Публикации

Андрей ГУСЕВ, "Разъемы Lemo: от сигнальных к оптоволоконным".

"Компоненты и технологии" №3, 2007 г.

Одной из основных тенденций развития электроники является переход на цифровую технику, это касается и радиочастотных трактов и сигнальной техники и традиционно аналоговой силовой электроники, где нередко можно увидеть такие узлы как ШИМ-контроллеры, выдающие сигнал для управления силовыми ключами . Как следствие этого, гораздо большую роль стали играть сложные цифровые устройства , для которых важным фактором работоспособности является обмен данными с другими устройствами. По мере развития цифровой техники и внедрения её во все сферы человеческой деятельности появилась устойчивая тенденция к росту скорости обмена информацией . Возникла потребность в том, чтобы каналы передачи данных увеличивали свою пропускную способность и расширялись пока не встал вопрос о передаче достаточно больших объёмов информации. В первую очередь это коснулось магистральных каналов передачи информационных потоков: современные каналы требуют для своей работы пропускной способности десятки гигабит в секунду и даже больше. Вполне закономерным является выбор подходящей среды для передачи данных. В качестве наиболее подходящего решения может выступать медный проводник, но по мере роста скорости а следовательно и роста частот передаваемых сигналов будут сказываться минусы проводника: затухание ВЧ сигнала и подверженность электромагнитным помехам. В итоге появилась альтернатива: оптическое волокно – как среда для передачи больших потоков информации, не имеющая недостатков, столь характерных для металлических проводных линий. Ключевыми факторами является не только нечувствительность транслируемого сигнала к электромагнитному излучению но и существенно лучшие массо-габаритные характеристики по сравнению с многожильными кабелями для передачи данных. Помимо самого оптического волокна важную роль играют оптические разъёмы : именно они обеспечивают надёжное соединение различных сегментов оптического кабеля, оперативную коммутацию и защиту волокна от агрессивных воздествий.О решениях для соединения оптоволокна и пойдёт речь в этом обзоре.

Одна из старейших компаний в сфере производства разъёмов и соединителей, ведущих свою историю с 1946 года, корпорация Lemo держит руку на пульсе развития техники и активно развивает направление занимающееся оптоволоконными соединителями. Она придерживается той концепции, что решения для соединения оптоволокна должны быть столь же универсальными и надёжными, что и хорошо себя зарекомендовавшие разъёмы для проводных соединений. В данный момент выпускается несколько семейств оптоволоконных коннекторов. Они рассчитаны на различные сферы применения и имеют свои особенности, характерные для каждого из семейств разъёмов.(таблица.1). В каждом из семейств есть решения для установки как на кабель так и на приборную панель. Самыми компактными оптическими разъёмами Lemo является серия «00» (рис.1) предназначенная для соединения кабеля содержащего единичное волокно, за счет малых габаритов она рекомендована для портативной техники, либо для аппаратуры с плотным расположением коммуникационных портов. Внутри разъёмов серии «00» допускается установка оптоэлектронных компонентов: фотодиодов и светодиодов выполненных в корпусах TO-18. Дополнительно серия «00» содержит довольно удачные решения разъёмов для установки на печатную плату. Несколько большими размерами отличается серия «0B», (рис.2) (рис.3) которая отличается улучшенной защитой волокна и рассчитанная на установку более толстого волокна с диаметром 100 до 1500 микрометров. В качестве решения с высокой устойчивостью к вибрации и механическим нагрузкам рекомендуется использовать серию «0K» (рис.4), разъёмы в ней могут обладать степенью защиты от внешних воздействий вплоть до класса IP67( полная защита разъёма от пыли и кратковременного погружения в жидкость). В том случае если требуется соединять не один оптоволоконный кабель а несколько и ещё в комбинации с электрическими контактами, то следует обратить внимание на семейства многоконтактных коннекторов 2B…5B (рис.5) (рис.6) и 2K…5K. (рис.7) (рис.8) Решением ориентированным для применения в профессиональной аудиовизуальной и мультимедийной технике является сравнительно новая серия разъёмов 3K.93C, (рис.9) (рис.10) как правило это студийная аппаратура и инфраструктура для организации телевещания.

Рис. 1. Структура семейства «00».

Рис. 2. Структура семейства «0B».

Рис. 3. Внешний вид разъемов «0B» и «0К».

Рис. 4. Структура семейства «0K».

Рис. 5. Структура семейств «2B...5B».

Рис. 6. Внешний вид разъемов «2B…5B».

Рис. 7. Структура семейств «2K…5K».

Рис. 8. Внешний вид разъемов «2K…5K».

Рис. 9. Структура семейства 3K.93C.

Рис. 10. Внешний вид разъемов 3K.93C.

Если рассмотреть структуру самого оптического соединителя, то можно увидеть что оптический коннектор устроен аналогично электрическому разъёму и несёт в своей конструкции те элементы, которые обеспечили Lemo славу надёжного продукта. Например прочный корпус из литого металла и удобный механизм push-pull позволяющий надёжно фиксировать обе части разъёма. Вместе с тем конструкция контактной части была существенно переработана: для соединения оптоволокна используются модульные контакты, содержащие непосредственно наконечники оптоволокна (рис.11) (феррулы) , систему фиксации волокна, и непосредственно несущий держатель, который устанавливается в сам разъём. Благодаря такой конструкции обеспечивается высокая надёжность соединения и отсутствие смещений волокна, приводящих к сильным потерям. Для подготовки оптического волокна к оконцеванию и монтажа в феррулы (которые могут быть выполнены как в виде керамики, так из металла) используются удобные наборы монтажного инструмента от Lemo. Для различных применений выпускается пять видов наконечников:F1,F2,F3,F4 и F7, (таблица 2) ориентированных на различные разновидности оптоволоконного кабеля, особо стоит отметить новую серию контактов F7, которая отличается малыми габаритами, с диаметром наконечника, выполненного из керамики, составляющим всего 1.25 миллиметров. Сама конструкция несущей части разъёмов Lemo обеспечивает взаимную совместимость по посадочным местам как для электрических так и для оптических соединителей. Это позволяет устанавливать в одном многоконтактном разъёме как контакты для подачи электрического сигнала так и оптоволоконные соединители. За счёт этого достигается уникальная гибкость конструкции разъёма, позволяющая комбинировать в различных сочетаниях оба типа соединений, в зависимости от потребностей техники, в которую планируется устанавливать разъёмы Lemo.Такая компоновка сочетающая как отоволоконные так электрические соединители «в одном флакаконе» получила название гибридной компоновки а сами разъёмы стали называться гибридными. (рис.12) Если к примеру, необходимо в разрабатываемое устройство поместить к примеру, десять сигнальных контактов и пять оптоволоконных соединителей то можно это всё реалзовать на одном-единственном разъёме Lemo, благо что в их линейке есть разъёмы с общим числом соединителей до 106 штук на одном физическом многоконтактном разъёме, что позволяет перекрывать достаточно большой спектр применений. В отличие от достаточно узкопециализированных решений, применяемых для соединения оптики к примеру в телекоммуникациях(рис.13), коннекторы производимые Lemo отличаются высокой механической прочностью, хорошей экранировкой в случае использования гибридной компоновки разъёмов.

Рис. 11. Оптоволоконный наконечник.

Рис. 12. Гибридный разъем.

Рис. 13. Lemo и «телекомовские» разъемы.

Теперь самое время конуться именно сферы применения таких соединителей . За счёт надёжного конструктива разъёмов, наличия ключей «защиты от дурака» на разъёмах, исключающих ошибочное подключение, надёжной системы фиксации push-pull, и наличия разъёмов с высоким классом защиты от внешних воздействий использовать разъёмы Lemo можно в самых разноообразных сферах человеческой деятельности. Но наиболее приоритетными являются измерительные и научные приборы, телекоммуникационное оборудование, медицинская аппаратура, студийная аудио- видеоаппаратура. Сама компания Lemo предлагает готовые решения с применением оптоволоконных технологий в том числе и оптических разъёмов. Специально для студийной видеоаппаратуры, работающей с телевидением высокой чёткости HDTV, (рис.14)которое в связи с грядущим переходом телевизионного вещания в нашей стране на цифровое стандарта DVB-T, будет достаточно востребовано и на просторах нашей Родины, компанией Lemo разработаны модули медиаконвертеров для работы со студийным видеооборудованием.(рис.15) Задача данных модулей: трансляция нескольких видео потоков в цифровой форме по оптоволокну, что позволяет обойтись без достаточно громоздкого коаксиального кабеля и вместе с тем полностью решить проблему защиты от возможных электромагнитных помех. Используемый в медиа-конвертере разъём семейства 3K.93C является типичным представителем гибридной компоновки: он содержит в себе два соединителя для оптики и два силовых соединителя, например для питания удалённой камеры и два сигнальных. Это позволяет использовать один разъём вместо большого количества отдельных соединителей , повысив тем самым надёжность и оперативность монтажа оборудования. Также компанией Lemo выпускаются модули двунаправленных медиаконвертеров для подключения локальной сети Ethernet 100 BaseT через оптическое волокно(рис.16).Это позволяет передавать данные на расстояние до 20 километров без использования промежуточных репитеров и при этом полностью решить проблему элетромагнитных помех, приводящих к сбоям при передаче данных. Используемый в разъёмах Lemo металлический корпус и возможность установки достаточно толстого бронированного кабеля позволяет создавать на их базе решения с высокой вандалоустойчивостью и способные работать в жёстких уcловиях эксплуатации: перепад давлений и температур, приводящий к появлению росы, воздейтвие грызунов на коммутируемую аппаратуру. Это достаточно актуально для производителей и интеграторов телекоммуникационного оборудования, для провайдеров локальных сетей, испытывающих сейчас бум развития. Более того использование коннекторов с гибридной компоновкой в сочетании с многожильным кабелем, содержащим как оптоволокно так и медные проводники, позволит использовать сетевое оборудование, получающее питание от магистрального канала через электрические контакты, тем самым обеспечив автономность телекоммуникационного оборудования и обеспечив его безотказную работу вне зависимости от перепадов напряжения в месте расположения технических средств для телекоммуникаций.

Рис. 14. Оптические разъемы для HDTV.

Рис. 15. Структура медиаконвертера.

Рис. 16. Ethernet медиаконвертер.

В любом случае если важно разработать высокотехнологичную аппаратуру, использующую в своей конструкции соединения для оптического волокна и призванную надёжно работать в жёстких условиях стоит обратить внимание на продукцию Lemo.

Используемые в статье материалы:
http://www.lemo.com/catalogs/index.jsp
http://amphenol-aerospace.com/index.asp?page=dispcatalog.asp?catalog=12-094
http://www.commspecial.com/connectorguide.htm#fiber
http://www.conec.com/section23/fiber.optic.connector.html
http://vital-ic.ru/index.php?page=brand&id=3