利用塑料光纤运营以太网

塑料光纤(亦简称为光纤),即通常提到的POF,已经成为办公室、家庭和汽车网络中的传统铜缆的替代物。估计到2008年底,POF的连续增长将超过10亿美金。

POF能为用户带来许多好处。重量轻、可靠性高、便宜且好安装。甚至用一把剪刀就能剪断POF,而且它利用的是650nm的红光(LED),从而对用户和安装者的视力安全无任何影响。这一安全的功能为安装者带来了许多额外的好处,因为红光用肉眼就可以看到,从而可诊断链路是否正常。

在如今的复杂和拥挤的网络世界中,一个最大的优点是光纤能够彻底免疫于电磁干扰(EMI)和噪声。还有一点是很重要的,就是它的发射信号中没有辐射,而这是如今的家庭和办公室里的无线网络所不具备的。这一点对于视频和语音流是极其重要的,因为噪声将影响图像或服务质量。因为没有噪声干扰,安装进一步简化,因为现有的主要电缆管道都可以用来布设光缆。

相对于热衷于开发这类新技术用于车内的信息娱乐系统甚至是一些像安全气囊这类的关键应用的汽车制造商来说,工业网络对POF采用的速度较慢。如今的高端汽车具有较强的处理能力,支持的设备很多,例如音响、CD、DVD、导航系统、蓝牙、电话、TV和游戏,这些都是一些普通的应用实例。对于我们所生活的"24/7/365"世界,消费者期望并要求在办公室、家庭、而目前甚至是汽车中获取同样的服务。

被称为面向多媒体的系统(MOST)传输的总线协议(由MOST合作联盟提出并组织),由汽车制造商Damlier Chrysler,BMW,和Audi公司领导,于90年代末期提出,来满足快速增长的车内数据带宽。初期的MOST25可以提供25Mbps的数据带宽,而刚刚提出的MOST50则可以提供高达50Mbps的数据带宽,其中就采用了POF作为物理层。

塑料光纤和玻璃光线的区别

POF的材料和纤芯/覆层尺寸都与传统光纤不同。纤芯在光纤中心处具有较高的折射率,被用作“光导”。对于标准的通信用单模光纤(SMF),纤芯直径大约9μm,而覆层直径则大约是125μm。SMF用于远距离的骨干网,其传输距离高达100公里,且无需中继设备。多模光纤(MMF)的纤芯和覆层直径大约分别是50μm/125μm,提供较近的传输距离,大约高达2公里,这是由于大的纤芯直径导致的散射增加所致。

相反,POF的纤芯直径比SMF和MMF大得多,通常为980μm/1000μm。尽管这种光纤的数据率较低(几百Mbps),且传输距离较近,但其最引人注目的优势是成本低。大的纤芯意味着LED驱动器和光纤的对准精度可以降低,甚至是光纤有一点损坏也可以接受。如今的光网系统的最大成本并不是BOM成本,而大量的成本在于生产线设备和对准成本。图1中列出了单模、多模和POF光纤的纤芯/覆层尺寸。

图1:单模、多模和POF光纤的纤芯/覆层直径比较。

标准的光缆采用玻璃-石英纤芯和纤芯覆层,在纤芯材料中加入了一些杂质,以产生要求的折射率来导光。玻璃光纤的衰减比塑料光纤要低。POF通常采用有机玻璃(PMMA)纤芯和含氟聚合物覆层。由于塑料材料的特性,POF光缆比较粗糙,能够承受比玻璃光缆更小的弯转半径。

以太网POF

如今,POF大部分用在对其优点的需求超过对高数据带宽的需求的一些利基应用。LED和VCSEL(垂直腔平面辐射激光)技术方面最近取得进展,使得POF可以支持3Gbps以及更高的数据率。该带宽将使POF能够为更多的主流应用敞开大门。

由于POF已经成为铜缆网络的重要替代物,故其必须能够支持以太网。这是因为以太网几乎是任何办公网络中底层的唯一选项,可以预见很快就会主导工厂和家庭网络。当人们从今天的大面积部署的以太网中获益的时候,为什么要重新定义一个真正以应用为核心的协议？以太网是一个低成本和开放的标准,能够提供可以支持当前的绝大多数三重播放(语音、视频和数据)业务的高带宽和服务等级(QoS)。

总是想用无线技术来作为家庭三重播放网络的解决方案的想法是过于天真的。尽管人们都期望在不增加成本和布线复杂度的条件下将宽带调制解调器或者路由器连接到IP机顶盒,但这并非总是可行的。每个家庭的房屋结构和装修都不一样,况且目前来自移动通信,DECT电话,微波,无线PC,打印机和游戏机的各种无线信号都已经很拥挤。目前电话公司预计,多达30%的家庭无法提供路由器和STB/TV之间的无线视频链路所需的QoS。因此,还需要有线解决方案。

有不少解决方案可以备选为这种无线链路。同轴线在美国的家庭中很流行,但在欧洲却不行。在家里部署比较粗的同轴线或5类线又笨又难看。HomePlug利用家中的电源网络作为解决方案,但这也有安全和能否提供比较高的视频和语音质量等缺点。

POF基于其适合于家庭应用的特性,提供了一种日益受推崇的解决方案。又细又灵活的光纤,可以不显眼地沿着脚线板(护壁板)和门框敷设,可以剪切到合适的长度,并且安全地终接。它不受电器噪声的影响,使提供商能够提供较高QoS的音视频业务。

经过市场搜索的设计师将会发现有许多不同的制造商提供POF上的高速以太网(100Mbps)所用的光纤收发器(FOT)。但是,与传统的FOT不同,这些收发器缺乏公共的接口标准；无论是电气还是物理上。于是,这将会影响POF上的以太网的发展吗？不一定,因为这取决于现有以太网设备规范的灵活性。例如,Micrel半导体公司提供一系列的适用于POF收发器的多端口开关和物理层器件。利用这样的器件,几乎所有的差分输入都可以接入到接收器,这是因为这些器件有宽范围的共模和电压幅摆输入指标(50mV峰峰值到Vdd)。

图2:以太网到POF接口电路的应用实例。

图2所示的是将Micrel公司的一个以太网器件连接到Firecomms公司的EDL300E POF发射器和EDL300D接收器上的实例。该方案在POF上提供一个高速以太网链路,传输距离达到100米,这完全可以与标准的5类线方案相媲美。通过接口的交流耦合去除了信号共模电压上的电压差。利用一个可调的电压基准(LM4041),故当检测到一个信号(大于2.2V)和信号损失(1V到1.8V之间)时,确保FXSD输入处于正确的FX模式。10kΩ和6kΩ的电阻器被用来将LM4041上的电压基准调整到2V左右。当EDL300D信号检测端(SD)为低电平(LVCMOS<0.4V)时,这将FXSD输入钳位到1.3V(Vcc-Vref)。当有信号存在时,SD端为高电平(>2.4V),于是没有电流流过基准电压二极管,FXSD将跟随SD端电压(>2.4V)。

本文小结

POF技术为传统的玻璃光纤提供了具有吸引力的替代方案,还可以替代工业领域、办公领域、以及家庭和汽车应用领域的铜线。它具有成本低,重量轻,使用方便和安全,以及好的EMC免疫性能。可是,要在这些领域替代铜缆而成为主流应用,POF还需支持以太网。本文已经有力说明了尽管缺乏标准,将POF接入到以太网将是一项简单的事情。

作者:Mike Jones

高级现场应用工程师

Micrel公司

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。