Главная » Хабрахабр » Оптический приемопередатчик FTDI-POF

Оптический приемопередатчик FTDI-POF

image

Мне предложили поучаствовать в одном проекте связанном с передачей данных по оптическому волокну и я с интересом взялся за эту работу. Привет, Хабр, я студент по специальности лазеры в инфо-коммуникационных системах и я впервые работал с оптоволокном.

Это интернет, подключение разнообразных датчиков, лазерные устройства. Оптоволокно все прочнее закрепляется в нашей жизни. Также его применяют в световом оформлении помещений.

Оптические линии имеют ряд преимуществ: нет проблем с заземлением, высокая помехозащищенность, секретность (нет электромагнитного излучения, которое может быть подслушано), легкость.

За основу взят программатор MBFTDI, построенный на микросхеме FT2232H. Задача: создать рабочий прототип платы с последовательным портом, сигналы которого передаются по пластиковой волоконно-оптической линии связи. Что и было сделано.
Разъем JTAG с программатора нужно было убрать и на его место поставить оптический приемник и передатчик.

Дальше расскажу о том, что и как я делал

Услышав техническое задание, я сразу сказал, что это не возможно. Могу сказать, что в вузе мы не раз говорили об оптоволокне, однако все время упор был сделан именно на кварцевое волокно, которое сейчас используется в линиях связи. Для работы с ним необходимо дорогое оборудование. А нужно было найти недорогое решение.

Вот что именно меня озадачило: при моих оценках «отлично» и почти 100% посещении всех занятий (да-да, я не упустил случая себя похвалить) я и не мог предположить, что существует POF (Plastic Optical Fiber). Однако после изучения статьи на Хабре, я был сильно озадачен. Это пластиковое волокно, которое как раз подходит для нашей задачи.

  1. Его размеры 2.2 мм в диаметре. Для сравнения: диаметр стандартного кварцевого волокна 125 мкм.
  2. Обработка почти не требуется. Можно резать волокно обычным ножом и не обрабатывать торец, но все равно будет работать.
  3. Приемник и передатчик вместе стоят чуть больше 1000 рублей, что меньше, чем устройства для работы с кварцевым волокном.
  4. Минимум поглощения находится в видимом спектре – 650 нм (красный цвет)

Естественно, что показатели передачи лучше у кварцевого волокна, однако для нас прекрасно подойдет и POF. Его преимущества делают нашу работу легче и удобнее, а низкая цена компонентов вообще нас радует.

Давайте же перейдем к самому процессу разработки.

От начала до конца за 3 шага

Для работы с этим волокном нам нужны приемник и передатчик. Выбор пал на SFH551 (черный) и SFH756 (белый) соответственно.

Кажется светодиод в передатчике светит слишком слабо. Для начала была собрана пробная модель на печатной плате, на кабеле длинной 15-20 см все работало, однако при подключении всей катушки (около 100 м) излучение рассеивалось в волокне и не доходило до конца. Микросхема FTDI на выходе не может дать более 12мА, а нужно хотя бы 50мА. Разобравшись в документации, стало понятно, что передатчику нужен больший ток. Эта проблема решена путем добавления в схему передатчика транзистора.

За основу, естественно, была взята схема программатора MBFTDI. Получив работающую схему оптической развязки, мы приступили к разводке платы. Я не нашел для нее библиотеки с нашими элементами и сделал их сам. Дальнейшую работу проводили в программе DipTrace. Также в DipTrace есть интересная функция 3D Preview, которая показывает плату со всеми элементами в 3D. Честно говоря, этой программой я пользовался в первый раз, но ее понятный интерфейс помог быстро освоиться. И, конечно же, я их сделал. Это для меня было по-своему захватывающе, так как своему элементу также можно присвоить 3D модель. Созданные модели можно конвертировать в формат, подходящий для DipTrace – STEP. Работа проводилась в Компасе 3D.

Вот, какая модель получилась в конце, рядом готовая плата:

image

Для начала проверили, работает ли наш прототип. Имея рабочие устройства на руках, наступила фаза исследований. Для приема и передачи использовались программы PUTTY и TeraTerm. Да, все прекрасно работало: на скорости 921600 бит в секунду на расстоянии 100 метров данные успешно передавались и принимались.

И если можно, то как? Теперь появился вопрос – можно ли передавать информацию по одному кабелю?

Например, можно собрать схему со свето-делительными кубами.

image

Ну и ладно, мы поищем что-нибудь еще. Тут уже задумываемся о цене кубиков, и этот вариант сразу отпадает. Мы вспомнили об оптических разветвителях.
Смотрел в интернете, но почему-то никто их не предлагал на продажу(или я плохо искал), хотя было несколько статей на эту тему. И найдем!

Сделаем на каждом кабеле по скосу, приблизительно до середины. Ну, в любом случае идея для нас понятная, можно и самим попытаться. Соединив их, получим что-то вроде Х — делителя.

Но как маленький эксперимент – нам подходит, даже что-то получилось. Выемки сделаны канцелярским ножом, никакого расчета деления мощности делать не стоит, потери в месте соединения слишком высокие.

Это тоже нам не особо на руку. Также нужно вспомнить, что при добавлении в схему делителей, уменьшается мощность, дошедшая до приемника: с кубиками получим 25%, с делителями 50% начальной мощности.

Короткий вывод

Приятное знакомство с DipTrace. Неожиданное знакомство POF и работа с ним. Получение опыта (куда-же без него) и просто радость за выполненную работу. К сожалению, остался вопрос насчет использования одного кабеля для передачи в обе стороны.
Библиотеку из двух элементов AVAGO можно найти на GitHub.

Надеюсь, что статья вам понравилась, если есть советы, буду рад их прочитать.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

[Из песочницы] Решаем проблемы типов данных в Ruby или Make data reliable again

В этой статье я хотел бы рассказать о том, какие проблемы с типами данных есть в Ruby, с какими проблемами столкнулся я, как их можно решить и как сделать так, чтобы на данные, с которыми мы работаем, можно было положиться. ...

SamsPcbGuide, часть 8: Как получить правильную осциллограмму

Наверно, все умеют пользоваться осциллографом. Это очень легко – цепляешь «крокодил» к земле, остриё щупа – в необходимую точку измерения, регулируешь масштаб по вертикальной и горизонтальной осям и получаешь временную развёртку напряжения в этой точке. Да, так можно делать, но ...