Looking for Computer Science  & Information Technology online courses ?
Check my new web site: https://www.yesik.it !

Il existe plusieurs moyens pour transférer un signal électrique sur un câble entre deux appareils. Les techniques présentées ici reposent sur le fait que le signal est transféré sous la forme d'une variation de tension. Or, une tension, c'est la différence de potentiel entre deux points. Et, ce qui va justement distinguer les trois types de liaisons électroniques décrites ci-dessous, c'est le point qui servira de référence pour cette mesure.

Retour par la terre

Ground-return.png

Avec le retour par la terre un seul conducteur suffit pour transmettre un signal électrique. C'est la terre qui assure le retour du courant et ferme donc le circuit.

Avec le retour par la terre, le signal est transmis en faisant varier la tension sur un fil par rapport à la terre mesurée à chacune des extrémités.

L'avantage de ce type de liaison est la réduction des conducteurs au strict minimum: un fil par signal à transmettre. Par contre, son fonctionnement repose sur le fait qu'il n'y ait pas de différence de tension significative (par rapport à la tension du signal) entre les terres aux extrémités de la ligne. Sur de courtes distances ou pour des tensions de signal importantes, c'est probable.

Aujourd'hui, cette solution est surtout utilisée dans l'alimentation de puissance lorsque l'économie d'un conducteur réduit les coûts de façon significative. Ainsi, on trouve cette solution pour le transport du courant électrique dans des zones rurales [1], ou encore lors de l'acheminement de courants continus haute tension (HVDC) par liaison sous-marine. Dans ce dernier cas, la terre est en réalité constituée par l'eau de mer. C'est le cas par exemple du câble sous la Baltique qui interconnecte les réseaux électriques suédois et allemands.

L'utilisation du sol ou de la mer comme chemin de retour pour le courant dans ces installations pose tout de même des questions environnementales à cause de l'émission de chlore et de la corrosion induite sur les équipements métalliques présents (câbles, pipelines, etc.).

Liaison asymétrique

{{{1}}}
Une liaison asymétrique requiert un conducteur pour chaque signal à transmettre plus un pour interconnecter les masses des deux systèmes.

La liaison asymétrique est celle qu'on retrouve le plus souvent en électronique: un câble achemine le signal, et un fil de masse assure une référence commune aux deux équipements interconnectés.

Cette liaison a pour avantage sa simplicité et le nombre limité de conducteurs nécessaires: un par signal, plus un pour la masse commune. Ce dernier point est aussi un de ses inconvénients. En effet, le courant de chaque signal revient sur la même ligne de masse. Ce qui peut induire un phénomène de diaphonie (crosstalk).

Malgré tout, de nombreuses interfaces informatiques utilisent ce type de liaison: RS-232, PS/2, IDE, etc. C'est aussi par ce type de liaison que sont interconnectés les circuits électroniques TTL ou CMOS.


One byte on RS-232.png

Transmission d'un octet sur une ligne RS-232 — La tension représentée est celle mesurée sur le récepteur entre la broche de réception (RxD) et la masse (GND). Les paramètres de cette transmission sont 8 bits de données, pas de parité, 1 bit de stop (8N1).

Sur une liaison RS-232 une tension entre +3V et +25V correspond à un 0 logique. Entre -3V et -25V, elle correspond à un 1 logique. Au repos (idle) la ligne est à l'état logique 1 – c'est à dire à une tension inférieure à -3V. Les bits sont transmis en commençant par le bit de poids faible (LSB first – c'est à dire le bit 0). Ainsi, l'octet transmis dans cet exemple est donc 111000112 ou encore E316

Grâce à cette courbe, on comprend que pour qu'il soit reconnu convenablement, il est important que les altérations sur la ligne (atténuation, parasites) ne fassent pas passer le signal dans la zone interdite de -3V à +3V. Pour assurer cela, la RS-232 utilise des signaux relativement forts de l'ordre de 10V à 50V crête à crête.

Outre une consommation accrue, cette caractéristique constitue un facteur limitant la vitesse de transmission à cause du temps nécessaire à l'établissement de la tension. Par ailleurs, plus la tension est élevée, plus les phénomènes indésirables sont significatifs: interférences électromagnétiques ou échauffement de la ligne par effet Joule par exemple.



Liaison différentielle

Balanced-line.png

Avec une liaison différentielle, il faut deux conducteurs par signal à transmettre. La plupart du temps, un conducteur supplémentaire est ajouté pour servir de masse commune aux systèmes interconnectés.

Une liaison différentielle est un moyen d'interconnecter deux systèmes dans lequel les informations électriques sont transmises par deux signaux complémentaires sur deux fils séparés. Dans ce type de liaison, c'est la tension entre ces deux fils qui importe.

Un avantage majeure de cette technique est d'augmenter l’immunité au bruit de la liaison. Et donc d'envisager des liaisons utilisant des tensions plus faibles et supportant des atténuations plus importantes. Cela a pour conséquence de permettre des transmissions sur de plus grandes distances et avec des débits plus importants, même en environnement bruité.

Voici quelques exemples de liaisons différentielles:



One byte on RS-485.png

Transmission d'un octet sur une liaison EIA-485 (RS-485) — Les tensions représentées sont celles mesurées par rapport à la masse (GND) sur les broches A (Data+) et B (Data-) du récepteur. Les paramètres de cette transmission sont 8 bits de données, pas de parité, 1 bit de stop (8N1).

Sur une liaison EIA-485 les tensions sur chacun des fils de données doivent être comprises entre -7V et +12V. Comme il s'agit d'une liaison différentielle, les valeurs logiques transmises sont déterminées en fonction des positions relatives des deux signaux. Ainsi, un 1 logique est détecté quand B-A > +200 mV. Et un 0 logique est détecté quand B-A < -200 mV. L'état de repos est équivalent à la transmission d'un 1 logique. Les bits sont transmis en commençant par le bit de poids faible (LSB first – c'est à dire le bit 0). Ainsi, l'octet transmis dans cet exemple est donc 111000112 ou encore E316

On peut constater ici que l'utilisation d'une liaison différentielle permet de compenser les variations de la tension de référence entre l'émetteur et le récepteur. Et augmente l'immunité au bruit quand celui-ci altère sensiblement de la même manière les deux signaux.

Par ailleurs, même si le bruit parasite altère uniquement un des deux signaux, il est nécessaire que la tension produite par celui-ci soit quasiment égale à la différence de tension entre les deux signaux pour perturber la transmission. Ainsi, avec une tension nominale de ±5V pour chaque signal, la marge d'erreur possible atteint 9.8V (5V-(-5V)-200mV). A titre de comparaison, pour atteindre la même immunité avec la liaison non-différentielle RS-232 il faudrait utiliser une tension de l'ordre de 13V.

Ainsi, une liaison différentielle permet également d'utiliser des tensions moins importantes et de supporter une plus grande atténuation du signal le long de la ligne.


Ressources