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.

Комментарии (50)


  1. nerudo
    18.09.2018 17:30

    Если бы такое же для High-Speed USB соорудить — цены бы ему не было ;)


  1. foxyrus
    18.09.2018 17:33

    Получилось что то типа Toslink?


    1. zerg59
      18.09.2018 20:58

      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 ;-)


  1. dlinyj
    18.09.2018 18:20

    Этакий оптический RS-485.


    1. sim2q
      19.09.2018 00:57

      увы, неск штук на кабель затруднительно повесить как я понимаю


      1. dlinyj
        19.09.2018 12:28

        Ну никто не мешает ретранслятор поставить


        1. sim2q
          19.09.2018 13:05

          эээ… как?? разрезать кабель вдоль?:) и сколько так можно?:)
          ps интерес не праздный, вчера плату рисовал на оптронах для RS-485


          1. dlinyj
            19.09.2018 13:39

            Ну достаточно банально, приняли и пнули дальше.


  1. Neuromantix
    18.09.2018 20:45

    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. nckma
      18.09.2018 21:19
      +1

      Пробовали использовать леску — очень недалеко, буквально сантиметры. А POF работает на сотню метров. Может леска такая была…


      1. Neuromantix
        18.09.2018 21:37

        Возможно дело в излучателе, в советском стоял лазер ближнего ИК


        1. Barafu_Albino_Cheetah
          19.09.2018 10:16

          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.


          1. rPman
            19.09.2018 21:40

            нейлон воду набрал, сушить часов 6 при температуре +70 градусов


  1. sim31r
    19.09.2018 02:12
    +2

    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.


  1. Arcanum7
    19.09.2018 08:08

    А два кабеля одновременно? Пусть и полудуплекс (поправьте если не прав) на одну линию, но линий то две.


  1. rarfspectre
    19.09.2018 08:12
    +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


    1. yakovkovach Автор
      19.09.2018 08:15

      Действительно, похоже. Как я понял, различия только в длине волны (1310нм и 1550нм — ИК диапазон). Ну и в типе волокна, конечно.


    1. constnw88
      19.09.2018 08:51

      SFP != COM


  1. Temtaime
    19.09.2018 09:07

    А почему линейный стабилизатор запаяли «поменьше»? :)


  1. Tramantor
    19.09.2018 09:33
    +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.


    1. Tsvetik
      19.09.2018 11:44

      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?


      1. Tramantor
        19.09.2018 13:20

        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. AquiHostStrider
          21.09.2018 01:31

          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. dlinyj
      19.09.2018 12:30

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


      Ожидаю ссылку…


      1. Tramantor
        19.09.2018 13:24
        +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. nckma
          19.09.2018 13:52
          +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. Tramantor
            19.09.2018 14:19
            +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.


            1. nckma
              19.09.2018 14:48

              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.


              1. Tramantor
                19.09.2018 17:14

                ну тут быстро не помогу. Это скорее всего надо запрашивать.


              1. Tramantor
                19.09.2018 17:39

                Раз
                Два

                На здоровье. Правда где вы их будете заказывать ума не приложу)))


                1. nckma
                  19.09.2018 17:51

                  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…


                  1. Tramantor
                    19.09.2018 18:07
                    +1

                    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.


                    1. nckma
                      19.09.2018 19:21

                      Да я то куплю — тут проблем нет. А вот заказчики не купят — при таких ценах на технологию им проще и дешевле медь использовать.


                      1. Tramantor
                        20.09.2018 09:17

                        Да, вы правы.


        1. DIHALT
          19.09.2018 17:08

          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.


          1. Tramantor
            19.09.2018 17:11

            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.


            1. DIHALT
              19.09.2018 17:16

              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.


              1. Tramantor
                19.09.2018 17:18

                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.


  1. Tramantor
    19.09.2018 09:37
    +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.


  1. SOvA13
    19.09.2018 09:54

    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. Tramantor
      19.09.2018 09:58
      +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?


      1. nckma
        19.09.2018 10:04
        +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. Tramantor
          19.09.2018 10:27
          +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. SOvA13
            19.09.2018 11:18
            +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. Tramantor
              19.09.2018 12:19
              -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.


            1. Moog_Prodigy
              19.09.2018 15:18

              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. DIHALT
      19.09.2018 17:09
      +1

      Волокно нужно варить и оконцовывать на спец оборудовании. А поф волокно можно разделать на месте буквально зубами.


      1. SOvA13
        19.09.2018 17:42

        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.


  1. shadovv76
    19.09.2018 10:13

    вселенная расширяется…
    оптика…
    светодиоды надо постоянно менять в сторону красного смещения…


  1. DIHALT
    19.09.2018 17:02

    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.