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.
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 55

      +2
      Если бы такое же для High-Speed USB соорудить — цены бы ему не было ;)
        +3
        Получилось что то типа Toslink?
          0
          Получилось что-то типа компорта с оптоизоляцией. Недавно копался в китайском бесперебойнике. Там вместо оптронов поставить тослинковские приёмники и передатчики и будет как у автора ;-)
          0
          Этакий оптический RS-485.
            0
            увы, неск штук на кабель затруднительно повесить как я понимаю
              0
              Ну никто не мешает ретранслятор поставить
                0
                эээ… как?? разрезать кабель вдоль?:) и сколько так можно?:)
                ps интерес не праздный, вчера плату рисовал на оптронах для RS-485
                  0
                  Ну достаточно банально, приняли и пнули дальше.
            0
            Советский оптокабель (который к приемникам МПР-1 и передатчикам ПОМ-3) представлял собой просто кусок лескообразного пластика и стальную проволоку в несильно усаженной оболочке. Если кабеля этого не было, то заменялся простой новой (нецарапанной) прозрачной леской с полированными торцами (зажимали меж брусочкой и пастой ГОИ)
              +1
              Пробовали использовать леску — очень недалеко, буквально сантиметры. А POF работает на сотню метров. Может леска такая была…
                0
                Возможно дело в излучателе, в советском стоял лазер ближнего ИК
                  0
                  Нет, материал лески изменился. Они теперь тоже замороченные, со структурами и присадками. У меня лежит моток советской лески — он более прозрачный даже хоть и пожелтел со временем.
                    0
                    нейлон воду набрал, сушить часов 6 при температуре +70 градусов
              +3
              Передавать по одному кабелю можно. Светодиод работает и как фотодиод, далее думаю понятно. По крайней мере красные и желтые светодиоды прекрасно отзываются на синие, можно поискать другие комбинации, например в ИК диапазоне. Особенно удобно что есть RGB светодиоды, одним переходом можно светить, другим принимать. При приеме можно измерять как ЭДС на светодиоде, как на фотоэлементе, так и ток утечки, подать обратное напряжение до 5 вольт и измерять утечку, которая тем выше чем сильнее засветка, светодиод тут работает как фоторезистор.
              Про POF волокну, оно не только на 2 мм, декоративные есть до 10 мм, можно взять толстое оптоволокно и нагревом вытянуть и более тонкое, делая переходники и разветвители. Вот пример набора 2-10 мм с небольшим шагом.
              Кроме светодиодов кстати есть и лазеры полупроводниковые. У меня в гравере лазер на 5.5Вт синий, лазер весьма условный, так как фокусируется только в одной точку пространства, там расходящийся поток и фокусируется в одной точке. Можно с подобным попробовать, дальность должна выше получиться. Или более дешевый вариант ИК светодиоды от пультов ДУ, они держат до 1000 мА в импульсе, у них та же задача, максимально далеко передавать информацию.
              Ну и все таки интересно попробовать со стеклянным «обычным» оптоволокном. Возможно больше света в него можно передавать модифицировав светодиод, тонким сверлом около 0.1 мм просверлить вдоль оптической оси почти до кристалла и туда вставлять оптоволокно, в тонкое оптоволокно будет попадать в несколько раз больше света.
                0
                А два кабеля одновременно? Пусть и полудуплекс (поправьте если не прав) на одну линию, но линий то две.
                  +1
                  А это не примерно то же самое?? 1G 1000BASE Single Fiber LC/SC BiDi 1.25G Tx1310nm/Rx1550nm 3km WDM SFP with DDM/DOM Function

                  ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-1G-1000BASE-Fiber-Channel-LC-SC-BiDi-1-25G-Tx1310nm-Rx1550nm-3km-WDM-SFP/32827732686.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.274233edcO9JEf
                    0
                    Действительно, похоже. Как я понял, различия только в длине волны (1310нм и 1550нм — ИК диапазон). Ну и в типе волокна, конечно.
                      0
                      SFP != COM
                        +1

                        Это готовый SFP-модуль для одномода. Рассчитан на использование типовых пятен прозрачности кварцевой оптики. Ничего общего с пластиковым оптоволокном не имеет. Но внутри по сути тот самый куб, который автор посчитал дорогим для своего стенда (модуль эксплуатирует только одно волокно, то есть WDM).

                        0
                        А почему линейный стабилизатор запаяли «поменьше»? :)
                          +2
                          Люди, вы что издеваетесь? POF готов к использованию уже долгие годы и долгие годы трудится на благо человечества. В автомобилях, томографах, на станках. А вы сидите и придумываете всякую хрень. Ну я понимаю молодой студент и старые преподаватели, отстали на 5-10 лет от прогресса, но местная аудитория что несет? Какая к черту леска? Вы вообще знаете на каком принципе основана работа любого оптоволокна?

