Development of communication systems
Manufacture and development of electronics
Lazers
18 September 2018

Оптический приемопередатчик FTDI-POF

image

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

Оптоволокно все прочнее закрепляется в нашей жизни. Это интернет, подключение разнообразных датчиков, лазерные устройства. 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.

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

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.

Однако после изучения статьи на Хабре, я был сильно озадачен. 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). 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.



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. Кажется светодиод в передатчике светит слишком слабо. Разобравшись в документации, стало понятно, что передатчику нужен больший ток. Микросхема FTDI на выходе не может дать более 12мА, а нужно хотя бы 50мА. Эта проблема решена путем добавления в схему передатчика транзистора.

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

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

image

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

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

Например, можно собрать схему со свето-делительными кубами.

image

Тут уже задумываемся о цене кубиков, и этот вариант сразу отпадает. Ну и ладно, мы поищем что-нибудь еще. И найдем! 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.



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



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

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

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.

+51
15k 76
Comments 55
Top of the day