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.
    Поделиться публикацией
    Комментарии 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
                                    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.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое