Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Optische Übertragung mit mehreren Kanälen


von Malte E. (workoft)


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Hallo,

Ich bin auf der Suche nach einer besseren Methode zur Datenübertragung 
über einen optischen Kanal. Dabei möchte ich mehrere digitale Signale 
mit geringer Bandbreite (bis 10 MHz Rechtecksignal) über kurze Strecken 
(bis max 2m) über möglichst wenige Kabelsalat übertragen. Die 
Übertragung soll optisch sein, damit sie immun gegen Interferenz und 
Gleichtaktstörungen ist.
Bisher haben wir unterschiedliche Ansätze probiert:
Analoge Übertragung per D-Sub - sehr Störungsbehaftet, etwas besser mit 
Ferriten zur Gleichtaktunterdrückung aber immer noch problematisch
Digitale Übertragung per D-Sub - funktioniert prinzipiell, im Hinblick 
auf den Störpegel der analogen Signale würde ich der Übertragung aber 
auch nicht trauen
Optische Übertragung der digitaler Signale mit einem Wellenleiter pro 
Signal - funktioniert einwandfrei, gibt aber einen ziemlichen Kabelsalat 
Außerdem brauchen die Transmitter so viel Strom, dass wir das Signal 
erst noch impedanzwandeln müssen.

Ich hätte nun gern eine Möglichkeit, mehrere Signale über dieselbe 
Einheit full-duplex zu Übertragen. Ob dies nun über mehrere 
zusammengefasste Lichtwellenleiter, über Multimode oder über internes 
Multiplexing funktioniert ist mir letztlich egal, solange ich eine 
beliebige Folge binärer Signalpegel übertragen kann. Geringer 
Stromverbrauch an den Signaleingängen und ggf. ein Schmitt-Trigger wären 
wünschenswert. Ich denke, ich werde nicht mehr als 8 Kanäle pro Richtung 
brauchen. Externe Spannungsversorgung wäre akzeptabel (und wohl bei 
Schmitt-Trigger unvermeidlich), aber es wäre schöner ohne. PCB mount.

Übertragen möchte ich in erster Linie SPI und auch einzelne 
Schaltsignale.

Da ich keine Ahnung von optischer Übertragung habe, weiß ich gar nicht, 
wonach ich eigentlich suchen soll. Ich hoffe, einer von euch kann mir 
weiter helfen.

Grüße,
Malte

: Bearbeitet durch User
von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Nimm Ethernet. So billig kannstes nicht selber machen.

Gruss
WK

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Malte E. schrieb:
> Übertragen möchte ich in erster Linie SPI und auch einzelne
> Schaltsignale.
Warum hast du da auf 2m schon Probleme bei der Kupferübertragung?

> Da ich keine Ahnung von optischer Übertragung habe, weiß ich gar nicht,
> wonach ich eigentlich suchen soll. Ich hoffe, einer von euch kann mir
> weiter helfen.
"Optisch" und "Schnell" = teuer. Und zwar Transmitter wie auch Receiver 
und der LWL.

Dazu kommt, dass SPI vollduplex ist und der Takt mit übertragen werden 
muss. Du brauchst also zwei Kanäle hin zum Slave und einen zeitgleichen 
Rückkanal. Und dann war da noch die Frage nach den SS# Signalen, die 
eigentlich zwingend zum SPI gehören...

> Übertragung per D-Sub
Ähem, D-SUB ist kein Medium, sondern eine schlichte Steckverbindung. 
Welche Signale wurden mit welchen Kabeln über diesen Stecker geschickt? 
Und was hat da nicht funktioniert? War die Übertragung synchron oder 
asynchron? Differentiell oder "Single Ended"? Wurde die 
Leitungsterminierung beachtet?

: Bearbeitet durch Moderator
von Bernd G. (Gast)


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> Bisher haben wir unterschiedliche Ansätze probiert:

Gewerblich?
Was darf es denn kosten?

von georg (Gast)


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Malte E. schrieb:
> Ich hätte nun gern eine Möglichkeit, mehrere Signale über dieselbe
> Einheit full-duplex zu Übertragen

Es gibt Multiplexer-ICs, die mehrere Signale zusammenfassen und über 
eine Leitung senden, am anderen Ende werden sie mit einem Demultiplexer 
wieder in die einzelnen Kanäle aufgeteilt. Das erfolgt elektronisch, 
aber die Übermittlung kann über eine einzelne Glasfaser laufen. Das 
gleiche für die Gegenrichtung. Trivial-Elektronik für Bastler ist das 
aber nicht.

Georg

von Bernd G. (Gast)


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Hier sind lauter ähnliche Sachen: http://gansert.eu
Allerdings nicht unbedingt direkt geeignet, sondern für die 
Hauptanwendung zur Signaübertragung mit Drehgebern zugeschnitten. Sorry 
für die Werbung.

von c-hater (Gast)


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Dergute W. schrieb:

> Nimm Ethernet. So billig kannstes nicht selber machen.

So sieht's aus. Und wenn's um's Verrecken unbedingt optisch sein soll, 
dann gibt's ja schicke Medienwandler für Ethernet, die auch keine 
Reichtümer kosten.

