Come funziona un collegamento in fibra ottica in plastica HFBR? Dai segnali elettrici alla luce a 650 nm

I collegamenti in fibra ottica plastica HFBR sono ampiamente utilizzati per la trasmissione di segnali a breve distanza nel controllo industriale, nell'automazione industriale, nell'elettronica di potenza e nelle apparecchiature che richiedono isolamento elettrico.

Le famiglie di prodotti HFBR e Versatile Link associate ad Avago e Broadcom includono trasmettitori e ricevitori attivi, nonché connettori e cavi passivi. Tuttavia, un collegamento completo non dipende da nessun singolo componente.

Funziona come un sistema elettrico-ottico-elettrico:

Controller → Trasmettitore HFBR → Luce rossa da 650 nm → Cavo POF da 1 mm → Ricevitore HFBR → Uscita elettrica

Il cavo è solo una parte di questo percorso. Una comunicazione affidabile dipende dal fatto che trasmettitore, ricevitore, fibra, connettori, velocità del segnale, temperatura e perdita ottica totale lavorino insieme.

Comprendere queste relazioni aiuta gli ingegneri a selezionare il corretto gruppo di cavi POF, a stimare una distanza di trasmissione realistica e a diagnosticare i guasti del collegamento.

Che cos'è un collegamento in fibra ottica di plastica HFBR?

Un collegamento HFBR trasferisce un segnale tra due circuiti elettronici attraverso la fibra ottica plastica.

Il trasmettitore converte l'ingresso elettrico in luce rossa modulata. Il cavo POF trasporta il segnale ottico dall'altra parte, dove il ricevitore lo riconverte in un'uscita elettrica.

Poiché il percorso ottico non è conduttivo, può supportare l'isolamento galvanico tra i circuiti quando il progetto completo dell'apparecchiatura mantiene la distanza di isolamento richiesta.

POF è quindi utile laddove la comunicazione in rame può essere influenzata da:

• Interferenza elettromagnetica

• Anelli di terra

• Differenze di tensione

• Transitori di commutazione

• Apparecchiature elettriche elettricamente rumorose

Queste caratteristiche rendono i collegamenti POF HFBR rilevanti per il controllo industriale, l'isolamento della tensione e le applicazioni sensibili a EMI/RFI.

Trasmettitori, ricevitori e connettori HFBR sono componenti diversi

I codici HFBR possono identificare dispositivi optoelettronici attivi o connettori passivi.

Per esempio:

• I modelli HFBR-15xx e AFBR-16xx sono generalmente trasmettitori.

• I modelli HFBR-25xx e AFBR-26xx sono generalmente ricevitori.

• HFBR-4501Z, HFBR-4511Z e i modelli correlati sono connettori POF passivi.

• Un cavo assemblato POF HFBR finito contiene fibra e connettori ma nessun trasmettitore o ricevitore attivo.

L'HFBR-4501Z comunemente utilizzato è un connettore simplex grigio, mentre l'HFBR-4511Z è blu. Questi colori vengono comunemente utilizzati per identificare i lati del trasmettitore e del ricevitore durante l'installazione.

Tuttavia, la stessa fibra ottica plastica è passiva e non direzionale.

Questa distinzione è importante perché i codici dei connettori da soli non possono determinare la velocità dei dati, la potenza ottica o la distanza massima di trasmissione. Sono richiesti anche i modelli esatti del trasmettitore e del ricevitore.

Per un esempio di connessione passiva finita, vedere ilGruppo cavi POF da HFBR-4501 a HFBR-4511.

Come il segnale elettrico diventa luce rossa a 650 nm

Il processo di trasmissione inizia con un MCU, un PLC, un circuito di controllo del gate o un altro controller elettronico.

Il controller genera un segnale elettrico digitale che trasporta informazioni quali:

• Comandi di controllo

• Stato dell'attrezzatura

• Segnali di guasto

• Impulsi di attivazione

• Dati di posizione o velocità

• Dati di comunicazione seriale

Il circuito di pilotaggio del trasmettitore controlla un LED rosso in base a questo segnale di ingresso. I cambiamenti nel segnale elettrico producono corrispondenti impulsi ottici che trasportano i dati attraverso la fibra.

L'esatta polarità di ingresso, il fabbisogno di corrente e i circuiti esterni dipendono dal modello del trasmettitore.

Alcuni trasmettitori HFBR richiedono un driver esterno o un resistore di limitazione della corrente. I dispositivi AFBR più recenti possono integrare più funzioni elettroniche. La scheda tecnica del trasmettitore deve pertanto essere verificata prima di progettare l'interfaccia elettrica.

Perché i collegamenti HFBR utilizzano la luce rossa da 650 nm

Molti prodotti HFBR e Versatile Link operano nella regione della luce rossa visibile, normalmente descritta come circa 650 o 660 nm a seconda del componente e delle condizioni del test.

Questa lunghezza d'onda è particolarmente adatta alla fibra ottica plastica PMMA perché:

• PMMA POF dispone di una pratica finestra di trasmissione nella zona rossa.

• I LED rossi sono affidabili ed economici.

• La luce LED può essere accoppiata in modo efficiente in un grande nucleo POF da 1 mm.

• La luce rossa visibile può aiutare nei controlli di installazione di base.

• Sono ampiamente disponibili trasmettitori e ricevitori industriali abbinati.

Un sistema dovrebbe comunque essere valutato utilizzando la lunghezza d'onda specificata per l'esatto trasmettitore, ricevitore e fibra. Non tutti i prodotti HFBR o AFBR hanno caratteristiche ottiche identiche.

Perché il POF da 1 mm è comune nei collegamenti industriali

Il POF con indice di passo industriale normalmente ha un nucleo molto più grande della fibra di comunicazione in silice standard.

Il grande nucleo ottico offre numerosi vantaggi pratici:

• Accoppiamento LED-fibra più semplice

• Maggiore tolleranza ai piccoli errori di allineamento

• Strutture di connettori più semplici

• Terminazione più rapida

• Costo di assemblaggio inferiore

• Installazione pratica in brevi collegamenti industriali

Il POF normalmente ha anche un'apertura numerica relativamente ampia, che gli consente di accettare la luce su una gamma più ampia di angoli di ingresso.

Tuttavia, la descrizione “1 mm POF” non stabilisce la completa compatibilità. Diverse fibre e cavi finiti possono avere diversi:

• Strutture centrali e di rivestimento

• Aperture numeriche

• Valori di attenuazione

• Larghezze di banda

• Materiali della giacca

• Temperature di esercizio

• Prestazioni a trazione e flessione

• Proprietà ignifughe o di resistenza chimica

Il cavo deve quindi essere selezionato in base sia al collegamento ottico che all'ambiente di installazione.

In che modo i connettori influiscono sulle prestazioni ottiche

Il connettore mantiene il POF nella posizione corretta rispetto al trasmettitore o al ricevitore.

La qualità della connessione dipende da:

• Diametro corretto della fibra

• Taglio accurato e controllo della lunghezza

• Planarità della faccia finale e condizioni della superficie

• Posizione della fibra all'interno del connettore

• Qualità di crimpatura o ritenzione

• Inserimento completo nella porta ottica

• Bloccaggio del connettore e resistenza alle vibrazioni

• Protezione contro la contaminazione

Una superficie terminale ruvida, angolata, contaminata o danneggiata può ridurre la potenza ottica accoppiata al ricevitore.

Le perdite del connettore e delle superfici terminali devono pertanto essere incluse nel calcolo completo del collegamento.

Per la comunicazione full duplex sono normalmente necessari due canali ottici indipendenti. Ciò può essere implementato con due gruppi simplex o un sistema di cavi e connettori duplex compatibile.

Cosa determina la distanza massima di trasmissione HFBR?

La distanza massima è determinata dal collegamento completo e non solo dall'attenuazione della fibra.

Il punto di partenza è il budget di potenza ottica:

Budget ottico disponibile (dB) = Uscita minima del trasmettitore (dBm) − Limite di sensibilità del ricevitore (dBm)

Il budget disponibile deve coprire ogni fonte di perdita:

Perdita di collegamento totale = Perdita di fibra + Perdita di connettore + Perdita di piegatura + Perdita di superficie finale + Margine di sicurezza

Il margine di sicurezza dovrebbe tenere conto di:

• Cambiamenti di temperatura

• Invecchiamento dei componenti

• Variazione della produzione

• Stress da installazione

• Contaminazione

• Requisiti di prestazione a lungo termine

Ad esempio, se il budget ottico disponibile è di 14 dB e l'intero collegamento installato produce 11 dB di perdita, il margine rimanente è di 3 dB.

Questo è solo un calcolo illustrativo. I valori effettivi devono provenire dalle schede tecniche dei componenti selezionati e dalle specifiche del cavo finito.

Perché una distanza massima pubblicata non è universale

Un trasmettitore e un ricevitore possono essere specificati per una distanza massima particolare, ma tale valore si applica solo in condizioni definite.

Ad esempio, la scheda tecnica pubblicata della serie HFBR-0508Z per il trasmettitore HFBR-1528Z e il ricevitore HFBR-2528Z specifica le seguenti distanze se utilizzato con il POF a bassissima perdita definito da 1 mm e i circuiti consigliati:

• Fino a 50 metri a +25°C

• Fino a 40 m da 0°C a +70°C

• Fino a 30 m da −40°C a +85°C

• Velocità del segnale da CC a 10 MBd

I componenti attivi rimangono gli stessi, ma la distanza specificata diminuisce man mano che l'intervallo di temperature operative richieste diventa più ampio.

La distanza massima del collegamento può variare anche a causa di:

• Variazione dell'uscita del trasmettitore

• Sensibilità del ricevitore

• Velocità di comunicazione

• Grado e attenuazione della fibra

• Perdita del connettore e della faccia terminale

• Piegatura del cavo

• Guidare la corrente

• Tensione di alimentazione

• Invecchiamento dei componenti

• Margine di affidabilità richiesto

Questo è il motivo per cui un cavo che funziona a 20 m in una macchina potrebbe non funzionare alla stessa distanza in un'altra macchina.

Problemi comuni di collegamento POF HFBR

Una pratica sequenza diagnostica è:

1. Confermare i codici esatti del trasmettitore e del ricevitore.

2. Verificare i circuiti di azionamento elettrico e di uscita del ricevitore.

3. Testare il sistema con un gruppo di cavi corti noto.

4. Ispezionare l'inserimento del connettore e le condizioni della superficie terminale.

5. Rimuovere le curve strette e la pressione meccanica.

6. Confrontare la perdita installata con il budget ottico disponibile.

7. Ripetere il test alla temperatura operativa richiesta.

Informazioni necessarie per selezionare un cavo POF HFBR

Prima di selezionare o personalizzare un cavo assemblato, raccogliere:

1. Codice articolo del trasmettitore

2. Codice articolo del ricevitore

3. Modello dell'attrezzatura e fotografie del porto

4. Lunghezza del cavo richiesta

5. Velocità del segnale

6. Intervallo di temperatura operativa

7. Configurazione simplex o duplex

8. Modello del connettore e requisiti di bloccaggio

9. Instradamento dei cavi, condizioni di piegatura, vibrazione e trazione

10. Proprietà richieste del rivestimento, della fiamma o di resistenza chimica

11. Requisiti di quantità e imballaggio

12. Criteri di accettazione ottici, dimensionali o ambientali

Per i progetti di sostituzione sono utili anche i contrassegni originali dei cavi, le fotografie dei connettori e il manuale dell'apparecchiatura.

Il codice del connettore e la lunghezza del cavo da soli potrebbero non rivelare i requisiti del sistema completo.

Produzione di cavi e assemblaggi POF industriale Ruiara

Ruiara producecavi POF industrialie cavi assemblati compatibili con HFBR per applicazioni di automazione industriale, elettronica di potenza, accumulo di energia e controllo di apparecchiature.

