Tenga en cuenta que si envía una larga cadena de 1 lógicos, no es necesario que realicen estas transiciones; puede mantener la línea de datos constantemente a alto voltaje. Sin embargo, surge la pregunta "¿cuántos números se enviaron durante un período de tiempo"? ¿Cómo los cuenta si la línea de datos está en voltaje constante? Para resolver la ambigüedad anterior, generalmente hay una señal de "control" que determina el "ritmo" del circuito: el reloj. En cada flanco ascendente / descendente de la señal de reloj, la tensión se muestrea desde el bus de datos y se comprueba su valor para determinar si es lógico 1 o 0.

En el caso de un circuito donde el reloj está presente, la frecuencia del circuito es solo la frecuencia de la señal del reloj.

Hay esquemas cuando el circuito no está sincronizado con el Reloj, pero estos esquemas son mucho más complejos y (por lo general) se emplean en aplicaciones especiales que requieren tasas de bits muy altas.

  

Oigo hablar de circuitos usando una "frecuencia portadora" y modulándola y   Parece que la velocidad depende de esta frecuencia (por ejemplo,   Ethernet es de varios cientos de MHz). Lo que quiero decir es por qué no se puede saltar   Todos los negocios de modulación y tienen un circuito en el que simplemente voltean   el voltaje alto \ bajo súper súper rápido y alcanza velocidades de 1 THz (= 1   Tb / seg)

La cita anterior es un comentario del OP pero creo que se acerca más al malentendido que a lo que él pone en la pregunta.

Las transmisiones de datos puros (1s y 0s) no hacen un uso eficiente del ancho de banda. Eso no es un problema: la simplicidad de transmitir 1 y 0 hace que la recepción de esos bits sea muy fácil. Entre 5V y 0V (señalización lógica de 5V), el ruido y las interferencias pueden prolongarse y hacer que la señal sea algo "diferente" a la original de 0V y 5V, pero siempre que el receptor haga una distinción, los datos se pueden recuperar fielmente. / p>

El problema con los datos normales es que no puede compartir una línea con otro sistema de datos normal. Los dos lotes de 1 y 0 terminan siendo aditivos y, a veces, obtendrás 0V, a veces obtendrás 5V y, a veces, obtendrás 10V, es decir, basura.

Una onda portadora, cuando se le aplican datos (por ejemplo, 1 kbps) tiene un ancho de banda que es de unos pocos miles de Hertz centrado en una frecuencia que podría ser de 20MHz. Debajo de (digamos) 19.97MHz y por encima de 20.03MHz, las frecuencias laterales pueden eliminarse en gran medida y no transmitirse Y, lo que es más importante, la portadora "modulada" se puede recibir y devolver a los datos originales.

Podría tener otro sistema de datos cuyo portador está a 19.9MHz. Si está modulado con datos diferentes (aún 1kbps para este ejemplo), el ancho de banda útil que podría ocupar es de 19.87MHz a 19.93MHz. El receptor sintonizado en este operador no será interferido por la transmisión a 20MHz.

Puede repetir este sistema y tener una multitud de sistemas de datos exclusivos que comparten el mismo cable (por supuesto, diferentes operadores) y todos los flujos de datos son perfectamente recuperables por sus propios receptores.

Es por esto que se utilizan esquemas de modulación de un tipo u otro. Este se llama multiplexación por división de frecuencia. Puede utilizar un cable o radio.

No se detiene ahí, puede tener multiplexación por división de tiempo, este tipo de sistema asigna un intervalo de tiempo para cada flujo de datos. Digamos que hay diez flujos de datos cada uno a 1kbps. Si los datos se enviaron diez veces más rápido, solo necesita ocupar el 10% de la "capacidad" utilizable del cable. Diez sistemas, cada uno con su propia ranura de tiempo pueden compartir un cable.

También hay algunos otros esquemas, pero esto está fuera del alcance de la pregunta.

• La transmisión de datos al completar un cambio no sería tan efectiva como se podría pensar.

  1. Podrías tener un bucle de tierra

     • La conexión a tierra del circuito del transmisor y la conexión a tierra del circuito del receptor podrían tener diferentes potenciales, especialmente en distancias mayores en cables. Esto generalmente es más cierto para las líneas de transmisión, por lo que es posible que no tenga este problema con una PCB.

  2. Transitorios de encendido y apagado

     • Encender algo es similar a introducir una nueva fuente de corriente al circuito o subcircuito. Esto podría significar picos en su flujo de datos que pueden afectar sus circuitos integrados u otros componentes de PCB.

  3. Los datos no se transmiten como ON / OFF, sino como HI / LO

     • HI está por encima de un cierto umbral y LO está por debajo de ese umbral. Una señal que solo enciende y apaga un interruptor hace que sea más difícil diferenciarlo

  4. Hay menos desambiguación en un flujo de datos en lugar de pulsos de un solo bit.

     • Considera "1001". ¿Cómo vería un receptor esta palabra? "101" es tan fácil de interpretar como "1001". Pero, ¿cómo sabrías que es "1001"? Tal vez definiendo previamente una longitud de señal predeterminada, es decir, ¿frecuencia?

• El uso de señales de baja frecuencia y alta frecuencia para indicar 0 y 1, respectivamente, es algún tipo de método de modulación de frecuencia. Esto sería la modulación de una onda portadora, similar a su transmisión de radio FM estándar. Este método se denomina cambio de frecuencia.

• El tercer método que describió es más similar al esquema de transmisión de datos RS-232. En realidad usa +3 a + 15V como lógico 1 y -3 a -15V como lógico 0. Una vez más, debes evitar un nivel 0 para tener señales definibles y claras.