Приемники оптоволоконных линий передачи семейства HFBR-24XX и HFBR-25XX компании Broadcom

Компания Broadcom располагает широчайшей линейкой приемников и передатчиков оптоволоконных линий, а также аксессуаров к ним для разных стандартов и приложений. В общем случае структурная схема передачи данных по оптоволоконной линии с использованием компонентов Broadcom показана на рисунке 1.

 
Рис. 1. Структурная схема передачи данных по волоконно-оптической линии с использованием компонентов Broadcom

 

Приемники и передатчики рассматриваемых семейств в зависимости от модификаций совместимы и с экономичными оптоволоконными линиями на пластиковом волокне POF, и на основе кварцевого волокна с полимерным покрытием PCS, а также с оптоволоконными линиями из кварцевого стекла в жесткой оболочке HCS. При использовании кабелей POF и PCS с малыми потерями заметно возрастает максимальная дальность передачи данных.

Внутри семейства передатчик и приемник с одноименным цифровым обозначением, за исключением первой цифры, совместимы. Первая цифра «2» в обозначении семейств означает, что речь идет о приемнике. В случае передатчика первой цифрой в обозначении является «1». Следуя рекомендациям изготовителя, пользователь может не беспокоиться о длине кабеля, чувствительности приемника или максимальной скорости передачи данных. Поскольку все эти параметры соответствуют значениям, указанным в документации, основное внимание мы уделим не этим вопросам, а особенностям применения компонентов.

Руководствуясь известным принципом «Невозможно объять необъятное», мы рассмотрим два семейства приемников оптоволоконной линии: HFBR-24XX и HFBR-25XX. Оба семейства предназначены для использования в промышленных и сетевых приложениях. Диапазон рабочей температуры компонентов обоих семейств составляет –40…85°С или 0–70°С. Напряжение питания также одинаково для компонентов этих семейств и составляет 3 или 5 В.

Сначала рассмотрим основные характеристики приемников HFBR-25XX семейства Versatile Link. Цифра «4» в обозначении указывает на то, что приемник предназначен для работы на длине волны около 660 нм. Третья цифра характеризует компоновку корпуса: она может быть горизонтальной («2»), вертикальной («3») или под углом 30° («4»). И, наконец, четвертая цифра обозначает максимальную скорость передачи данных. Ее величина для семейства HFBR-24XX находится в пределах 40 Кбод…155 Мбод. Компоненты HFBR-25XX работают с оптоволоконными линиями на пластиковом волокне POF.

Таблица 1. Максимальные значения длины оптоволоконной линии и скорости передачи семейства HFBR-Х5XX

 

Скорость передачи данных	Длина линии, м	Тип передатчика	Тип приемника	Ток потребления приемника, мА
40 Кбод	110	HFBR 1523	HFBR 2523	3,5/6,2*
1 Мбод	10	HFBR 1524	HFBR 2524	3,5/6,2*
1 Мбод	45	HFBR 1522	HFBR 2522	3,5/6,2*
5 Мбод	20	HFBR 1521	HFBR 2521	3,5/6,2*
125 Мбод	25/100**	HFBR 1526	HFBR 2526	9
10 Мбод	50/500**	HFBR 1528	HFBR 2528	19

 

* В числителе указан ток потребления при высоком логическом уровне выходного сигнала, в знаменателе – при низком уровне.
** В числителе указана длина линии для кабеля на пластиковом волокне POF, в знаменателе – длина кабеля при использовании оптоволоконной линии из кварцевого стекла в жесткой оболочке HCS.

В таблице 1 показаны максимальные значения длины оптоволоконной линии и скорости передачи семейства HFBR-24XX. Приемники HFBR 2521, HFBR 2522, HFBR 2523 и HFBR 2524 базируются на одинаковой схеме; их выходной каскад выполнен по схеме с открытым коллектором. Функциональная схема приемников показана на рисунке 2.

 

Рис. 2. Функциональная схема приемников HFBR 2521, HFBR 2522, HFBR 2523 и HFBR 2524

 

Логические уровни выходного сигнала совместимы с КМОП и ТТЛ. При использовании каскада с открытым коллектором ток потребления зависит от логического уровня выходного сигнала. Следовательно, при высоком уровне логического сигнала, когда выходной транзистор заперт, ток потребления меньше, чем при низком логическом уровне, когда транзистор открыт и ток через него и подтягивающий резистор протекает с шины питания на землю.

Иначе построен приемник HFBR 1528. В его состав входит микросхема, формирующая выходной цифровой сигнал. Структурная схема приемника приведена на рисунке 3.

 
Рис. 3. Структурная схема приемника HFBR 1528

 

Логические уровни выходного сигнала совместимы с КМОП и ТТЛ. Цифровая схема приемника позволяет корректировать искажение ширины импульса. Благодаря использованию более чувствительного PIN-фотодиода и схемы восстановления сигнала в приемнике HFBR 1528 удалось увеличить скорость передачи данных. Еще одним достоинством HFBR Х528 является возможность использования оптоволоконной линии из кварцевого стекла в жесткой оболочке HCS. Этот кабель имеет крайне малые потери, что позволяет увеличить длину линии передачи в 10 раз – до 500 м.

Даже при беглом взгляде на таблицу 1 в глаза бросается значительно отличие скорости передачи пары передатчик–приемник HFBR Х526. Столь заметное увеличение скорости обусловлено изменением способа передачи данных. В рассмотренных выше случаях данные не кодировались, а передавались обычной бинарной последовательностью. При этом чередование «1» и «0» в передаваемом кадре произвольно. Таким образом, коэффициент заполнения передаваемой импульсной последовательности может меняться в пределах 0–100%.

Иная ситуация при кодировании сигнала. В этом случае коэффициент заполнения передаваемой импульсной последовательности всегда близок к 50%. Как известно, при таком кодировании шум приемной части сводится к минимуму и определяется только шумом входного каскада усилителя приемника. Благодаря меньшему шуму можно реализовать высокоскоростную передачу данных с минимальными ошибками.

Кодирование данных позволяет предотвратить ситуацию, которая возникает при передаче данных без кодирования. В этом случае логический уровень в линии может сохраняться без изменений сколь угодно долгое время. Поэтому при использовании кодирования, когда коэффициент заполнения составляет 50% или варьируется в небольшом интервале, например в диапазоне 40–60%, в тракте преобразователя приемной части можно использовать только переменную составляющую сигнала и избавиться от его постоянной составляющей. Отсюда и название AC link (связь по переменному току) для передачи кодированного сигнала и DC link (связь по постоянному току) – для передачи некодированного сигнала.

Связь по переменному току «отрезает» шум вида 1/f (фликкер-шум) и смещение усилителя, что существенно уменьшает вероятность ложного срабатывания выходного компаратора. Структурная схема приемного тракта кодированного сигнала с использованием HFBR 2526 приведена на рисунке 4. Обратите внимание на необходимость фильтрации шины питания дифференциальных усилителей и использование отдельного фильтра для питания HFBR 2526.

 

Рис. 4. Структурная схема приемного тракта кодированного сигнала с использованием HFBR 2526

 

Повышенное внимание к фильтрации шины питания – не перестраховка, а важный компонент схемы. Поскольку коэффициент ослабления пульсаций высокой частоты на шине питания фотодиодного предусилителя ограничен, эти шумы могут проникать на выход предусилителя, усиливаться дифференциальными усилителями и приводить к ошибочным срабатываниям выходного компаратора. Фрагмент схемы приемного каскада с фильтрацией питания HFBR 2526 приведен на рисунке 5. Пассивный RC-фильтр – наилучший вариант для ослабления высокочастотных пульсаций шины питания при малом токе потребления.

 

Рис. 5. Фрагмент схемы приемного каскада с фильтрацией питания HFBR 2526

 

Основные параметры семейства HFBR-Х4XX серии Miniature Link показаны в таблице 2. Это семейство, в отличие от рассмотренного выше семейства HFBR-Х5XX, предназначено для работы с оптоволоконными линиями на основе кварцевого волокна с полимерным покрытием PCS размером 50/125 мкм, 62,5/125 мкм, 100/140 мкм и 200 мкм. Потери в линии PCS существенно меньше, чем в линии с пластиковым волокном POF. Следовательно, дальность передачи при использовании HFBR-Х4XX существенно выше, чем в случае с HFBR-Х5XX.

 

Таблица 2. Значения длины оптоволоконной линии и скорости передачи семейства HFBR-Х4XX

 

Скорость передачи данных, Мбод	Длина линии, м	Тип передатчика	Тип приемника	Ток потребления приемника, мА
До 5	1500	HFBR-14x2Z	HFBR-24x2Z	3,5/6,2*
20	2700	HFBR-14x4Z/14x5Z	HFBR-24x6Z	9
20–32	2200	HFBR-14x4Z/14x5Z	HFBR-24x6Z	9
До 50	2000	HFBR-14x4Z/14x5Z	AFBR-24x8xZ	20
0,1–50	1000	HFBR-14x4Z/14x5Z	AFBR-24x9xZ	20
20–55	1400	HFBR-14x4Z/14x5Z	HFBR-24x6Z	9
20–125	700	HFBR-14x4Z/14x5Z	HFBR-24x6Z	9
20–155	600	HFBR-14x4Z/14x5Z	HFBR-24x6Z	9
20–160	500	HFBR-14x4Z/14x5Z	HFBR-24x6Z	9

 

 

К этому семейству можно также причислить приемники AFBR-24x8xZ, AFBR-24x9xZ, разработанные Avago еще до того, как эта компания вошла в состав Broadcom. Цифра 4 в обозначении семейства указывает на то, что компоненты рассчитаны на работу с 820-нм излучением. Третья цифра характеризует конструктивное исполнение портов следующим образом.

• 0 – порт SMA. Это хорошо известный стандартный коаксиальный разъем.
• 1 – порт ST. Порт цилиндрической формы со скругленными краями. Фиксация производится за счет поворота оправы вокруг оси.
• 2 – порт FC. Порт имеет повышенную защиту наконечника.
• 3 – порт SC. Улучшенный вариант ST-порта. Сечение корпуса имеет прямоугольную форму. Подключение/отключение осуществляется поступательным движением по направляющим, и фиксируется защелками.

Четвертая цифра обозначения указывает на скорость передачи данных. Структурная схема и внешняя электрическая схема приемного тракта для HFBR-24X2 и HFBR-24X6 ничем не отличается от HFBR-25X2 и HFBR-25X6 соответственно, поэтому мы не станем их описывать. Электрические схемы подключения приемников AFBR-24x8xZ и AFBR-24x9xZ идентичны. На рисунке 6 приведена схема приемного тракта с использованием AFBR-24x9xZ. Схема с AFBR-24x8xZ не имеет каких-либо отличий. Рекомендуем еще раз обратить внимание на наличие отдельного фильтра шины питания приемника.

 

Рис. 6. Схема приемного тракта с использованием AFBR-24x9xZ

 

На выходе VRSSI формируется токовый сигнал, величина которого пропорциональна среднему световому потоку на входе приемника. Постоянная времени внутреннего тракта формирования сигнала составляет 1 мс. Для устранения высокочастотных помех рекомендуется использовать внешний конденсатор емкостью 100 нФ. Сигнал VRSSI можно применять для диагностики линии передачи. Если этот сигнал не используется, вывод можно оставить неподключенным. Приемник AFBR-24x8xZ предназначен для работы с оптоволоконными кабелями размером 50/125 мкм, 62,5/125 мкм и 200 мкм, а приемник AFBR-24x9xZ – только с кабелями 62,5/125 мкм.

Подводя итоги, можно сказать, что рассмотренные семейства приемников HFBR-24XX и HFBR-25XX Broadcom в комплекте с соответствующими передатчиками компании позволяют реализовать связь практически во всех промышленных приложениях, и пригодны для построения локальных сетей, мультмедийных каналов связи и других схожих приложениях.

 

Купить приемопрердатчики оптоволоконных линий Broadcom можно в каталоге на сайте.