Per progetti selezionati, Ruiara combina materiali PMMA POF importati qualificati, comprese le opzioni Mitsubishi Chemical o Toray dove specificato, con cavi interni e lavorazione di assemblaggio.

L'ambito di produzione controllabile comprende:

• Estrusione e rivestimento di cavi

• Diametro esterno e colore del cavo

• Strutture simplex, duplex e rinforzate

• Opzioni di rivestimento in PVC, PE, PUR e specifiche per l'applicazione

• Controllo personalizzato della lunghezza e dimensionale

• Assemblaggio e crimpatura del connettore

• Taglio e finitura delle estremità delle fibre

• Cuffie, cappucci antipolvere e strutture antistrappo

• Stampa di cavi, etichette e private branding

• Imballaggio personalizzato

• Ispezione ottica e dimensionale specifica del progetto

Questo ambito di lavorazione consente di adattare il cavo finito ai requisiti di temperatura, flessibilità, resistenza alla trazione, flessione, abrasione e installazione.

Il risultato non si limita a un POF nudo standard o a una struttura di cavi fissa. La guaina del cavo, la struttura meccanica e l'assemblaggio del connettore possono essere sviluppati in base all'applicazione reale.

Domande frequenti

Un trasmettitore HFBR utilizza un LED o un laser?

I trasmettitori Versatile Link HFBR tradizionali utilizzano generalmente un LED rosso. L'esatta sorgente luminosa, la lunghezza d'onda e i requisiti di guida devono essere confermati dalla scheda tecnica del trasmettitore selezionato.

È possibile utilizzare qualsiasi cavo POF da 1 mm in un collegamento HFBR?

Non necessariamente. Il diametro è solo un parametro. È inoltre necessario considerare l'apertura numerica, l'attenuazione, la larghezza di banda, la struttura della guaina, l'intervallo di temperatura, la compatibilità del connettore e la perdita completa dell'assemblaggio.

I modelli di trasmettitore e ricevitore HFBR-4501 e HFBR-4511 sono?

N. HFBR-4501Z e HFBR-4511Z identificano i tipi di connettori simplex passivi. Sono necessari numeri di parte distinti del trasmettitore e del ricevitore attivi per determinare la velocità dei dati, la potenza ottica e la distanza massima.

È possibile installare un cavo assemblato HFBR-4501/4511 in entrambe le direzioni?

Il POF stesso non è direzionale. Tuttavia, la convenzione del connettore grigio e blu aiuta a identificare i lati del trasmettitore e del ricevitore previsti. Durante l'installazione è necessario seguire sempre la documentazione dell'apparecchiatura e la geometria delle porte.

Qual è la distanza massima di un collegamento POF HFBR?

Non esiste una distanza massima universale. Dipende dal trasmettitore, dal ricevitore, dalla velocità del segnale, dall'attenuazione della fibra, dalla perdita di assemblaggio, dalla temperatura, dal circuito di comando e dal margine di sicurezza richiesto.

Perché il collegamento funziona con un cavo corto ma fallisce con uno più lungo?

Un cavo più lungo introduce ulteriore perdita ottica. Quando la potenza ricevuta scende al di sotto del livello di ingresso richiesto dal ricevitore, o il margine rimanente diventa troppo piccolo, la comunicazione potrebbe diventare instabile o interrompersi.

Conclusione

Un collegamento affidabile in fibra ottica plastica HFBR dipende dal percorso elettrico-ottico-elettrico completo.

Il trasmettitore deve lanciare abbastanza luce rossa, il cavo e i connettori devono mantenere la perdita ottica entro il budget disponibile e il ricevitore deve ottenere una potenza ottica sufficiente per recuperare il segnale.

Distanza, velocità dati, temperatura, qualità della superficie terminale, piegatura e struttura del cavo influiscono tutti sul risultato finale.

Per la valutazione della domanda, contattare Ruiaracon i codici del trasmettitore e del ricevitore, il modello dell'apparecchiatura, la lunghezza richiesta, la velocità del segnale, la temperatura operativa, il tipo di connettore e la quantità.

Ruiara può aiutare a confermare una configurazione adeguata del gruppo cavi POF standard o personalizzato.