Gire em torno de um roteador e você encontrará um fio peculiar ligado em suas costas. O fio tem uma estranha semelhança com uma cobra: tem uma cabeça pequena e um corpo longo e brilhante. Quando você desconectar os dentes da carne do roteador, um tinido surdo pode ser ouvido. Sua cabeça é transparente e debaixo de sua pele, você encontrará múltiplos fios, de cores diferentes, torcidos e enrolados juntos para formar um único condutor, o Ethernet.
(Crédito da foto: Wikimedia Commons)
São essas fitas de fios trançados que fornecem ao roteador e, portanto, aos seus dispositivos acesso à Internet. No entanto, não é estranho que esses fios, que conectam seu roteador ao provedor de serviços de Internet (ISP) a quilômetros de distância, não devam ser agrupados como cerdas, mas sim torcidos um ao outro?
A redução do ruído
Nenhum engenheiro iria interferir com o equipamento, a menos que a interferência tenha algum benefício. Os fios coloridos não são torcidos porque o condutor parece esquisito; eles são torcidos para reduzir sinais de ruído indesejáveis.
Alexander Graham Bell foi a primeira pessoa a perceber as vantagens de transmitir sinais em fios trançados. Embora os fios telefônicos não tenham sido distorcidos tão intricada ou extensivamente como são hoje. O par de fios transmitindo ou recebendo sinais telefônicos seria torcido, ou suas posições seriam trocadas em todos os pólos. Estes pólos foram separados por distâncias iguais e foram empilhados ao longo de vários quilômetros. O pólo, que agora é uma relíquia de uma era gloriosa de descobertas científicas e inovações que testemunharam o nascimento do que hoje se chama tecnologia “pré-moderna” ou mesmo “moderna”, ainda pode ser encontrado em áreas rurais.
Os sinais transmitidos nos dois fios eram iguais em magnitude, mas opostos em polaridade. Portanto, se um fio carregasse um sinal de tensão + A, o fio paralelo a ele levaria um sinal de tensão -A. Estes são chamados sinais diferenciais porque a saída que um receptor produz ao recebê-los é a diferença aritmética desses sinais. O receptor subtrai A e -A para gerar 2A. No entanto, por que isso é tão bacana?
É somente no mundo ideal que o receptor recebe os dois sinais A e -A sem qualquer ruído. O ambiente inevitavelmente introduzirá ruído nos fios e corromperá os sinais. No entanto, os sinais de ruído são introduzidos sem qualquer inversão de polaridade: a fonte de ruído induz um componente de tensão em ambos os fios, digamos, + N, e não + N e -N. Portanto, os sinais corrompidos que o receptor recebe agora são (A + N) e (NA). No entanto, porque subtrai ambas as entradas, a saída gerada é absolutamente livre de ruído como (A + N) – (NA) = 2A.
Isso era inegavelmente brilhante. No entanto, é baseado em uma falácia. Baseia-se no pressuposto de que o ruído induzido nos dois fios paralelos é igual em magnitude. Isso é certamente falso, pois a fonte pode não ser equidistante dos dois fios. Um fio seria então exposto a mais ruído do que o outro. Como alguém pode resolver esse problema?
Bem, uma maneira de resolvê-lo é expor o outro fio a mais ruído, tornando os dois componentes iguais. Se os dois fios forem regularmente expostos à fonte de ruído por turno, a magnitude do ruído induzido nos mesmos também será a mesma. Isto pode ser conseguido – acredite ou não – torcendo ou trocando os fios!
Interferência eletromagnética (EMI)
Um século depois, os fios não são grossos e esticados entre postes altos; em vez disso, eles são extremamente finos e são encontrados com frequência tensos ou estendidos entre caixas pequenas e de formas estranhas. E sim, outra coisa, as caixas e os fios que as conectam estão por toda parte.
(Crédito da foto: Pixabay)
O desafio que tantos fios próximos situam os engenheiros é que agora o ruído em um fio não é apenas induzido pelo ambiente, mas também por outros fios em sua vizinhança. Os elétrons em movimento, assim como aqueles que constituem uma corrente em um condutor, irradiam ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas produzidas por um fio podem perturbar os elétrons no fio ao lado dele. Como as ondas EM compreendem oscilação ou alteração de campos magnéticos, uma onda EM atravessando um fio pode induzir uma corrente nela. Isso é chamado de cross-talk e esse tipo de ruído é chamado de interferência eletromagnética (EMI).
A EMI é particularmente desconcertante hoje quando os sinais não são analógicos, mas digitais, e quando os sinais de comunicação não são carregados em ondas sinusoidais, mas traduzidos para uma linguagem binária de 0s e 1s, a única linguagem que um computador pode entender. No entanto, essencialmente, os sinais binários são sinais analógicos padronizados: se uma voltagem de A se traduz em ‘0’, então 2A se traduz em ‘1’.
Agora, se o ruído ambiental e a EMI induzem indiscriminadamente os componentes de tensão, ou seja, o ruído transmitido nos dois fios não é igual em magnitude, a saída é certamente inferior a 2A. O computador agora acha a diferenciação entre 0 e 1 bastante difícil e é capaz de confundir um para o outro, produzindo assim resultados horrivelmente errôneos.
Curvas de entrançamento extensas (na realidade, impossibilidade absoluta é impossível) ruído de duas maneiras: primeiro, como explicado, a exposição igual à fonte garante que a maior parte do ruído seja cancelada quando os sinais são subtraídos pelo receptor; e segundo, a cada torção, o campo magnético produzido pelo fio muda sua polaridade, de tal forma que as correntes induzidas são opostas em polaridade, que em última análise, é claro, negam uma à outra para produzir sinais efetivamente livres de ruído. Efetivamente, mas não completamente.
Para melhorar ainda mais a clareza do sinal, os fios são espessados ou afinados, melhor isolados, ou seu número de voltas e voltas varia de acordo com a aplicação. No entanto, você raramente, ou nunca, os encontrará desvendados ou desviados.