Đôi dây xoắn
Đôi dây xoắn (Twisted Pair) là một phát minh của A. Grahm Bell vào năm 1881 và từ đó trở thành phương tiện kinh điển trong công nghiệp điện thoại. Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây đồng được quấn cách ly ôm vào nhau. Tác dụng thứ nhất của việc quấn dây là trường điện từ của hai dây sẽ trung hòa lẫn nhau, như Hình 3.2 minh họa, vì thế nhiễu xạ ra môi trường xung quanh cũng như tạp nhiễu do xuyên âm sẽ được giảm thiểu. Hiện tượng nhiễu xuyên âm (crosstalk) xuất hiện do sự giao thoa trường điện từ của chính hai dây dẫn. Khái niệm xuyên âm có nguồn gốc ở kỹ thuật điện thoại, chỉ sự chồng chéo làm méo tiếng nói do tác động qua lại giữa hai dây dẫn. Nếu kích thước, độ xoắn của đôi dây được thiết kế, tính toán phù hợp, trường điện từ do chúng gây ra sẽ tự triệt tiêu lẫn nhau và hầu như không làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu.
Trong các hệ thống truyền thông công nghiệp, đôi dây xoắn thường được sử dụng đi kèm với chuẩn RS-485. Che chắn đường truyền đối với RS-485 không phải bao giờ cũng bắt buộc, tùy theo đòi hỏi về chất lượng đường truyền và tính tương thích điện từ trong từng lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Các lớp bọc lót, che chắn sẽ giảm tác động của nhiễu bên ngoài đến tín hiệu truyền dẫn, đồng thời hạn chế nhiễu xạ từ chính đường truyền ra môi trường xung quanh. Một cáp dẫn thường bao gồm nhiều đôi dây xoắn, trường hợp phổ biến là hai đôi dây. Cũng có chuẩn LAN như IEEE 802.12 qui định sử dụng bốn đôi dây. Tùy theo cách che chắn mà người ta phân biệt hai loại cáp dẫn: Shielded Twisted Pair (STP) và Unshielded Twisted Pair (UTP). Sự khác nhau giữa STP và UTP ở chỗ, ngoài vỏ bọc chung bên ngoài của cả cáp thì STP còn có thêm một lớp che chắn riêng cho từng đôi dây, như thấy trên Hình 3.3.
Điện trở đặc tính của STP và UTP thường là 120Ω. Đặc điểm của STP là khả năng chống tác động nhiễu từ bên ngoài cao hơn nhiều so với UTP, trong khi bản thân STP cũng tỏa ít nhiễu hơn ra môi trường xung quanh. Nhìn chung, đối với các hệ thống bus trường với chuẩn truyền dẫn RS-485 thì STP được sử dụng phổ biến nhất. Cũng chính vì khả năng kháng nhiễu tốt mà STP cho phép truyền với tốc độ tương đối cao (1..10Mbit/s).
Tùy theo chất lượng của cáp truyền, chiều dài dây dẫn tối đa không dùng bộ lặp có thể tới 3000m. Tuy nhiên, một phương thức truyền không cho phép đạt được cả tốc độ truyền tối đa và chiều dài tối đa cùng một lúc. Ví dụ, để đạt được tốc độ truyền tối đa thì chiều dài dây dẫn không được lớn hơn 100m. Bảng 3.1 liệt kê một số kiểu cáp theo qui chuẩn AWG (American Wire Gauge).
Chất lượng truyền của STP tốt hơn luôn đi đôi với giá thành cao hơn. Vì vậy ở khoảng cách truyền dẫn ngắn hoặc trong các điều kiện ít có tác động nhiễu bên ngoài, UTP cũng được sử dụng. Do dải tần bị hạn chế và nhạy cảm với nhiễu, tốc độ truyền sử dụng UTP trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp thường bị hạn chế ở mức 167 kbit/s, cũng như chiều dài đường truyền tối đa không dùng bộ lặp là 200m.
Tuy tốc độ truyền của các loại cáp đôi dây xoắn không cao lắm, nhưng ưu điểm của nó là giá thành hợp lý và dễ lắp đặt, nối dây. Vì vậy ứng dụng chủ yếu của chúng là ở cấp trường, có thể sử dụng trong hầu hết các hệ thống bus trường. Trên Hình 3.4 là một ví dụ cáp đôi dây xoắn kiểu STP, sản phẩm của hãng Siemens được dùng trong mạng MPI và PROFIBUS. Tốc độ truyền tối đa cho phép ở đây là 12MBit/s.
Đến nay, cáp đôi dây xoắn cũng được thiết kế, chế tạo với nhiều cải tiến khác nhau. Tùy theo kiểu cách và chất lượng của sản phẩm, người ta cũng chia thành các hạng từ 1- 5. Loại cáp dùng trong công nghiệp điện thoại hoặc trong mạng thường thuộc hạng 3, cho phép truyền tới tốc độ 12Mbit/s. Hạng 5 cho phép truyền tới tốc độ 100Mbit/s, được dùng trong Fast Ethernet (100BASE-TX). Chuẩn IEC 61158 cũng đưa ra 4 loại đôi dây xoắn xếp hạng từ A tới D với chất lượng cao nhất thuộc hạng A