                          Вот ссылка на разъемы для POF
                          Вот на оборудование которое работает на 100 мегабит а не не килобиты

                          Там же ножи, медиаконвертеры и прочая требуха для организации полноценной сети.
                            0
                            Скажите, а пригоден ли POF для передачи аналогового сигнала? Скажем, зависит ли затухание от температуры или изгибов кабеля?
                            Работает ли POF от -40 до +125?
                            Каков срок службы POF?
                              0
                              Как и у любого другого волокна у POFа будет расти затухание, вопрос только в том на сколько сильно. Затухание будет зависеть и от температуры и от изгибов. На сайте продаванов рабочая температура указана -50/+90.
                              Срок службы в нормальных условиях десятки лет.Ссылка на статью
                              Для передачи аналогового сигнала пригоден.
                                +1
                                Для передачи аналогового сигнала пригоден.
                                Пригоден, проблема только в получении этого самого оптического аналогового сигнала. Дело в том, что на сегодня не существует светодиодов, у которых светимость зависила бы линейно от прикладываемого напряжения в достаточно широких пределах. В противном случае были бы уже построены усилители с оптическими каскадами. А если исходный аналоговый сигнал широтно-импульсно замодулировать, то передавать в принципе возможно.
                                  +1
                                  А если обмазать все это дело операционной связью усилителя? Как делают с оптопарами. Правда нужен канал ОС, т.е две жилы на сигнал… Хм. Надо попробовать.
                              0
                              Вот ссылка на разъемы для POF
                              Вот на оборудование которое работает на 100 мегабит а не не килобиты


                              Ожидаю ссылку…
                                +1
                                Там чуть ниже было, но для вас продублирую у наших отечественных продаванов
                                Коннекторы
                                Кабель
                                А вот железок у наших пока нет. Вот китайцы
                                  +1
                                  Я могу добавить, что есть российский производитель POF: www.pofcentre.ru
                                  Но отчего-то у них кабель стоит дороже, чем если купить импортный в том же ЭФО (ака infiber.ru)

                                  Не затруднит ли Вас, если знаете, дать также ссылку на приемопередатчики для POF со скоростью передачи 1000Мбит? Я вот не могу найти, максимум, что видел 100-125МГц.
                                    +1
                                    Воу воу. Полегче)) как это вы так легко мегагерцы в мегабиты переводите? Я конечно понимаю что корреляция есть, но все же) Вот название стандарта 1000BASE-RH на 1000 Mbit/s, а вот конвертер
                                    Вроде немцы, так что скорее всего правда. А вообще стандарт Гигабита по пластику приняли в 2017м году, до этого было максимум 100Мбит, так что скорее всего просто еще нет в должном объеме такого оборудования.
                                      0
                                      К сожалению, меня не интересуют готовые изделия, меня интересуют комплектующие, из которых можно было бы делать готовые изделия.
                                      Я когда искал приемопередатчики, то видел 100Мбитные (SFH250V/SFH757V) по 10 долларов, а вот 1000Мбитных вообще не видел.
                                        0
                                        ну тут быстро не помогу. Это скорее всего надо запрашивать.
                                          0
                                          Раз
                                          Два

                                          На здоровье. Правда где вы их будете заказывать ума не приложу)))
                                            0
                                            Хм… Действительно…
                                            В компеле смотрю на заказ 63 доллара за штуку с поставкой 2 недели.
                                            Или по 25 долларов если партия от 75 штук.
                                            Но так не очень дешевое удовольствие…
                                              0
                                              ну дык это передовые технологии)) Можете подождать пока технология пойдет на спад и купить подешевле лет через 5-10. У вас одна проблема за одной, то найти не можете, то купить дорого. Блин где бы для вас денег найти.
                                                0
                                                Да я то куплю — тут проблем нет. А вот заказчики не купят — при таких ценах на технологию им проще и дешевле медь использовать.
                                                  0
                                                  Да, вы правы.
                                      0
                                      У наших поставляет ЭФО. У них даже отдельная подфирма под оптику есть. Правда цена там конские. Разьем F07 который везде баксов по 6-7 у них по 15, кабель дорогущий.
                                        0
                                        Ну попробуйте взять большую партию, мне эфо частенько дает скидку. Тем паче что ЭФО работает с качественными комплектующими, а они не могут быть дешевыми. По крайней мере говорю о том, что сам брал.
                                          0
                                          Да зачем мне большая партия, если мне надо всего 30 метров? Я за треть цены на алибабе заказал уже готовый кабель. Мне его на заказ изготовили и он проехал ко мне из Китая пол пути за то время пока тормоза из ЭФО мне только счет делали.
                                            0
                                            Не буду занимать чью-то сторону, у меня был как положительный так и отрицательный опыт общения с ЭФО. Я бы на вашем месте вообще радовался, что они заморачиваются с 30ю метрами, т.к. у нас большинство контор просто шлет с такими объемами. Ну а Китай на то и Китай, надеюсь у вас не будет проблем.
                                  +6
                                  Люди, вы что издеваетесь? POF готов к использованию уже долгие годы и долгие годы трудится на благо человечества. В автомобилях, томографах, на станках. А вы сидите и придумываете всякую хрень. Ну я понимаю молодой студент и старые преподаватели, отстали на 5-10 лет от прогресса, но местная аудитория что несет? Какая к черту леска? Вы вообще знаете на каком принципе основана работа любого оптоволокна?

