塑料光纖(亦簡稱為光纖),即通常提到的POF,已經(jīng)成為辦公室、家庭和汽車網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)銅纜的替代物。估計到2008年底,POF的連續(xù)增長將超過10億美金。
POF能為用戶帶來許多好處。重量輕、可靠性高、便宜且好安裝。甚至用一把剪刀就能剪斷POF,而且它利用的是650nm的紅光(LED),從而對用戶和安裝者的視力安全無任何影響。這一安全的功能為安裝者帶來了許多額外的好處,因為紅光用肉眼就可以看到,從而可診斷鏈路是否正常。
在如今的復(fù)雜和擁擠的網(wǎng)絡(luò)世界中,一個最大的優(yōu)點是光纖能夠徹底免疫于電磁干擾(EMI)和噪聲。還有一點是很重要的,就是它的發(fā)射信號中沒有輻射,而這是如今的家庭和辦公室里的無線網(wǎng)絡(luò)所不具備的。這一點對于視頻和語音流是極其重要的,因為噪聲將影響圖像或服務(wù)質(zhì)量。因為沒有噪聲干擾,安裝進一步簡化,因為現(xiàn)有的主要電纜管道都可以用來布設(shè)光纜。
相對于熱衷于開發(fā)這類新技術(shù)用于車內(nèi)的信息娛樂系統(tǒng)甚至是一些像安全氣囊這類的關(guān)鍵應(yīng)用的汽車制造商來說,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對POF采用的速度較慢。如今的高端汽車具有較強的處理能力,支持的設(shè)備很多,例如音響、CD、DVD、導(dǎo)航系統(tǒng)、藍牙、電話、TV和游戲,這些都是一些普通的應(yīng)用實例。對于我們所生活的"24/7/365"世界,消費者期望并要求在辦公室、家庭、而目前甚至是汽車中獲取同樣的服務(wù)。
被稱為面向多媒體的系統(tǒng)(MOST)傳輸?shù)目偩€協(xié)議(由MOST合作聯(lián)盟提出并組織),由汽車制造商Damlier Chrysler,BMW,和Audi公司領(lǐng)導(dǎo),于90年代末期提出,來滿足快速增長的車內(nèi)數(shù)據(jù)帶寬。初期的MOST25可以提供25Mbps的數(shù)據(jù)帶寬,而剛剛提出的MOST50則可以提供高達50Mbps的數(shù)據(jù)帶寬,其中就采用了POF作為物理層。
塑料光纖和玻璃光線的區(qū)別
POF的材料和纖芯/覆層尺寸都與傳統(tǒng)光纖不同。纖芯在光纖中心處具有較高的折射率,被用作“光導(dǎo)”。對于標(biāo)準(zhǔn)的通信用單模光纖(SMF),纖芯直徑大約9μm,而覆層直徑則大約是125μm。SMF用于遠距離的骨干網(wǎng),其傳輸距離高達100公里,且無需中繼設(shè)備。多模光纖(MMF)的纖芯和覆層直徑大約分別是50μm/125μm,提供較近的傳輸距離,大約高達2公里,這是由于大的纖芯直徑導(dǎo)致的散射增加所致。
相反,POF的纖芯直徑比SMF和MMF大得多,通常為980μm/1000μm。盡管這種光纖的數(shù)據(jù)率較低(幾百Mbps),且傳輸距離較近,但其最引人注目的優(yōu)勢是成本低。大的纖芯意味著LED驅(qū)動器和光纖的對準(zhǔn)精度可以降低,甚至是光纖有一點損壞也可以接受。如今的光網(wǎng)系統(tǒng)的最大成本并不是BOM成本,而大量的成本在于生產(chǎn)線設(shè)備和對準(zhǔn)成本。圖1中列出了單模、多模和POF光纖的纖芯/覆層尺寸。
圖1:單模、多模和POF光纖的纖芯/覆層直徑比較。
標(biāo)準(zhǔn)的光纜采用玻璃-石英纖芯和纖芯覆層,在纖芯材料中加入了一些雜質(zhì),以產(chǎn)生要求的折射率來導(dǎo)光。玻璃光纖的衰減比塑料光纖要低。POF通常采用有機玻璃(PMMA)纖芯和含氟聚合物覆層。由于塑料材料的特性,POF光纜比較粗糙,能夠承受比玻璃光纜更小的彎轉(zhuǎn)半徑。
以太網(wǎng)POF
如今,POF大部分用在對其優(yōu)點的需求超過對高數(shù)據(jù)帶寬的需求的一些利基應(yīng)用。LED和VCSEL(垂直腔平面輻射激光)技術(shù)方面最近取得進展,使得POF可以支持3Gbps以及更高的數(shù)據(jù)率。該帶寬將使POF能夠為更多的主流應(yīng)用敞開大門。
由于POF已經(jīng)成為銅纜網(wǎng)絡(luò)的重要替代物,故其必須能夠支持以太網(wǎng)。這是因為以太網(wǎng)幾乎是任何辦公網(wǎng)絡(luò)中底層的唯一選項,可以預(yù)見很快就會主導(dǎo)工廠和家庭網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)人們從今天的大面積部署的以太網(wǎng)中獲益的時候,為什么要重新定義一個真正以應(yīng)用為核心的協(xié)議？以太網(wǎng)是一個低成本和開放的標(biāo)準(zhǔn),能夠提供可以支持當(dāng)前的絕大多數(shù)三重播放(語音、視頻和數(shù)據(jù))業(yè)務(wù)的高帶寬和服務(wù)等級(QoS)。
總是想用無線技術(shù)來作為家庭三重播放網(wǎng)絡(luò)的解決方案的想法是過于天真的。盡管人們都期望在不增加成本和布線復(fù)雜度的條件下將寬帶調(diào)制解調(diào)器或者路由器連接到IP機頂盒,但這并非總是可行的。每個家庭的房屋結(jié)構(gòu)和裝修都不一樣,況且目前來自移動通信,DECT電話,微波,無線PC,打印機和游戲機的各種無線信號都已經(jīng)很擁擠。目前電話公司預(yù)計,多達30%的家庭無法提供路由器和STB/TV之間的無線視頻鏈路所需的QoS。因此,還需要有線解決方案。
有不少解決方案可以備選為這種無線鏈路。同軸線在美國的家庭中很流行,但在歐洲卻不行。在家里部署比較粗的同軸線或5類線又笨又難看。HomePlug利用家中的電源網(wǎng)絡(luò)作為解決方案,但這也有安全和能否提供比較高的視頻和語音質(zhì)量等缺點。
POF基于其適合于家庭應(yīng)用的特性,提供了一種日益受推崇的解決方案。又細又靈活的光纖,可以不顯眼地沿著腳線板(護壁板)和門框敷設(shè),可以剪切到合適的長度,并且安全地終接。它不受電器噪聲的影響,使提供商能夠提供較高QoS的音視頻業(yè)務(wù)。
經(jīng)過市場搜索的設(shè)計師將會發(fā)現(xiàn)有許多不同的制造商提供POF上的高速以太網(wǎng)(100Mbps)所用的光纖收發(fā)器(FOT)。但是,與傳統(tǒng)的FOT不同,這些收發(fā)器缺乏公共的接口標(biāo)準(zhǔn)；無論是電氣還是物理上。于是,這將會影響POF上的以太網(wǎng)的發(fā)展嗎？不一定,因為這取決于現(xiàn)有以太網(wǎng)設(shè)備規(guī)范的靈活性。例如,Micrel半導(dǎo)體公司提供一系列的適用于POF收發(fā)器的多端口開關(guān)和物理層器件。利用這樣的器件,幾乎所有的差分輸入都可以接入到接收器,這是因為這些器件有寬范圍的共模和電壓幅擺輸入指標(biāo)(50mV峰峰值到Vdd)。
圖2:以太網(wǎng)到POF接口電路的應(yīng)用實例。
圖2所示的是將Micrel公司的一個以太網(wǎng)器件連接到Firecomms公司的EDL300E POF發(fā)射器和EDL300D接收器上的實例。該方案在POF上提供一個高速以太網(wǎng)鏈路,傳輸距離達到100米,這完全可以與標(biāo)準(zhǔn)的5類線方案相媲美。通過接口的交流耦合去除了信號共模電壓上的電壓差。利用一個可調(diào)的電壓基準(zhǔn)(LM4041),故當(dāng)檢測到一個信號(大于2.2V)和信號損失(1V到1.8V之間)時,確保FXSD輸入處于正確的FX模式。10kΩ和6kΩ的電阻器被用來將LM4041上的電壓基準(zhǔn)調(diào)整到2V左右。當(dāng)EDL300D信號檢測端(SD)為低電平(LVCMOS<0.4V)時,這將FXSD輸入鉗位到1.3V(Vcc-Vref)。當(dāng)有信號存在時,SD端為高電平(>2.4V),于是沒有電流流過基準(zhǔn)電壓二極管,FXSD將跟隨SD端電壓(>2.4V)。
本文小結(jié)
POF技術(shù)為傳統(tǒng)的玻璃光纖提供了具有吸引力的替代方案,還可以替代工業(yè)領(lǐng)域、辦公領(lǐng)域、以及家庭和汽車應(yīng)用領(lǐng)域的銅線。它具有成本低,重量輕,使用方便和安全,以及好的EMC免疫性能?？墒?要在這些領(lǐng)域替代銅纜而成為主流應(yīng)用,POF還需支持以太網(wǎng)。本文已經(jīng)有力說明了盡管缺乏標(biāo)準(zhǔn),將POF接入到以太網(wǎng)將是一項簡單的事情。
作者:Mike Jones
高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師
Micrel公司
