Рассматривается состояние рынка активной компонентной базы для локальных волоконно-оптических сетей связи, как информационных, так и используемых в различных технологических процессах. Дается анализ существующих решений приемных и передающих оптических модулей как импортного, так и отечественного производства. Представлены результаты практической реализации этих решений.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по связи
Другие серии книг:
Мир связи
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир материалов и технологий
Мир электроники
Мир программирования
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #4/2015
Н.Варава, С.Пронин, М.Никоноров
Активные волоконно-оптические компоненты для ЛВС и специализированных применений Часть 2
Просмотры: 3356
Рассматривается состояние рынка активной компонентной базы для локальных волоконно-оптических сетей связи, как информационных, так и используемых в различных технологических процессах. Дается анализ существующих решений приемных и передающих оптических модулей как импортного, так и отечественного производства. Представлены результаты практической реализации этих решений.
Фотоприемные устройства ВОЛС для приема и обработки сигналов различных типов

Фотоприемные устройства, используемые для обработки оптических сигналов, поступающих из ВОЛС, являются наиболее уязвимым звеном в приемопередающем тракте системы работающей в условиях воздействия электромагнитных помех. Это обусловлено, в первую очередь, необходимостью принимать достаточно слабые сигналы, а также спецификой их последующей обработки при произвольном характере цифровой последовательности. Этот характер (т.е. неограниченный формат передачи) определяет требование нахождения приемника в режиме максимальной чувствительности, так как всевозможные системы автоматического регулирования усиления (АРУ), работая по непрерывным сигналам, имеют некоторое время реакции и не позволяют обрабатывать сигналы, имеющие в своем спектре постоянную составляющую. Решить задачу обработки имеющих цифровой характер входных сигналов с максимальными быстродействием и чувствительностью, произвольным форматом и получением удовлетворительных выходных параметров достаточно проблематично, да часто и не нужно. В то же время особое внимание при разработке приемных оптических модулей для данного класса задач необходимо уделять конструктивным характеристикам в связи с эксплуатацией их в условиях климатических, механических и электромагнитных воздействий. Из известных в настоящее время способов обработки сигналов произвольного формата в приемниках для ВОЛС можно выделить следующие:

с фиксированным уровнем определения логического состояния;

с определением логического состояния по фронту и спаду входного импульса;

с использованием инверсной кодировки входных сигналов;

с использованием обработки сигналов близких к уравновешенным, то есть без передачи постоянной составляющей.

Во всех приемниках, рассматриваемых ниже, аналоговая часть работает в линейном режиме (за исключением устройств, использующихся в оптронах). Динамический диапазон входных сигналов определяется в основном уровнем собственных шумов и напряжением питания.

К приемным устройствам с фиксированным порогом определения логического состояния относятся оптические приемные модули OMRD-03-A/B, имеющие в своем составе линейную аналоговую часть и быстродействующее устройство дискретизации, а также OMRD-02-A/B и OMRS-01, OMRS-02 предназначенные для использования в составе волоконно-оптического оптрона (волстрона). OMRD-03-A/B спроектированы с возможностью внешней регулировки порога срабатывания и выпускаются для двух спектральных диапазонов – 0.85мкм (А) и 1.3-1.55мкм (В). Тип волокна – SMF, MMF с диаметром световода ≤ 62.5/125 мкм. OMRD-03-A снабжен оптическим разъемом типа розетка ST, OMRD-03-B оптическим разъемом – розетка FC, OMRD-03-B-pg – пигтейл с вилкой FC. Обе модификации конструктивно оформлены в герметичных металлических корпусах со штырьковыми выводами. К достоинствам данного типа модулей относится низкое потребление по цепи питания, что позволяет их использовать в системах синхронизации и передачи информации с датчиков, размещенных в труднодоступных местах и имеющих ограниченный ресурс источника питания. Функциональная схема изделий OMRD-03-A/B приведена на рис.1.

Оптические приемные модули OMRD-02-A/B предназначены для использования в волоконно-оптических оптронах, дистанционных выключателях и содержат в своем составе кроме pin-фотодиода усилитель фототока и выходной каскад, выполненный по схеме ОК. Отличительной особенностью указанных типов приемных модулей является широкий диапазон питающих напряжений (3÷12 В) и микропотребление по цепи питания при отсутствии сигналов на входе. Выпускается для двух оптических диапазонов с длинами волн 0,85 мкм (А) и 1,3÷1,55 мкм (В). Выполнены конструктивно в металлических герметичных корпусах на стандартных основаниях типа 151.15-8 ПАЯ4.880.011-01 со штырьковыми выводами. Так как выходной каскад этих приемников работает в режиме насыщения, то их быстродействие невелико. Основным применением данных устройств является использование их в устройствах передачи статусных сигналов (оптроны, оптореле и др.)

Специализированные оптические приемные модули OMRS-01, OMRS-02 предназначены для применения в системах управления и запуска устройств, коммутирующих значительные мощности. Это могут быть системы управления электродвигателями, электромагнитными ускорителями, разрядниками и др. Оба модуля выполнены по одинаковой схеме, включающей в себя фотодиод, усилитель фототока и выходной каскад с общим коллектором. Отличие состоит в схемном решении выходного узла, позволяющего получить на выходе модуля импульсы тока равные 2А для OMRS-01, и 15А для OMRS-02. Модули конструктивно оформлены в металлостеклянных герметичных корпусах из специального сплава с использованием стандартного основания типа 155.15-2 ПАЯ4.880.007-02, что очень важно при использовании их в условиях сильных электромагнитных воздействий. С этой же целью в модулях используется оптический разъем типа ST. Данный тип приемных модулей согласован по оптическому интерфейсу с передающим модулем OMTD-02 и предназначен для работы с многомодовым волокном (MMF) 62.5/125мкм. Приемные модули OMRS-01, OMRS-02 являются усовершенствованными аналогами разработанных ранее ФПУ-Э и ФПУ-Э-м [1]. Функциональная схема модуля данного типа приведена на рис.2. Изделия OMRD-02, OMRD-03, OMRS-01, OMRS-02 составляют группу по применению в основном для решения технологических и сервисных задач. Внешний вид этих модулей показан на рис.3.

Следующая группа приемных оптических устройств включает в себя изделия OMRD-04 (λ = 0,85 мкм) и OMRD-01, OMRD-06 (λ = 1,3÷1,55 мкм), в которых используется схема определяющая логическое состояние по фронту, и по спаду входного импульса. Данный тип схемных решений обеспечивает минимально возможное значение уширения выходных сигналов по отношению к входным, но для этого требуются расширение полосы аналоговой части приемника и отсутствие существенной дисперсии в ВОЛС. Для объектовых систем эти требования выполняются вполне, так как протяженность оптоволоконных линий относительно невелика, и полоса рабочих частот может быть увеличена за счет уменьшения чувствительности. В состав данного типа приемника входит pin- фотодиод, усилитель тока и высокочувствительный триггер Шмидта. Сигнал с усилителя тока дифференцирует­ся и короткие импульсы управляют работой триггера. Сам триггер выполнен на базе быстродействующего компаратора, охваченного положительной обратной связью. Оптический прием­ник OMRD-01 предназначен для работы с передатчиком OMТD-01-m, выполненным с использованием светодиода, и поэтому в своем составе содержит дополнительный предварительный трансимпедансный усилитель. Функциональная схема оптических приемников OMRD-04 и OMRD-06 представлена на рис.4, OMRD-01 – на рис.5. Данная группа приемных модулей предназначена для использования в системах передачи информации с произвольным форматом в сложных условиях эксплуатации. Тип оптического волокна MMF, SMF ≤ 62,5/125 мкм. Конструктивно указанные выше модули выполнены в металлостеклянных корпусах на стандартном основании и оснащены оптическим разъемом. OMRD-01, OMRD-06 имеют разъем типа FC, OMRD-04 – разъем типа ST. Разъем OMRD-06-pg выполнен в виде пигтейла, оконцованного вилкой FC. Внешний вид модулей данного типа представлен на рис.6.

Для ВОЛС большой протяженности или с большим затуханием мы использовали в приемнике так называемую схему с инверсией обрабатываемых сигналов. В устройствах данного класса минимизируется значение полосы рабочих частот с целью получения максимального соотношения сигнал/шум на входе аналоговой части приемника. Отметим также, что в приемниках, использующих линейную часть динамического диапазона и обрабатывающих одиночные и пакетные сигналы, всегда существует проблема установки порога срабатывания устройства дискретизации по причине отсутствия информации об амплитуде входного сигнала. Величина этого порога для получения минимального уширения импульсов на выходе в условиях ограниченной полосы частот должна быть равна половине амплитудного значения сигнала. С этой целью была применена схема с использованием инверсной кодировки входных сигналов. "1" оптического излучения в волоконно-оптическом тракте соответствует "0" на входе оптического передатчика. В приемнике детектор сигнала определяет его амплитуду и автоматически устанавливает на входе устройства дискретизации величину порога равную половине амплитуды. Уровень "0" в аналоговой части приемника определяется значением внутреннего источника опорного напряжения. На выходе цифровой части приемника кодировка сигнала соответствует кодировке на входе передатчика. Таким образом достигается возможность качественной обработки одиночных и пакетных сигналов с максимально возможным соотношением сигнал/шум. Более подробно об этом способе обработки можно узнать в [2]. Функциональная схема такого приемника OMRD-05 показана на рис.7. Корпус изделия металлостеклянный с использованием стандартного основания типа 155.15-2 ПАЯ4.880.007-02. Оптический разъем – пигтейл, оконцованный вилкой типа FC. Приемник предназначен для работы в комплекте с передающим модулем OMTD-05 имеющим вход инверсии входного сигнала. Дополнительно в приемнике имеется устройство, сигнализирующее о наличии на входе сигнала с амплитудой достаточной для обработки его с заданным коэффициентом ошибки. Внешний вид модуля представлен на рис.8.

