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2019-08-12

Cavo ottico – tutto quello che c'è da sapere

Cavo ottico – tutto quello che c'è da sapere

Il cavo ottico sfrutta la fibra ottica presente al suo interno. Le proprietà fisiche della trasmissione dati mediante l'onda luminosa modulata (invece della corrente elettrica) fanno sì che la trasmissione non venga disturbata da fattori esterni. Attualmente questa soluzione viene comunemente utilizzata per la trasmissione audio e video digitale, così come per la trasmissione di altri dati. Cos'altro vale la pena di sapere? Presenteremo i dettagli nel seguente articolo.

In questo articolo illustreremo:

Che cos'è il cavo ottico?

Il cavo ottico è un tipo di cavo in cui il supporto dati trasmessi è costituito da un'onda luminosa. Pertanto questo tipo di cavo viene anche chiamato fibra ottica. La struttura del conduttore principale generalmente è costituita da vetro o plastica con ottime proprietà ottiche; a differenza della maggior parte dei cavi attualmente utilizzati, dove il supporto dati è costituito da un impulso elettrico e il nucleo è per lo più realizzato con l'impiego di materiale conduttivo. La fibra ottica è costituita principalmente da fibre dielettriche, attraverso le quali le informazioni vengono trasmesse ad alta velocità in forma di onda luminosa complessa (fascio di luce). I dati inviati in questo modo raggiungono la destinazione in forma invariata, per questo motivo in teoria questo tipo di trasmissione delle informazioni non presenta alcuna perdita.

L'impiego di cavi ottici assicura l'immunità totale dei segnali trasmessi alle distorsioni causate dalle condizioni atmosferiche e dall'interazione con apparecchiature elettriche adiacenti (tali da generare interferenze elettromagnetiche) e dalla bassa attenuazione della trasmissione. Sulla qualità del segnale inoltre non influisce la distanza: un cavo ottico efficiente mantiene inalterate le proprietà del segnale anche in caso di elevata distanza tra l'inizio e la fine del cavo. Un ulteriore vantaggio del cavo ottico è la totale assenza di interferenze elettromagnetiche dovute alla presenza di dispositivi vicini e l'assenza di differenza di potenziali nel cavo.

Tipologie di cavi ottici

I cavi ottici possono essere suddivisi in base al materiale utilizzato per la loro realizzazione (vetro, plastica, semiconduttore), alla geometria interna (planare, a strisce, fibrosa), alla struttura modale (mono- o multimodale), alla distribuzione dell'indice di rifrazione (a gradino, gradiente) nonché allo standard del connettore.

Geometria interna del cavo

La fibra ottica planare è composta da tre strati. Lo strato intermedio presenta il maggiore indice di rifrazione e la luce è intrappolata al suo interno per via della riflessione interna totale. Il cavo ottico a strisce consente la propagazione del fascio di luce in due direzioni. La fibra ottica a struttura fibrosa presenta un nucleo composto da numerose fibre indipendenti.

Materiale utilizzato

Le più efficaci in termini di funzionamento sono le fibre ottiche in vetro. Queste consentono una trasmissione dei dati ad alta velocità e su lunga distanza. I conduttori con nucleo realizzato in plastica e in semiconduttori vengono utilizzati principalmente per la trasmissione locale di informazioni tra dispositivi.

Struttura modale

Le fibre ottiche monomodali e multimodali differiscono principalmente per lo spessore del nucleo. Nel caso dei cavi monomodali, lo spessore standard di solito corrisponde a 8-10 μm, e l'onda si diffonde parallelamente (o quasi parallelamente) all'asse del cavo. Il diametro del nucleo dei cavi multimodali è in genere di 50 o 62,5 μm, e l'onda si diffonde su più tracce contemporaneamente.

Distribuzione dell'indice di rifrazione

I cavi ottici con profilo d'indice a gradino sono caratterizzati da una variazione a gradino dell'indice di rifrazione tra il nucleo del cavo e il suo mantello. Tuttavia, nelle fibre ottiche con profilo d'indice a gradiente, la variazione avviene in modo continuo (transizione graduale dal valore più alto sull'asse del nucleo a quello più basso sul bordo del mantello).