                                  Вот ссылка на разъемы для POF i-fiberoptics.com/connectors.php?cat=pof
                                  Вот на оборудование которое работает на 100 мегабит а не не килобиты
                                  www.homefibre.at/en/products
                                  Там же ножи, медиаконвертеры и прочая требуха для организации полноценной сети.
                                    0
                                    хм. по ценам 50руб за метр пластиковой оптики. Примерно столько-же или дешевле стоит волокно для внутренней прокладки обычное. Медиаконверторы стоят тоже сравнимые деньги.
                                    P.S.: В России я как-то не наблюдаю большого выбора:
                                    Вот ссылка на разъемы для POF i-fiberoptics.com/connectors.php?cat=pof
                                    Вот на оборудование которое работает на 100 мегабит а не не килобиты
                                    www.homefibre.at/en/products
                                    Там же ножи, медиаконвертеры и прочая требуха для организации полноценной сети.
                                      +1
                                      Вы комменты выше почитайте… Вы что думаете если у нас студенты начнут паять, то что уже давно придумано и делать вид, что они открыли Америку, а другие люди не зная принципов работы элементарных вещей, будут использовать ЛЕСКУ, у нас разнообразие появится и цена упадет?
                                        +2
                                        Имхо, студенты должны открывать америку хотя бы для себя делая что-то своими руками и знакомясь с тем что пусть уже и открыто другими. Почему бы и нет?
                                        И насчет лески Вы зря панику наводите — простой эксперимент, который легко провести и убедиться, что это не работает и понять почему это не работает.
                                          +1
                                          У вас какая-то извращенная логика. Как понять почему не работает в качестве среды передачи леска, если не знать на каком принципе основана передача сигнала в оптическом волокне?! Как?

                                          Ладно, все это переходит в какую-то агрессивную плоскость. Если у аудитории или автора поста есть вопросы в теоретической или практической плоскости относительно кварцевых или пластиковых волокон я с радостью постараюсь помочь. Автор-красавчеГ, желаю ему не останавливаться на достигнутых успехах.

                                          P.S. Представляю его шок когда он узнает о новых способах упаковки обычного кварцевого волокна типа SWR, SWF или о Mode Conditioning Patch, или о системах Power-over-Fiber. Огромный не изученный мир впереди.
                                            +1
                                            Подождите, леска вполне себе работает как среда передачи данных. От 1-го мм до 2-х мм существуют в природе и были ещё во времена СССР в мотке 100м. Я помню даже в каком-то журнале типа «Юный техник» делали такие приемопередатчики для телефонов на светодиодах. Да она мутнеет со временем, но затраты достаточно копеешные и на поиграться вполне себе вариант.
                                              –1
                                              Все правильно, мы ведь сейчас находимся на ресурсе который называется «Юный техник»))) Что значит «поиграться»)? А приемо-передающее устройство для лески вы из чего будете собирать)? Из лазерной указки? Если вы мне покажете работающий канал связи на леске на длине хотя бы 5 метров, я вам с радостью поверю.
                                                0
                                                Там было что-то типа оптической модуляции, но волокно вообще не использовалось — только линзы. Предполагалось, что при хорошей видимости и настройке друг на друга два телефона могут общаться на расстояние до 1 км.
                                                А телефон с леской — это другое. Это вообще без электроники — два пластиковых стаканчика и леска с узелками)) Метров 20 вполне обеспечит.
                                          +1
                                          Волокно нужно варить и оконцовывать на спец оборудовании. А поф волокно можно разделать на месте буквально зубами.
                                            0
                                            Я в том году подключал дома ростелеком PON. Пришел мальчик, взял шнур от оптического патча, зачистил два конца, щелкнул скалывателем и засунул в обжимные коннекторы. всё завелось, без сварки и спец оборудования. Скалыватель конечно стоит от 10-тыр, но в принципе можно и ножом простым помучаться.
                                          0
                                          вселенная расширяется…
                                          оптика…
                                          светодиоды надо постоянно менять в сторону красного смещения…
                                            0
                                            Хех. Как раз с этим POF волокном развлекаюсь. Оно еще двух видов бывает. Обычный на 980микрон и на 200микрон, 200 встречается реже, но дальнобойность у ней гораздо больше чем у того, что на 900микрон, т.к. у него волокно стеклянное, но в пластиковой оболочке. Его, как показала моя недавняя практика, тоже можно запилить на коленке буквально с помощью напильника и зажигалки.
                                              0
                                              Очень здорово, что у нас разрабатывают такую электронику.
                                              А можно узнать примерную стоимость приемопередатчика? (от/до)
                                                0
                                                Извините за задержку, не сразу заметил ваш комментарий.
                                                Цену можно увидеть здесь.
                                                  0
                                                  Спасибо!
                                                  Цена приятно удивила.
                                                  Посоветую коллегам из АСУ ТП, они часто работают с оптикой. Иногда нужны сервисные устройства.

                                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.