So sánh dây cáp quang và dây cáp đồng về khả năng truyền tải tín hiệu

Từ thế kỷ 19, dây cáp đồng với kết cấu đơn giản đã được sử dụng để truyền tải tín hiệu và thông tin liên lạc. Mặc dù cáp đồng ngày nay có cấu tạo phức tạp hơn nhiều, nhưng đây vẫn là một lựa chọn tiết kiệm chi phí và được sử dụng rộng rãi để di chuyển các bit trong mạng Ethernet ngày nay. Có một số loại cáp Ethernet bằng đồng, mỗi loại có các đặc điểm riêng.

1.1 Dây cáp mạng Cat5e

Cat5e là một trong những loại cáp Ethernet phổ biến sớm nhất. Dòng cáp này hỗ trợ truyền dữ liệu ở tốc độ lên đến 1000Mbps (1 Gbps) ở khoảng cách tối đa 100 mét. Cáp mạng Cat5e được sử dụng trong các hộ gia đình và doanh nghiệp nhỏ vì nó cung cấp đủ băng thông cho các mạng này trong khi giá cả cũng rất phải chăng. Tuy nhiên, nó có khả năng chống nhiễu điện từ và nhiễu vô tuyến hạn chế.

Datasheet của HELUKAT 200 IND

1.2 Dây cáp mạng Cat6 và Cat6a

Dòng cáp này cung cấp tốc độ lên đến 10 Gbps với khả năng chống nhiễu và nhiễu xuyên âm tốt hơn. Tuy nhiên, một nhược điểm là chiều dài cáp tối đa: chỉ 55 mét cho 1 Gbps và 37 mét cho 10 Gbps. Đối với các đường truyền ngắn hơn, như trong giá đỡ máy chủ hoặc thiết bị mạng, Cat6 cung cấp hiệu suất được cải thiện với mức tăng vừa phải về chi phí, cao hơn khoảng 33% so với Cat5e. Cat6a được nâng cấp so với Cat6 bằng cách thêm lớp bảo vệ bổ sung, giảm nhiễu và cải thiện chiều dài tối đa lên 100 mét cho cả thông lượng 1 Gbps và 10 Gbps.

1.3 Dây cáp mạng Cat7

Cáp mạng Cat7 tương đương với tốc độ và chiều dài cáp của Cat6a nhưng có khả năng chống nhiễu và nhiễu xuyên âm vượt trội. Đối với các môi trường mà hiệu suất và băng thông cao nhất tuyệt đối là tối quan trọng, Cat7 đáp ứng được, nhưng với chi phí cao hơn khoảng 25% so với Cat6a.

Nhìn chung, băng thông và khoảng cách là những yếu tố chính khi lựa chọn dây cáp đồng. Tuy nhiên, khả năng chống nhiễu cũng cần được cân nhắc để tránh những rắc rối sau này. Điều này đi đôi với việc gia tăng chi phí.

Datasheet của HELUKAT 600 E S/FPT PVC

Cáp quang dùng cho truyền thông là một bước tiến lớn về công nghệ kết nối. Không giống như cáp đồng, truyền tín hiệu điện qua môi trường kim loại, dây cáp quang hoạt động với nguyên tắc truyền dẫn là sự phản xạ của các tia sang. Điều này mang lại lợi thế lớn về băng thông và chiều dài cáp tối đa.

>>Xem thêm: Khám phá các sản phẩm cáp quang của HELUKABEL

2.1 Dây cáp quang Singlemode

Dây cáp quang Singlemode thể hiện đặc tính vượt trội hơn cho cả truyền dữ liệu tốc độ cao và đường dài. Dòng cáp quang này có tốc độ dữ liệu lên đến 400 Gbps và chiều dài cáp nhiều kilomet. Cáp quang Singlemode thậm chí còn được sử dụng làm cáp quang biển để kết nối các đảo và lục địa. Tuy nhiên, các đường truyền cực dài này đòi hỏi phải có bộ khuếch đại tín hiệu theo các khoảng thời gian đều đặn.

