Tóm tắt nhanh
- Hai lõi trong mỗi cặp mang tín hiệu vi sai trái dấu; đầu thu so sánh chúng để loại phần nhiễu tác động gần như đồng đều lên cả hai dây.
- Bước xoắn khác nhau giữa bốn cặp giúp giảm thời gian chúng chạy song song và ghép nhiễu với nhau.
- Độ xoắn khác nhau làm chiều dài lõi đồng và thời điểm tín hiệu đến có thể lệch nhẹ; thiết bị Gigabit xử lý độ lệch này trong giới hạn tiêu chuẩn.
- Khi bấm đầu RJ45, giữ phần dây chưa xoắn càng ngắn càng tốt; tài liệu kỹ thuật được dẫn ở đây nêu mốc tối đa 13 mm.
Cắt lớp vỏ một sợi cáp Ethernet, bạn sẽ thấy tám lõi đồng chia thành bốn cặp, mỗi cặp quấn quanh nhau. Cách bố trí ấy giúp cặp dây chống ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài, nhưng vẫn còn một bài toán khác: bốn cặp nằm sát nhau nên cũng có thể gây nhiễu lẫn nhau nếu hình học của chúng trùng khớp.
Hai lõi xoắn đôi giúp đầu thu tách tín hiệu khỏi nhiễu
Mỗi cặp dây hoạt động như một đường truyền vi sai: một lõi mang tín hiệu, lõi kia mang phiên bản đảo ngược. Ở đầu nhận, mạch lấy hiệu giữa hai tín hiệu. Với hai thành phần dữ liệu có cùng biên độ và trái dấu, phép trừ cho biên độ vi sai gấp đôi biên độ trên từng lõi; điều này không có nghĩa tốc độ mạng tăng gấp đôi. Nhiễu bên ngoài nếu tác động gần như giống nhau lên cả hai lõi sẽ bị phép trừ loại bỏ, trong khi thành phần dữ liệu trái dấu vẫn được giữ lại.
Việc xoắn liên tục đổi vị trí tương đối của hai lõi dọc theo cáp, khiến ảnh hưởng cảm ứng không tích lũy theo một chiều như khi chúng chạy song song. Đây là lý do cấu trúc twisted pair được dùng rộng rãi trong cáp truyền thông; ý tưởng này đã xuất hiện trên đường dây điện thoại từ thế kỷ XIX, trước khi trở thành cấu trúc quen thuộc của Ethernet.
Bước xoắn riêng giúp bốn cặp không ghép nhiễu theo cùng một nhịp
Xoắn từng cặp chưa đủ, bởi bốn cặp đồng còn nằm chung trong một lớp vỏ. Nếu hai cặp bên cạnh có cùng bước xoắn, các đoạn dây của chúng có thể chạy song song lặp đi lặp lại ở cùng vị trí. Trường điện từ giữa chúng khi đó dễ ghép với nhau hơn, tạo ra xuyên nhiễu (crosstalk) và làm tín hiệu ở cặp này xuất hiện thành phần không mong muốn ở cặp kia.
Vì vậy, nhà sản xuất chọn bước xoắn khác nhau cho từng cặp. “Bước xoắn” (lay length) là chiều dài cáp cần để một cặp hoàn thành một vòng 360 độ; các bước khác nhau khiến vị trí các lõi giao nhau thay đổi dọc tuyến, giảm việc chúng nằm song song lâu. Cấu trúc này là lựa chọn hình học để hạn chế ghép nhiễu, chứ không phải cách làm cho mọi cặp có cùng chiều dài vật lý.
Ethernet Gigabit dùng cả bốn cặp để truyền dữ liệu. Khi nhiều cặp hoạt động trong cùng bó dây, việc giảm xuyên nhiễu ngay trong cáp giúp tín hiệu đến bộ thu dễ phân biệt hơn. Vỏ bọc hoặc lớp chống nhiễu có thể bổ sung bảo vệ trước tác động bên ngoài ở một số loại cáp, nhưng không thay thế vai trò của cách xoắn trong việc hạn chế nhiễu giữa các cặp.
Chiều dài lõi chênh lệch tạo delay skew nhưng không làm mạng tự mất đồng bộ
Một cặp xoắn chặt hơn phải đi theo đường dài hơn trong cùng chiều dài tuyến cáp so với cặp xoắn lỏng. Vì thế, tín hiệu trên các cặp có thể đến đầu nhận lệch nhau một khoảng nhỏ, gọi là độ lệch trễ (delay skew). Đây là hệ quả có thể dự đoán của các bước xoắn khác nhau, không phải dấu hiệu rằng một cặp được làm sai.
Phần cứng Gigabit có thể đệm tín hiệu đến sớm trong khi chờ các cặp còn lại, rồi xử lý dữ liệu theo đúng thứ tự. Factlen dẫn giới hạn độ lệch tối đa 45 nanosecond trên tuyến 100 m theo TIA/EIA-568. Con số này là giới hạn cho phép của đường truyền theo mô tả nguồn, không phải độ trễ mà mọi cáp mạng gia đình sẽ luôn đạt; chiều dài thực tế và chất lượng lắp đặt vẫn quyết định kết quả.
Khi bấm đầu RJ45, đừng tháo xoắn dây quá dài
Đoạn dây bị tháo xoắn để xếp lõi vào chân RJ45 làm mất một phần cấu trúc giúp chống nhiễu. Nếu để các lõi chạy thẳng và song song quá xa ngay sát đầu nối, khu vực đó có thể trở thành điểm ghép nhiễu, khiến đường truyền khó đạt yêu cầu kiểm tra ở tốc độ cao.
Tài liệu kỹ thuật của Connector Selection khuyến nghị không tháo xoắn quá 13 mm (nửa inch) khi đấu nối; nên giữ các cặp xoắn sát chân tiếp xúc nhất có thể. Đây là mẹo hữu ích khi tự bấm dây hoặc lắp ổ cắm mạng: xếp màu gọn nhưng đừng duỗi thẳng cả đoạn dài, vì thao tác dễ hơn một chút có thể đổi lấy kết nối kém ổn định hơn.
Với mạng gia đình, cách bấm đầu thường đáng kiểm tra trước khi đổi cáp
Thiết kế xoắn giải thích vì sao cáp Ethernet có cấu trúc như vậy, nhưng không có nghĩa dây xoắn tự tạo ra tốc độ mạng. Tốc độ còn phụ thuộc vào chuẩn cáp, chiều dài, đầu nối, thiết bị mạng và chất lượng thi công. Nếu đường truyền chập chờn sau khi tự bấm đầu, hãy kiểm tra thứ tự lõi, độ tiếp xúc và phần dây bị tháo xoắn trước khi kết luận cần mua cáp đắt hơn.
Giữ các cặp xoắn đến gần điểm tiếp xúc là việc nhỏ nhưng có cơ sở kỹ thuật rõ ràng; nó bảo toàn hình học được thiết kế để hạn chế nhiễu, trong khi thiết bị mạng xử lý phần sai khác thời gian còn lại trong giới hạn của chuẩn.
Nguồn tham khảo: Engadget; Connector Selection; Factlen; Secrets Of Simple Things
