FL MAU - Obvody připojení optického kabelu

            

Komunikace po optickém kabelu potřebuje minimálně tři prvky:

1. optický vysílač a jeho budič
2. optický kabel
3. optický přijímač s navazujícími tvarovači signálu

Optický přijímač a vysílač s příslušnou elektronikou je obvykle tvořen modulem MAU (Media Attachment Unit - jednotka pro připojení média). Tyto moduly mohou být jak externí (jsou znázorněny na obrázku), připojované přes AUI interface, tak interní, ve firemním provedení určeném přímo pro zasunutí do hubu či přepínače. Jako vysílací prvek se v těchto obvodech používá LED dioda. Přijímacím prvkem obvykle bývá PIN fotodioda. Jak vysílací, tak přijímací dioda mají speciální pouzdření, jehož součástí je příslušný konektor pro připojení optického kabelu. Těchto konektorů se používá několik druhů. Dva typičtí představitelé jsou na obrázcích MAU jednotek. Levá používá ST konektory, aretované stejným způsobem jako BNC konektory, tj. bajonetovým otočným kroužkem. Pravá používá SC konektory, které jsou hranaté a aretované mechanismem ovládaným posuvnou vnější částí konektoru. SC konektory je možno speciální sponkou spojovat do dvojic. (Na obrázku jsou do SC konektorů zasunuty gumové ochrané zátky, chránící citlivou optickou část před znečištěním.)

Optický kabel je obvykle skleněný a tvořen jedním či nékolika páry optických vláken. Každé vlákno má na sobě několik vrstev izolace a umožňuje, pokud nejsou použity speciální technologie, jednosměrnou komunikaci. K plnému připojení do ethernetové sítě jsou tedy, obdobně jako u TP kabelů, potřebná dvě vlákna, jedno pro vysílací a druhé pro přijímaci směr. V současnosti se používají tři hlavní rozměry optických vláken: 9 μm / 125 μm (SM), 50 μm / 125 μm, 62.5 μm / 125 μm (MM). Co vlastně tyto rozměry znamenají? Optický kabel je tvořen ze dvou vrstev s odlišným indexem lomu světla. Jedné vnitřní, nazývané jádro (core), a jedné vnější, nazývané plášť (cladding). Uvedené rozměry jsou rozměr jádra / rozměr pláště. Optická komunikace prochází pouze jádrem, úlohou pláště je vytvářet na rozhraní jádro/plášť "odraznou" vrstvu "držící" světelný paprsek uvnitř jádra. Druhý pojem, používaný u optických kabelů, je zda je kabel jednovidový (singlemode - SM), nebo multividový (multimode - MM). Tento pojem souvisí s počtem módů světla, které je daný kabel schopný přenášet. SM kabely, mají vzhledem k tomu, že přenáší pouze jeden mód světla daleko lepší parametry co se týká přenosových vlasností (šířka pásma, zkreslení impulsu, útlum). Proto se používají pro dálková vedení. MM kabely se používají především v sítích LAN pro vzdálenosti do jednotek kilometrů. Hlavní důvod, proč se používají MM kabely je nižší cena prvků a technologií potřebných k jejich spojování. Každý kabel je nutno minimálně navázat na vysílací a přijímací prvek.SM kabel má jádro o průměru pouhých 8 až 9 μm a proto je nutno např. konektory vybírat na přesné tolerance. U MM kabelu 62.5 / 125 μm není tak kritické, zda je vnitřní průměr otvoru pro optické vlákno 126 či 128 μm.

Pro vysílání se obvykle používá viditelná vlnová délka 850 nm (červená) pro 10 Mbit komunikaci, pro 100 Mbit komunikaci se používá 1300 nm vzhledem k lepším vlasnostem optických vláken na této vlnové délce.

Hlavní součástí MAU pro optický kabel je obvykle obvod HFBR-4663 či ML4668 Jak tento obvod vlastně funguje a z čeho se skládá? Jeho zapojení je velmi podobné obvodu používanému pro TP kabely:

1. Na straně vysílače je vysílaný signál, přicházející z AUI interface zesílen. Po zesílení je veden do výstupního budiče, který je tvořen řízeným zdrojem proudu. Tento zdroj je z důvodů omezení rušení tvořen zdrojem konstantního proudu (nastavitelným, obvykle cca 50 mA) přepínaného buď na LED výstup nebo Vcc. Mimo dobu vysílání je výstupní budič FO kabelu pomocí šumové brány přepnut do režimu vysílání IDLE signálu který má obdobnou funkci jako linkový test u TP obvodů. Proti němu je však jednodušší a je tvořen 1 MHz signálem. Tento signál umožňuje protistanici monitorovat kvalitu linky a seřídit si citlivost vstupního zesilovače.
2. Na straně přijímače prochází signál z výstupu integrovaného optického příjímače vstupním zesilovačem s řízeným ziskem a přes obvod šumové brány, která mimo jiné potlačuje signály s frekvencí menší než cca 2.5 MHZ a tím i IDLE signál, je veden do budičů AUI interface. Multiplexor, zapojený před výstupní budič AUI interface, je určen k realizaci zpětné smyčky (loopback) předávající data ze vstupu pro vysílaná data AUI(TX) zpět na výstup příjímaných dat AUI(RX). Na schematických obrázcích popisovaný obvod používá tuto funkci implicitně. Znamená to tedy, že pokud vysíláme, tak se vysílaná data vracejí přes výstup přijímače. Pokud ovšem dojde ke kolizi, je loopback vypnut a na výstupu přijímače jsou skutečná přijímaná data. Celý obvod se tedy chová stejně, jako by byl nebyla použita optická kabeláž, ale kabeláž založená na koaxiálnímu kabelu.
3. Mimo těchto dvou, řekněme "tvarovačů signálu" obsahuje obvod detektor kolize. Kolize se detekuje přímo z vlasnosti, že pokud jeden vysílá tak ostatní mlčí, tj. přijímací část je pomocí šumové brány vypnuta. Zjistí-li proto obvod TPEX současnou aktivaci vysílací i přijímací části vygeneruje na výstupu CD AUI interface signál kolize.

Použitá literatura

HP Fiber Optic Technical Training Manual (65 str.)
HP AN1038 - Complete Fiber-Optic Solutions for IEEE 802.3 FOIRL, 10Base-FB, and 10Base-FL (16 str.)
HP HFBR-0400 series - Low Cost, Miniature Fiber Optic Components with ST, SMA, SC and FC Ports (29 str.)
HP HFBR-4663 Single Chip 10BASE-FL Transceiver (16 str.)
ML4668 Low Power Single Chip 10BASE-FL Transceiver (17 str.)
ML4664/ML4669 10BASE-FL to 10BASE-T Converter (17 str.)
Panduit - ST and SC Fibre Optic Connectors (1 str.)

(c)Copyright 2000, 2001, HW server & Radek Benedikt Web51@HW.cz, Web51.HW.cz Final applications of the Web51 : www.HWgroup.cz