И в заключение представляем тип приемного устройства, предназначенного для обработки сигналов, имеющих формат близкий к уравновешенному (суммарная длительность "1" и "0" за некоторый характерный для реальной системы период равна друг другу), то есть в спектре транслируемых сигналов практически отсутствует постоянная составляющая. Функциональная схема приемника OMRD-07-X, в котором реализуется вышеуказанный принцип представлена на рис.9. Приемник выпускается для двух диапазонов скоростей 8 и 34 Мбит/с с рабочей длиной волны 1.3÷1.6 мкм. Модули конструктивно выполнены в металлостеклянных корпусах и снабжаются разъемами типа розетка FC или пигтейлом с вилкой FC. Внешний вид оптических приемников OMRD-07-X представлен на рис.10.

Отличительной особенностью приемных модулей OMRD-07-X является их способность – в зависимости от схемы включения – обрабатывать сигналы как существенно неуравновешенные (одиночные, пакетные и др.), так и имеющих уравновешенный характер. Это может быть существенным, если приемник находится в зоне воздействия значительных электромагнитных полей. Приемники, обрабатывающие неуравновешенные последовательности вне зависимости от соотношения сигнал / шум на их входе всегда работают в режиме максимальной чувствительности. Перевод такого приемника в режим обработки уравновешенного сигнала существенно повышает его помехоустойчивость. Осуществляется это подключением внешнего конденсатора параллельно внутреннему (Сдиф.) между усилителем фототока (УФТ) и входом устройства дискретизации (УД). Величина его определяет значение нижней рабочей частоты устройства. Отметим также, что пороговая чувствительность приемника при таком включении в два раза выше.

Оптические приемные модули OMRD-05, OMRD-07-X по применению также относятся к группе для использования в волоконно-оптических системах передачи информации.

Заключение

Появление целого ряда специализированных активных компонентов для объектовых и региональных ВОЛС обусловлено условиями эксплуатации таких линий и достаточно широким спектром задач, ре­шаемых с их помощью. Для оптимального их решения требуются, как правило, устройства, имеющие определенные характеристики как со стороны приемной части, так и передающей. Это относится в первую очередь к согласованию их по динамическому диапазону оптических сигналов, рабочей длине волны, типам волокна и оптических разъемов, а также единого конструктивного исполнения. Чтобы удовлетворить столь многообразным требованиям для этой области волоконной техники, изделия разрабатывались нами в виде комплектов, состоящих из приемного и передающего функционально законченных модулей. При этом они могут быть использованы и самостоятельно.

Также необходимо отметить, что в представленных разработках используются основополагающие оптические комплектующие, такие как лазерные диоды, фотодиоды, светодиоды и интегральные схемы с самыми высокими значениями оптических и электрических параметров, достигнутыми на сегодняшний день. По этой причине представленные изделия имеют преимущества по соотношению потребляемой мощности к выходной оптической, простоте реализации приемной части, а зачастую и по чувствительности и быстродействию перед изделиями импортного производства, сконструированными ранее и решавшими аналогичные задачи.

К преимуществам разработанных изделий можно отнести также и конструктивное оформление, позволяющее осуществлять стандартное подключение, высокую степень электромагнитной защищенности и стабильность эксплуатацион­ных характеристик.

Литература

Варава Н., Никоноров М., Пронин С. Активные компоненты волоконной оптики в системах управления технологическими процессами // Первая миля. 2012. № 2. С. 40–46.

Варава Н., Пронин С., Никоноров М. Активные компоненты ВОЛС для систем связи с пакетной передачей // Первая миля. 2013. № 2. С. 66–73.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art