Разъёмы Lemo: от сигнальных к оптоволоконным

Одной из основных тенденций развития электроники является переход на цифровую технику, это касается радиочастотных трактов, сигнальной техники и традиционно — аналоговой силовой электроники, где нередко можно увидеть такие узлы, как ШИМ-контроллеры, выдающие сигнал для управления силовыми ключами. Как следствие, 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 ее во все сферы деятельности появилась устойчивая тенденция роста 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 объемов 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 его подверженность электромагнитным помехам. В итоге появилась альтернатива: оптическое волокно — как среда для передачи больших потоков информации, оно не имеет 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 разъемы: именно они обеспечивают надежное соединение различных сегментов оптического кабеля, оперативную коммутацию и защиту волокна от агрессивных воздействий. О решениях для соединения оптоволокна и пойдет речь в этом обзоре.

Одна из старейших компаний в сфере производства разъемов и соединителей, ведущих свою историю с 1946 года, — корпорация Lemo — активно развивает направление, занимающееся оптоволоконными соединителями. Она придерживается той концепции, что решения для соединения оптоволокна должны быть столь же универсальными и надежными, что и хорошо себя зарекомендовавшие разъемы для проводных соединений. Сейчас выпускается несколько семейств оптоволоконных коннекторов. Они рассчитаны на различные сферы применения и имеют свои особенности, характерные для каждого из семейств разъемов (табл. 1). В каждом из семейств есть решения для установки как на кабель, так и на приборную панель. Самые компактные оптические разъемы Lemo входят в серию «00» (рис. 1), они предназначены для соединения кабеля, содержащего единичное волокно. Эта серия коннекторов рекомендована для портативной техники либо для аппаратуры с плотным расположением коммуникационных портов. Внутри разъемов серии «00» допускается установка оптоэлектронных компонентов: фотодиодов и светодиодов, выполненных в корпусах TO-18. Дополнительно серия «00» содержит довольно удачные решения разъемов для установки на печатную плату.

Несколько большими размерами отличаются устройства, входящие в серию «0B» (рис. 2, 3), они рассчитаны на установку более толстого волокна с диаметром от 100 до 1500 мкм, защита которого улучшена. В качестве решения с высокой устойчивостью к вибрации и механическим нагрузкам рекомендуется использовать серию «0K» (рис. 4), разъемы в ней могут обладать степенью защиты от внешних воздействий вплоть до класса IP67 (полная защита разъема от пыли и кратковременного погружения в жидкость). В том случае, если требуется соединять не один оптоволоконный кабель, а несколько, и в комбинации с электрическими контактами, следует обратить внимание на семейства многоконтактных коннекторов «2B…5B» (рис. 5, 6) и «2K…5K» (рис. 7, 8). Решением, ориентированным для применения в профессиональной аудиовизуальной и мультимедийной технике, является сравнительно новая серия разъемов 3K.93C, (рис. 9, 10), они предназначены для студийной аппаратуры и инфраструктуры для организации телевещания.

Если рассмотреть структуру самого оптического соединителя, то можно увидеть, что оптический коннектор устроен аналогично электрическому разъему и несет в своей конструкции те элементы, которые обеспечили Lemo славу надежного продукта. Например, прочный корпус из литого металла и удобный механизм push-pull, позволяющий надежно фиксировать обе части разъема. Вместе с тем конструкция контактной части была существенно переработана: для соединения оптоволокна используются модульные контакты, содержащие непосредственно наконечники оптоволокна (феррулы) (рис. 11), систему фиксации волокна и несущий держатель, который устанавливается в сам разъем. Благодаря такой конструкции обеспечивается высокая надежность соединения и отсутствие смещений волокна, приводящих к сильным потерям. Для подготовки оптического волокна к оконцеванию и монтажа в феррулы (которые могут быть выполнены как из керамики, так и 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 разные виды оптоволоконного кабеля. Особо стоит отметить новую серию контактов F7, которая отличается малыми габаритами, с диаметром керамического наконечника, составляющим всего 1,25 мм.

Сама конструкция несущей части разъемов Lemo обеспечивает взаимную совместимость по посадочным местам не только для электрических, но и для оптических соединителей. Это позволяет устанавливать в одном многоконтактном разъеме как контакты для подачи электрического сигнала, так и оптоволоконные соединители. За счет этого достигается уникальная гибкость конструкции разъема, позволяющая комбинировать в различных сочетаниях оба типа соединений, в зависимости от потребностей техники, в которую планируется устанавливать разъемы Lemo.Такая компоновка, сочетающая оптоволоконные и электрические соединители «в одном флаконе», получила название гибридной компоновки, а сами разъемы стали называться гибридными (рис. 12). Если необходимо в разрабатываемое устройство поместить, к примеру, десять сигнальных контактов и пять оптоволоконных соединителей, то можно это реализовать на одном-единственном разъеме Lemo, благо, что в линейке этой компании есть разъемы с общим числом соединителей до 106 штук на одном физическом многоконтактном разъеме, что позволяет перекрывать достаточно большой спектр применений. В отличие от достаточно узкоспециализированных решений, применяемых для соединения оптики, например в телекоммуникациях (рис. 13), коннекторы Lemo отличаются высокой механической прочностью и хорошей экранировкой при использовании гибридной компоновки разъемов.

Какова сфера применения таких соединителей? За счет надежного конструктива разъемов, наличия ключей «защиты от дурака», исключающих ошибочное подключение, надежной системы фиксации push-pull и высокого класса защиты от внешних воздействий разъемы Lemo можно использовать в самых разных областях. Но приоритетными являются измерительные и научные приборы, телекоммуникационное оборудование, медицинская аппаратура, студийная аудио- и видеоаппаратура. Компания Lemo предлагает готовые решения с применением оптоволоконных технологий, в том числе и оптических разъемов. Специально для студийной видеоаппаратуры, работающей с телевидением высокой четкости HDTV (рис. 14), которое в связи с грядущим переходом телевизионного вещания в нашей стране на цифровое стандарта DVB-T, будет достаточно востребовано и у нас, компания Lemo разработала модули медиаконвертеров для работы со студийным видеооборудованием (рис. 15). Задача данных модулей — трансляция нескольких видеопотоков 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 медиаконвертере разъем семейства 3K.93C является типичным представителем гибридной компоновки: он содержит два соединителя для оптики и два силовых соединителя, например для питания удаленной камеры, а также два сигнальных. Это позволяет использовать один разъем вместо большого количества отдельных соединителей, что повышает надежность и оперативность монтажа оборудования. Также компания Lemo выпускает модули двунаправленных медиаконвертеров для подключения к локальной сети Ethernet 100 BaseT через оптическое волокно (рис. 16). Это позволяет передавать данные на расстояние до 20 км без использования промежуточных репитеров и при этом полностью решить проблему электромагнитных помех, приводящих к сбоям при передаче данных. Используемый в разъемах Lemo металлический корпус и возможность установки толстого бронированного кабеля позволяет создавать на их базе решения с высокой вандалоустойчивостью и способные работать в жестких уcловиях эксплуатации: при перепаде давлений и температур, приводящем к появлению росы, «воздействии» грызунов на коммутируемую аппаратуру. Это актуально для производителей и интеграторов телекоммуникационного оборудования, а также провайдеров локальных сетей. 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.

При разработке высокотехнологичной аппаратуры, использующей в своей конструкции соединения для оптического волокна и призванной надежно работать в жестких условиях, следует обратить внимание на продукцию Lemo.

Литература

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