2.2 Dây cáp quang Multimode

Dây cáp quang Multimode có chiều dài cáp tối đa ngắn hơn nhiều so với cáp quang Singlemode, do đó, nó thường được sử dụng trong các tòa nhà hoặc khuôn viên trường để kết nối các tòa nhà. Dòng cáp này cũng có băng thông thấp hơn, đạt mức tối đa là 10 Gbps.

Lựa chọn giữa dây cáp quang Singlemode và Multimode phụ thuộc vào một số yếu tố quan trọng. Đầu tiên là khoảng cách; Singlemode có thể đạt tới hàng chục km (hoặc hơn với bộ khuếch đại), trong khi sợi quang Multimode có độ tin cậy lên đến nửa km (hoặc 1 km nếu băng thông bị giới hạn ở mức 1 Gbps). Yếu tố tiếp theo là băng thông, với sợi quang Singlemode vượt trội hơn sợi quang Multimode.

Datasheet của HELUCOM® FS120 A/I-DQ(ZN)(SR)H Cca

Dây cáp quang và cáp đồng được chế tạo bằng các vật liệu rất khác nhau và do đó được sử dụng trong các trường hợp khác nhau cho ứng dụng khác nhau.

3.1 Cấu tạo của dây cáp quang

Cáp quang có cấu tạo lõi làm bằng lõi sợi thủy tinh hoặc nhựa. Dòng cáp này truyền dữ liệu qua ánh sáng, bằng cách cho phép ánh sáng phản xạ qua lại dọc theo chiều dài của lõi thủy tinh, trong khi lớp phủ thủy tinh bao quanh lõi và đảm bảo ánh sáng được giữ lại bên trong. Sau đó, lớp này được bọc bằng vật liệu cách điện bổ sung, bao gồm một lớp nhựa để gia cố lõi, tiếp theo là một lớp ống bọc chứa gel hoặc kevlar (tùy thuộc vào nhà sản xuất) và sau đó là một lớp nhựa màu để xác định loại cáp quang.

3.2 Cấu tạo của dây cáp đồng

Cáp đồng có cấu tạo lõi được làm bằng kim loại đồng. Một số loại cáp đồng như cáp đồng trục (được phủ nhiều lớp cách điện và bảo vệ), cáp đồng xoắn đôi (có từ một đến bốn cặp dây đồng cách điện được xoắn lại với nhau theo từng cặp và sau đó được bao bọc trong nhiều lớp cách điện và bảo vệ khác nhau).

Cấu hình cụ thể của cáp đồng phụ thuộc vào mục đích sử dụng của chúng, nhưng thiết kế cuối cùng là giống nhau: lõi đồng, được bao quanh bởi lớp phủ cách điện và bảo vệ. Một số cũng sẽ bao gồm các biện pháp gia cố bổ sung như rãnh.

4.1 Dây cáp quang có tốc độ truyền tải nhanh hơn và băng thông lớn hơn

Việc xác định khả năng truyền tải của dây cáp quang và cáp đồng thực chất là quy về tốc độ của photon (đối với cáp quang) và tốc độ của electron (đối với cáp đồng). Photon chuyển động với tốc độ ánh sáng, trong khi electron xuất hiện trong tự nhiên di chuyển với tốc độ nhỏ hơn 1 phần trăm tốc độ của ánh sáng. Hơn nữa, dây cáp đồng có lượng băng thông hạn chế, trong khi dây cáp quang có lượng bông thông tiêu chuẩn lên đến 10 Gbps và hơn thế nữa.

4.2 Dây cáp quang ít bị suy hao tín hiệu hơn

Khi truyền tải tín hiệu ở khoảng cách lớn, dây cáp quang ít bị suy hao tín hiệu hơn so với dây cáp đồng. Do đó, đối với kết nối mạng đường dài, dây cáp quang cho phép khả năng truyền tải dài hơn so với cáp đồng mà không làm thay đổi tần số thực tế. Cáp đồng có thể được truy cập từ khoảng cách giới hạn là 100 mét, với cáp quang hỗ trợ truyền dữ liệu trên 100 km trở lên.

4.3 Hiện tượng nhiễu điện từ hoàn toàn không xảy ra ở cáp quang

Vì là vật dẫn điện nên dây cáp đồng vẫn dễ xảy ra hiện tượng nhiễu điện từ. Sợi quang sử dụng một quy trình được gọi là phản xạ toàn phần để truyền tín hiệu ánh sáng thay vì điện, do đó không bị nhiễu điện từ (EMI) làm gián đoạn quá trình truyền dữ liệu. Sợi quang cũng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ, thời tiết khắc nghiệt và độ ẩm, tất cả đều có thể cản trở khả năng kết nối của cáp đồng.

Tuy nhiên, đối với những ứng dụng không chịu tác động của hiện tượng nhiễu điện từ, dây cáp đồng vẫn luôn là lựa chọn phổ biến vì khả năng dẫn điện tốt. Bên cạnh đó, dây cáp đồng còn có khả năng chống ăn mòn tốt, phù hợp với những môi trường ứng dụng có độ ẩm cao.

4.4 Dây cáp quang có mức độ bảo mật cao

Nhiều nhà máy lọc dầu và các ngành công nghiệp quan trọng khác đang sử dụng dây cáp quang thay vì Ethernet có dây và không dây do lo ngại về bảo mật. Tín hiệu cáp quang, không giống như tín hiệu điện tử truyền qua cáp đồng, không phát ra tín hiệu sóng điện từ dễ bị nghe lén. Tín hiệu cáp quang cũng chống lại việc giải mã của tin tặc.

4.5 Cáp quang có khả năng tương thích cao

Hệ thống cáp quang dễ dàng thích ứng với các sửa đổi, bổ sung và nâng cấp. Việc lắp đặt và bảo trì dây cáp quang đã được đơn giản hóa với sự tiến bộ của thiết bị kiểm tra và chấm dứt cáp quang. Các phát triển gần đây như bộ thu phát cắm được (SFP) dạng nhỏ và công tắc nhúng giúp đơn giản hóa các kết nối và cấu hình của mạng cáp quang.

Bên cạnh đó, cáp quang có thể truyền nhiều loại tín hiệu kỹ thuật số và tương tự, chẳng hạn như thông tin đóng tiếp điểm hoặc có thể ghép kênh hai chiều bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu điện sang và từ các luồng dữ liệu quang. Điều này bao gồm chuyển đổi phương tiện truyền thông đồng/sợi quang của các giao thức nối tiếp như RS232/485, Ethernet, Ethernet/IP, ControlNet, PROFIBUS, DH+và Modbus.

4.6 Tối ưu về mặt chi phí

Cáp đồng có vẻ là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất vì nó có giá thành thấp hơn nhiều so với cáp quang. Tuy nhiên, nếu tính đến các chi phí ẩn, bảo trì, nhiễu, rủi ro giả mạo và chi phí thay thế, dây cáp quang là lựa chọn tài chính tốt hơn về lâu dài. Do dây cáp quang có tuổi thọ dài hơn so với cáp đồng, bạn không cần phải lắp nhiều tủ điện để lặp lại tín hiệu trên khoảng cách xa hơn. Việc không cần thêm lớp bảo vệ EMI hoặc chống cháy cũng có thể giúp giảm chi phí.

Các ứng dụng tự động hóa công nghiệp có các yêu cầu riêng biệt đối với mạng lưới truyền thông. Các thành phần mạng công nghiệp phải chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt hơn nhiều, có thể bao gồm nhiệt độ khắc nghiệt, sét đánh, nhiễu điện từ và lắp đặt ở các vị trí nguy hiểm. Do đó, dây cáp quang thường được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp để cung cấp các hệ thống mạng có độ tin cậy cao, không bị lỗi, không gây gián đoạn dây chuyền sản xuất và đảm bảo an toàn cho người lao động.