Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №1

Оптические шины и разъемы для автомобилей

Петраков Валерий


Автомобильная электроника, получившая большое развитие в последние годы, требует быстрой и надежной передачи больших масивов информации. Для этой цели была разработана оптическая система MOST (Media Oriented System Transport) (1-4). В создании концепции построения этой системы и компонентов для нее принимали участие специалисты концерна Tyco Electronics. Система MOST успешно прошла испытание, и в компании AMP уже появились разделы, в которых можно найти параметры разъемов системы.

Основные элементы электронной системы автомобиля показаны на рис.1. Объем и вид передаваемых данных зависят от сложности применяемого в автомобиле оборудования и от его функционального назначения (управление, регулирование, коммуникация или развлечения).

Электронная система автомобиля

Компоненты системы быстрого регулирования (например, мотора или привода) связаны друг с другом шиной CAN (CAN C на рис.1). В этой шине передаются электрические сигналы, и для шины используются медные провода.

В системе коммуникации осуществляется однонаправленная передача данных, например, прием радиосигналов (АМ/ЧМ), телевизионных данных (DAB) и навигации (GPS) и двунаправленная телефонная связь (GSM).

Таблица
Тип шины CAN B CAN C D2B MOST
Скорость передачи, Мбит/c 0,125 1,0 5,6 24,8
Тип данных Управление Управление, регулирование Управление, аудио Управление, аудио, видео
Носитель Шина ISO 11519 2 Шина ISO 11898 Оптоволокно Оптоволокно
Средства передачи Витая пара, параллельные провода Витая пара, параллельные провода Искусственное оптоволокно Искусственное оптоволокно

Электроника до недавнего времени состояла из магнитолы, проигрывателя лазерных дисков, системы навигации и телематики. В настоящее время наряду с классической радиостанцией она включает автотелефон, экран системы GPS, элементы обслуживания и недавно созданную систему речевого оповещения. В дальнейшем предполагается ввести новые модули, которые позволят использовать одновременно несколько подсистем (рис.1). Все элементы систем быстрого регулирования, управления, коммуникации, развлечений и речевого оповещения связаны шиной. Быстро возрастающие функциональные возможности всех подсистем требуют увеличения производительности шины. Требуемые скорости передачи информации приведены в таблице.

На основании этой таблицы можно сделать вывод, что традиционные шины, использующие медные провода, не удовлетворяют современным требованиям и необходимы переносчики информации с более высокими скоростями передачи.

С современной точки зрения, общесистемная шина в автомобилях должна строиться на основе оптической линии. Кроме более высокой производительности оптическая линия обеспечивает хорошую электромагнитную совместимость.

Для исследования возможности построения оптических систем и внедрения их в серийное производство, консорциум фирм при участии Tyco Electronics AMP спроектировал шину D2B. Впервые эта шина была применена в новом S-классе автомобилей фирмы DaimlerChrysler. Шина объединила одну систему радио и навигационную систему, усилитель, CD-плеер, голосовую систему оповещения и автотелефон. Для передачи данных использована оптоволоконная линия. Скорость передачи данных в шине D2B около 5,6 Мбит/с.

Структура MOST-системы

Система MOST является продукцией международного автомобилестроительного консорциума. Топологической структурой системы является кольцо (рис.2). Световые сигналы проходят по световодной линии от одного прибора к другому.

Структура MOST-системы

В каждом приборе принятые световые сигналы преобразуются в электрические, обрабатываются МОST-процессором и снова преобразуются в световые с помощью светодиода. Скорость передачи данных равна 24,8 Мбит/с. На основании опытных испытаний было установлено, что система должна обладать следующими свойствами:

  • система должна иметь центральные системные часы, которые обеспечивают тактирование шины;
  • должна быть предусмотрена возможность модернизации системы (plug and play), то есть подключение нового или исключение одного из имеющихся приборов;
  • должны быть MOST-спецификаторы, которые компенсируют небольшие различия сигналов между узлами системы;
  • каждый прибор имеет доступ к шине в любое время.

Требование к оптическим компонентов

Для обеспечения высокой надежности оптические разъемы должны удовлетворять требованиям, которые предъявляются к электрическим разъемам:

  • фиксация проводов в разъемах должна выдерживать максимальную силу на разъединение 60 Н без повреждения.
  • допустимый температурный диапазон должен быть от –40 до +85 °С при влажности воздуха 95%.
  • разъемы должны выдерживать заданные климатические, вибрационные и шоковые нагрузки.

Кроме того, для оптических систем обязательным является требование, чтобы потребляемая мощность была равна разности мощности передатчика и чувствительности приемника. В процессе эксплуатации могут возникать царапины на оптической поверхности, появляться пленки вследствие воздействия дыма сигарет и выхода газа из пластмасс, а также появляться наслоения пыли и т.д. Поэтому у передатчиков должны быть предусмотрены регулировки для компенсации воздействия отрицательных факторов. Компания Tyco Electronics AMP разработала компоненты для MOST-систем, которые удовлетворяют этим требованиям.

Компоненты MOST-системы

Первым, наиболее сложным элементом MOST-системы является MOST-процессор и программное обеспечение к нему. Вторым элементом является шина данных. При разработке требований к шине следует учитывать большое отличие соединяемых элементов друг от друга. Третьим элементом MOST-системы является система связи. Она включает привязку волоконно-оптического передатчика (FOT) к MOST-процессору, привязку световода к FOT и разъемы в каждом приборе, муфты и сами световодные провода. Основные элементы системы связи MOST-системы показаны на рис.3.

Компоненты системы связи MOST-системы

Привязка приборов к световодным линиям

Для привязки приборов к световодным линиям Tyco Electronics AMP разрабатывает изделия, которые предусматривают возможность вставки новых элементов. Имеются разъемы для одной и двух световодных линий, которые вследствие их специальной формы обозначаются Pigtail (рис.4). Основанием для разделения оптических разъемов от элементов подключения с электрооптическими преобразователями послужила возможность более эффективной защиты от электромагнитных воздействий, взаимозаменяемость передающих и приемных элементов и более эффективная защита оптической поверхности. Для особых случаев имеются в продаже интегральные элементы Pigtail, которые согласованы с действующими приборами. Они компактны и взаимозаменяемы. Передающие и приемные элементы функциональных модулей MOST-системы состоят из микросхемы CMOS и одного высокоскоростного pin-диода. Скорость передачи этих элементов может достигать 25 Мбит/c.

Разъемы Pigtail для одной и двух световодных линий

Стандартные модули

Для привязки приборов к MOST-шине имеется полный ассортимент модулей (рис.5), имеющих 2 или 4 оптических разъема и 12, 20 или 40 электрических контактов. Все компоненты соответствуют установленным MOST-консорциумом требованиям и имеют соответствующие оптические, электрические и механические параметры.

Модули

Испытания показали, что может быть гарантирована хорошая защита оптических поверхностей, а также приборных и кабельных разъемов.

Сцепляющие муфты

Для подключения новых приборов к MOST-шине, для связи кабельным жгутом, а также для сервиса необходимы оптические сцепляющие муфты. Разработаны однополюсные и двухполюсные варианты муфт. Они совместимы с двухполюсными разъемами описанных выше модулей в соответствии с установками MOST-консорциума.

Световодные провода

Для MOST-шины на основе испытаний предшествующей системы D2B было разработано новое оптическое волокно. Оно имеет повышенную эластичность, устойчиво к возгоранию, воздействию давления и не меняет прозрачность. Специальная внутренняя оболочка гарантирует отличные механические и оптические свойства и обеспечивает легкую обрабатываемость. Рабочий температурный диапазон современных искусственных световодных линий находится в пределах от –40 до +85 °С при оптических потерях 0,2 дБ/м. Допускается изгиб с радиусом 25 мм. При радиусе изгиба 15 мм происходит небольшое увеличение затухания.

Дополнительную информацию по разъемам MOST-системы компании AMP можно получить на сайте

Литература

  1. Ch.Thiel, R.Konig: Media Oriented Systems Transport (MOST) ein Standard fur Multimedia Networking im Fahrzeug. Tagung Elektronik im Kraftfahrzeug 1998. VDI-Bericht 1415. VDI-Verlag. Dusseldorf.1998.
  2. D.Schramm: Lichtwellenleiter-Erfahrungen und Potentiale /Tagung Forschritt und Zukunft der Automobiltechnik. Verlag Moderne Lndustrie. Stuttgart. 1999.
  3. W.Heckel, S. Schroder: Kunststofflichtwellenleiter fur optische Ubertagungssysteme im Automobil. VDE-Fachberict Kontaktverhalten und Schalten. VDE-Verlag. Berlin. Offenbach. 1999.
  4. A.Engel, D. Schramm: Optisches Bussystem fur automobile Netzwerke: F@M Special.7 –8'2000. Carl Hanser Verlag. Munchen.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке