Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Соответствующий электрический интерфейс списан в стандарте К5-485. Этот стандарт относится только к электрическим параметвам интерфейса и нс оговаривает качество сигнала, синхронизацию, протоколы, назналавяе контактов разъемов и другие подобные вопросы. Допустимая скорость передачи ыа двоичных данных достигает 10 Мбит/с. Функционально стандарт К5-485 во многая похож на электрические решения, применяемые в системных шинах. 8 соответствии со стандартом К8-485 несколько устройств соединяются сбалантрованной витой парой.
Устройства могут быть приемными, передаюшллми или тмбинированными. На обоих концах кабеля должны устанавливаться терминаторы !аконечныс резисторы) с сопротивлением не менее 60 Ом (рис. 9.9). сбалапсировапньп) Кнагрузки риеалпик/ едапачик Рвс, 9 В В Структура интерфейса Кя-485 Работа и интерфеиса аналогична тристабильной логике шины (Раздел 8.2.3). ГенеРы 'пе (передатчики) могут находиться в активном нли пассивном состоянии.
пассив ном состоянии они являются для сети большой нагрузкой (сопротивлением). активн нем состоянии они питают сеть дифферслщиальным напряжением в предсаот1 5 5 до 5.0 В между двумя выходными контактами. Олна полярность соответ- вует двоичному "0", т. с. один контакт имеет положительаг~ гй потенциал по отноше- 363 362 Глава 9. ЦифРовые коммУникации в УпРавлении пРоЦн нссньг „ические соединения — физический уровень модели ВОС из гр нию ко второму, а двоичная "1" имеет обратную полярность по отношению к реник "0".
Дифференциальный порог для приемников установлен на уровне 0 2 В при лакэ стимом диапазоне вхолных напряжений от -7 до ь12 В по отношени[о к « зенл, приемника. В этой конфигурации ни один из проводов не нахолится под по иннин лом "земли". Перекоммутация контактов генератора или приемника эквивн„ ° енти! инверсии значений бит. Входной импеданс приемника и выходной импеданс передатчика в пассив„„, он!и. стоянии измеряется в единицах нагрузки которые точно определены в стнндар арте, Передатчик должен обеспечивать питание до 32 елиннп нагрузки и двух околев„ чны! резисторов при полной эквивалентной нагрузке линии 54 Ом.
Передатчик тн кже должен вылерживать мощность, выделяемую при активном состоянии двух большего числа передатчиков, часть пз которых работает в режиме источник часть — в режиме потребления питания. Я.З.В. Оптическая передача данных ввод диггиь ннзаа.« =$ оптоеаложлнный кабепь свето- или лазерный диод фото[»[год Рис. 9.10. Принцип работы оптоволоконной системы связи Передача сигналов световыми импульсами по оптоволоконному кабелю получи. ла !пирокое распространение в различных системах связи и измерений, Оптически среда имеет ряд преимуществ перед электрической, но у нее есть свои проблемы. Интерфейсные устройства для оптического кабеля сложнее и, следовательно, дороже чем устройства для электрического кабеля.
Однако в целом преимуп[ества настолько существенны, что для многих приложений оптическая передача может рассматрн. ваться как наиболее выгодный способ. Оптоволоконная система есть не просто другой тип среды передачи, а является нлл. ной системой связи, состоящей из собственно оптоволокош[ого кабеля, геиерзтл[[и сигналов, приемника, оборудования для обработки сигналов на обоих копнах кабели" вспомогательных элементов (рис. 9.10). Различные технические решения длн ка я кабеля, генератора и приемника позволяют получать системы с разными характернсти стиканн Ширина полосы про пускания канала и допустимая длина линии определяются ' у ' тся затуьи пнем и спектральной дисперсией оптоволоконного кабеля, выходной мошно тыо гиии. тический к! ратора и чувствительностью светового датчика на приемном конце.
Оптич бель описывается параметром, характеризующим ширину полосы прону оп скании " опо ционилт" соответствующее ей максимальное расстояние, которь!е обратно пропорц шт аботоспнси ' друг другу. Этот параметр измеряется в МГц . км и определяет предел ра !г! же станови!г ности кабеля. Для любого оптического канала чем больше длина, тем у полоса пропускания. Поскольку оптоволоконные каналы не завися ят от электро !' ' влияния (высок"' нитных возмущений, шум практически не оказывает никакого влия ( ношение 5,гг»г), и полосу пропускания можно использовать в полно пном объеме. „ические проводники представляют из себя очень тонкие (диаметром в доли метра) и легкие волокна, изготовленные из прозрачного веШества — кварца, нн!ни „„ого кремния (стекла) или пластмассы.
Волокно состоит из сердцевины (сот) инанне „[ного слоя, называемого оболочкой (с1аййпд), и защищено пластмассовым эк- ,, ннру „' (1)геаггг). Показатель преломления сердцевины выше, чем показатель прелом- нгиом ',ения нарнжного слоя, поэтому световые лучи отражаются от оболочки и распрост- эанн ниэтся по волокну.
Сун[ествует три основных вида оптических волокон, различающихся по размеру, апУ. атериала и показателю преломления сердцевины и оболочки. Простейший тип , „„еского волокна, называемый многомодовым со скачком показателя преломле(1[гр гпг(ех ти(йтос[е), имеет резкую границу межлу сердцевиной и оболочкой. Это , н кно изготавливается из дешевых пластических материалов и имеет большое зату- [,ние(порядка 2.5 дБ/км) и высокую спектральную лисперсию.
Этот последний фак- гэр кажен в связи с тем, что свет источника состоит из волн различной длины, которые 1игнространяются по волокну с разной скоростью. В результате передаваемый им- и!ньс ослабляется по морс распространения по волокну и "размывается". Поэтому та- кой кабель нельзя использовать для передачи сигналов на большие расстояния. Одна- ю низкая стоимость делает его идеальными лля применения в локальных сетях, слитно!ление полоса пропускания — длина составляет менее 35 МГц км. У многомодового волокна с плавным изменением показателя преломления 1кгаг)е»1 гпг(ех та([!то[(е) граница между сердцевиной и оболочкой размыта для того, »!лбы обеспечить различные значения показателя преломления в сердцевине.
Такая юнструкция снижает влияние спектральной дисперсии и поэтому более эффективна ын передачи на большие расстояния. Типичное значение коэффициента затухания гйн длине волны 1300 нм равно 0 8 дБ/км. Соотношение полоса пропускания — дли- н! составляет менее 500 МГц км. Одном л омодовое волокно со скачком показателя преломления (клер гпг(ех ыпй1е ныне 1гЬаг .г нг) имеет очень тонкую сердцевину (диаметром -10 микрон), а характерис- тики локазат казателя преломления допускают распространение только одной длины вол- ин, поэтом гь! му его называют одномодовым.
для достижения высокой оптической чистакое в е волокно изготавливается из кварца. Это обеспечивает низкий [, ~ициюгт затухания — О.!дБ/км при длине волны 1300 им и 0.25дБг'км при очень широкую полосу пропускания — порядка 10 ГГц км. Очевидно, ~акое оптическое волокно дороже, чем остальные. сточником света, п ео вета, преобразующим цифровые электрические сигналы в световые ульсы воптическо- с,! »нну " ческой системе связи является либо светоизлучающий, либо лазер- :нк ° излУчаюшии диод ((гюйс-етгуггп8 г(гог(е — ЕЕП) имеет огРаниченнУю иную мощность о сть д 0.1 мВт; максимальная скорость передачи равна примерно игл„.
дорогие лазерные диоды ()анели»го!ге) имеют в 100 раз большую выитггс. Более ! и'оп[ность, че, , чем светодиоды, — до 10 мВт — и могут обеспечивать скорость "чи более 10 гб Гбитггс. Светоизлучающие и лазерные лиоды различа!отся еп[е одством. Светодиоды генериру!от свет в более широкой полосе, че ным каче 1ыедио ы м диоды, — примерно 30 — 80 нм против 5 нм. Поэтому свет, излучаемый ла- ',„, ' И клодами, значительно меньше подвержен элиа нию спектраль ой ' 'точ ральной дисперсии, ' У лазерные диоды используются при передаче на большие расстояния. '!»и""емник оптической системы свЯзи пре"тавллет собой фо ф !исто " фотодиод или фототор, реобразу! [ йсветовыеимпульсь! "лектри!ескиеси 1алы Е пе- 365 364 Глава 9.
ЦифРовые коммУникаЦии в УпРавлении пРОЦе пзчи 96 физические соединения — физический уровень модели ВОС обходимо обеспечить высокую чувствительность, используются лавинные ф топи, ды (рйопоаза1апс2яе Йог(п). для практического применения были установлены три рабочих диапазона О ОПХ,. волоконной связи при длине волны 850-900, 1300 и 1550 нм исходя из соч етзния -нескольких физических факторов, связанных с распространением света и кон струи цией оптоэлектронных устройств.
Длина волны 1300 нм оптимальна с точки зре ения минимизации спектральной дисперсии, а при длине волны 1550 нм мипимал „, тические потери. Баланс мощности оптоволоконной системы связи можно определить, расеи вая каскад из генератора, оптической линии и приемника. Полное затухание в лн„„, нии определяется произведением ее длины на коэффициент затухания. Дополнцтельи необходимо учесть спектральную дисперсию, которая особенно важна для длхнхн линий. К затуханию линии добавляется примерно по 1 дБ на каждую точку свзРии или соединения.
Необходимо предусмотреть также будущие ремонтные работы и еще добавить 3 дБ в качестве запаса прочности. Датчик приемника должен иметь чувствительность, по крайней мере равную мощности передатчика минус полное зз- тухание в линии. Пример 9.5 Баланс мощности оптоволоконной системы связи Оптическая линия должна иметь длину 50 км. В качестве среды передачи выбрано многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления и затуханием 0.8 дБххкм при длине волны 1300 нм. Полное затухание на всей длине равно 40 дБ.
К этому следует добавить 3 дБ на возможные в будущем Ре монты и соелинения и еще 3 дБ в качестве запаса прочности. Таким образец полное затухание линии составляет — 46 дБ, для достижения большей полоса пропускания в качестве передатчика выбран лазерный диод, работаюхцяяй прц длине волны 1300 нм; его оптическая мощность — 4 дБм (т. е. мВт, отнесенные к децибелам). Чувствительность приемника должна быть по меньше" ° Р шей меРе — 50 дБм (сумма — 4 дБм и -46 дБ). В качестве приемника можно использовать СаАз фотолиод с порогом чувствительности -52 дБм. Соотношение полоса пРО пускания — длина показывает, что можно обеспечить ширину полосы до ° о 10 МГЯх Запас в 2дБ означает, что если бы ливия была хотя бы на 2,5 км длин ., . иннее, прн' с мощностях шлось бы использовать другие элементы, чтобы соблюсги баланс В действительности, прн расстояниях более 40 км используется од ХХОЯЯОДОЗОЗ волокно со скачком показателя преломления.
., "ппзп Оптическая передача имеет целый ряд преимушеств перел электр ' ' ' пк ект ичесКОЙ той паре нли коаксиальному кабелю. Основные достоинства и нед остатки этОГО соба передачи перечислены ниже. Достоинства оптической передачи. , пяГЛ' ° Оптическая передача имеет очень большую пропускную способ бность, опз ' может обеспечить скорость передачи данных более 100 Мбит/с. Обсх ° Оптическая передача пе зависит от магнитных или электрических по мехип хховя!Я ' яцвает полную изоляцию; это своиство полезно в промышленных ус.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