Connettore

Attualmente i tipi più comuni di cavi ottici sono i cavi terminati con connettori maschi TOSLINK o Mini TOSLINK.

TOSLINK

TOSLINK è uno standard d'interfaccia che consente la trasmissione di un segnale audio digitale in forma d'onda mediante l'utilizzo di un cavo in fibra ottica con un diametro di circa 1 mm. Viene utilizzato nei sistemi home theater, computer, schede audio, console di videogiochi e molti altri dispositivi di uso comune. Il sistema TOSLINK è stato elaborato e brevettato nel 1983 dalla rinomata società giapponese Toshiba. Da qui deriva anche il suo nome caratteristico: TOS da Toshiba e LINK dalla parola inglese che significa collegamento.

La tecnologia garantisce la trasmissione tramite un impulso di luce rossa, la cui lunghezza d'onda è di circa 660 nm. Inizialmente la velocità di trasferimento dei dati per gli impieghi Fast Ethernet e FireWire era di circa 3,1 Mb/s. Oggi è possibile raggiungere velocità fino a 125 Mb/s. La larghezza di banda massima dell'attuale versione per cavo audio è di 25 Mb/s; questo livello assicura un'eccellente trasmissione dei dati audio.

Mini TOSLINK

Inoltre gode di popolarità un secondo tipo di standard dei cavi ottici, il tipo Mini TOSLINK, ad es. CLIFF FM65010. La spina di questo cavo è stata progettata basandosi sul popolare connettore mini-jack da 3,5 mm. Inizialmente questa soluzione veniva utilizzata solo nei dispositivi mobili (per via delle minori dimensioni del collegamento, che facilita un utilizzo più comodo nei dispositivi portatili). Oggi i produttori di apparecchiature elettroniche utilizzano sempre più di frequente cavi Mini TOSLINK nei loro dispositivi RTV. Il connettore per cavi ottici Mini TOSLINK presenta l'estremità della fibra ottica inserita nel connettore.

Applicazioni dei cavi ottici

Per via delle loro proprietà specifiche, i cavi ottici vengono utilizzati in molti settori, tra cui nei sistemi audio, nelle telecomunicazioni, nella medicina e nell'automazione industriale. Sono ideali per l'impiego in ambienti difficili che spesso rendono impossibile l'impiego dei normali cavi. Questi cavi consentono un funzionamento efficiente di dispositivi ad alta quota, a temperature estreme e in presenza di forti disturbi elettromagnetici. I cavi ottici sono ideali per la trasmissione audio e video senza perdita di dati, al posto dei cavi HDMI tradizionali possono essere utilizzati con successo cavi ottici per home theater.

Quale cavo ottico scegliere?

Sul mercato sono disponibili molti cavi ottici. La condizione indispensabile è una corretta scelta del connettore in funzione del dispositivo in nostro possesso. Tuttavia esistono anche altri criteri importanti che consentono di determinare quale cavo ottico debba essere utilizzato in uno specifico caso.

Lunghezza del cavo

L'operazione più importante è scegliere la lunghezza del cavo in funzione del suo utilizzo futuro. Nel caso dei cavi che sfruttano i segnali elettrici come vettore per le informazioni, all'aumentare della lunghezza del cavo, la qualità del trasferimento dei dati diminuisce. Il cavo ottico assicura sempre la stessa qualità del segnale, indipendentemente dalla lunghezza del cavo. Vale la pena notare tuttavia che la Toshiba (il creatore dello standard TOSLINK) ha indicato nella specifica ufficiale, che la lunghezza del cavo non deve superare i 10 m. Se questa condizione è soddisfatta, la qualità della connessione dipende solo dalla classe e dall'efficienza dei dispositivi che trasmettono e ricevono il segnale luminoso.

Banda

I valori ottimali rientrano nella gamma da circa 9 MHz a 11 MHz. Il prezzo del prodotto dipende dal materiale utilizzato nella fibra ottica. I materiali con le migliori proprietà consentono al cavo di operare con frequenze più elevate, mentre l'impiego di materie plastiche per produrre il nucleo del cavo ottico causa una riduzione delle frequenze massime di trasmissione. Tali cavi saranno più economici e in teoria di qualità inferiore, ma possono rivelarsi più convenienti e perfettamente sufficienti per alcune applicazioni (ad esempio quando le limitazioni del dispositivo di ricezione rendono impossibile il raggiungimento di elevati valori della frequenza di trasmissione).

Come collegare il cavo ottico?

Affinché il cavo ottico funzioni correttamente è necessario assicurarsi che questo sia collegato in modo appropriato. La tecnologia della fibra ottica è resistente agli agenti esterni, ma molto sensibile all'utilizzo che viene effettuato da parte dell'utente. Il nucleo, presente all'interno del cavo, spesso è realizzato con vetro o plastica, questi materiali non sono resistenti alle deformazioni come i cavi di tipo coassiale. Durante l'installazione delle apparecchiature audio che utilizzano cavi TOSLINK, non è possibile in nessun caso deformare il cavo. Tale comportamento può causare la rottura del nucleo, che a sua volta renderà il cavo completamente inutilizzabile. Il costo di riparazione di un cavo in fibra ottica danneggiato può essere fino a una dozzina di volte superiore rispetto all'acquisto di un cavo nuovo. Pertanto, questo tipo di apparecchiatura deve essere manipolata delicatamente e facendo molta attenzione.

Il solo processo di collegamento dei connettori montati sul cavo con le prese nei dispositivi non è complicato. Ogni spina dispone di una guaina installata per proteggere i connettori dall'eventuale contaminazione, prima di procedere al collegamento dei cavi è necessario rimuoverla. Al dispositivo che invia il segnale è necessario collegare una spina alla presa contrassegnata con la dicitura OPTICAL OUT, mentre l'altra spina deve essere collegata al dispositivo che ricevere i dati alla presa OPTICAL IN. Vale la pena ricordare che anche la migliore trasmissione dati audio non migliorerà la qualità del suono se il dispositivo di trasmissione (ad esempio lettore DVD) e il ricevitore (sistema home theater con altoparlanti) non è di buona qualità.

Cavo HDMI, ottico, o magari RCA?

Il segnale digitale è composto da una stringa binaria in cui viene codificata una stringa di caratteri. Per la trasmissione del segnale audio digitale vengono utilizzati cavi ottici con connettori TOSLINK e Mini TOSLINK o coassiali con connettori RCA (ossia cinch). Il segnale audio digitale può essere trasmesso in forma coassiale o ottica. Il segnale nel cavo ottico assume la forma di un'onda luminosa. Nel lettore audio-video (ad esempio DVD) il segnale acustico deve essere convertito in onda luminosa, in modo che sul connettore ottico possa essere inviato il segnale da trasmettere al sistema home theater tramite il cavo ottico.

Dopo aver collegato il cavo all'ingresso ottico del sistema home theater, l'onda luminosa giungerà al dispositivo, questa a sua volta dovrà essere convertita dal dispositivo in forma digitale, ossia in impulso elettrico. La qualità del convertitore utilizzato determina la qualità del segnale trasmesso (analogamente alla qualità del materiale utilizzato nel cavo utilizzato per la trasmissione del segnale elettrico). L'utilizzo di un cavo ottico per sistemi home theater (al posto di un cavo HDMI o RCA), consentirà una trasmissione tra dispositivi praticamente senza la perdita di dati.

Quanto costa un cavo ottico?

Il prezzo dipende dal materiale utilizzato, dalla lunghezza e dalla struttura interna del cavo, così come dal tipo e dalla qualità dei connettori utilizzati. Un buon cavo ottico può costare da alcuni euro a persino alcune decine di euro al metro lineare. Prima dell'acquisto, vale la pena di leggere attentamente le specifiche dettagliate dei dispositivi con cui i cavi devono essere collegati, quindi scegliere il cavo ottico adatto ai loro parametri.

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