Beitrag #6116690 wurde vom Autor gelöscht.
von Franz M. (elmo64)


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Malte E. schrieb:
> gibt aber einen ziemlichen Kabelsalat

Kabelschlauch!
Fiber Arrays / Multcore Kabel.

Malte E. schrieb:
> Ich hätte nun gern eine Möglichkeit, mehrere Signale über dieselbe
> Einheit full-duplex zu Übertragen

12 Kanal TX und RX:
https://www.finisar.com/sites/default/files/downloads/finisar_ftlc8221scnm_100gbase-sr10_and_otn_multirate_100m_cfp2_optical_transceiver_productspecb3.pdf

Ohne aufwändige Signalwandlung im FPGA oder redesign, wirst du damit 
jedoch deine langsamen DC Signale kaum übertragen können.

Einfacher wäre abhängig von den verbauten Modulen etwas ähnliches:
https://cotsworks.com/product/dsub-5g-dx/
lässt sich evtl. selbst bauen.
Für deine Anwendung sollten einfache POF-Fasern und Fotohalbleiter, geg. 
mit angeformter Aufnahme zB. sfh757, ausreichen. Sub-D Gehäuse für 
Hochstromkontakte gibt es in vielen Größen. Mit ein paar OPVs, 
Komparatoren und Gattern sollte das zu erledigen sein.


> so viel Strom,

Wie definierst du viel?
Welche Transmitter/Receiver benutzt du?
Im LWL Bereich wird häufig AC gekoppelt. Vielleicht verbrauchen 
En-/Decoder zusätzlich Strom?
Schaltplan! Sicherlich fällt jemandem hier etwas ein.

Malte E. schrieb:
> Da ich keine Ahnung von optischer Übertragung habe, weiß ich gar nicht,
> wonach ich eigentlich suchen soll.

Lies die Appnotes von Broadcom(Agilent) zur HFBR-Serie!!! Eine Liste
gibt es in diversen Datenblättern. Dort findest du unter Anderem viele
Schaltungen.

Transmitter Optical Sub Assembly (TOSA)
Receiver Optical Sub Assembly (ROSA)
Bi-Directional Optical Sub Assembly (BOSA)
Wavelength Division Multiplexing (WDM)
Multi-Channel Transceiver
Schlagwörter: LWL, fiber, fiber optic,...
lass dir was einfallen.

c-hater schrieb:
> So sieht's aus. Und wenn's um's Verrecken unbedingt optisch sein soll,
> dann gibt's ja schicke Medienwandler für Ethernet, die auch keine
> Reichtümer kosten.

Exakt das, was du dir wünschst, wird nicht als Massenware produziert, 
ganz im Gegensatz zu Medienkonvertern für Ethernet, die es billig in 
China gibt. Ein Signalwandler auf ein kompatibles Signal ist einfacher 
und weniger Zeitaufwändig.

Malte E. schrieb:
> Analoge Übertragung per D-Sub - sehr Störungsbehaftet, etwas besser mit
> Ferriten zur Gleichtaktunterdrückung aber immer noch problematisch
> Digitale Übertragung per D-Sub - funktioniert prinzipiell, im Hinblick
> auf den Störpegel der analogen Signale würde ich der Übertragung aber
> auch nicht trauen

Schon mit geschirmten, zB. CAT7/8 tauglichen Kabeln und differenziellen 
Signalen probiert?
In welcher extrem EMV verseuchten Umgebung soll das Ganze funktionieren?

von Dummbeutel (Gast)


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> das, was du dir wünschst, wird nicht als Massenware produziert

Vllt nicht als Massenware, aber fertig kaufen kann man sowas schon.
Die muxen 24 RS-232 (oder sogar mehr) auf eine Multimode-Doppelader.
Wenn mans braucht auch fuer X.21, V.35, etc. pp.
Gibt es heute bestimmt auch in Singlemode.

Ist im Ergebnis gegenueber allem Kupferbasiertem deutlich
resistenter gegen Blitz Donner und Gewitter.

von Wolfgang (Gast)


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Malte E. schrieb:
> Die Übertragung soll optisch sein, damit sie immun gegen Interferenz und
> Gleichtaktstörungen ist.

Willst du die Datenstrecke innerhalb der Kavität eines Excimer Lasers 
betreiben oder welcher Art sind deine Störungen?

von Chris (Gast)


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Baue dss mal mit rs442 auf, transceiver welche über 10mhz gehen (100 
MHz) .
Also serielles MUX/demux dann auf rs485 transceiver.

Läuft dies dann kann Man einen uC reinsetzten und den bidirectionalen 
Link in einen unidirectionalen Link umwandels. Also linkerkennung (32bit 
zahler), CRC, retrasmitmarker, mastererkennung (Mac wird uebertragen, 
mit Zufallszahl welche die checksum der Firmware ist xor Mac. Niedere 
Zahl gewinnt, zuerst checksum under dann Zufallszahl).

Hat man dies stabil laufen dann einen rs485 zu lwl converter 
dranschliessen oder selber basteln.

Ein FPGA hat Vorteile dass man serdes , buffer, state machine und 
Eventuelll kleinen uc I'm FPGA integrieren kann, keine Problems mit 
serdes hat bei halfdublex usw.

von Malte E. (workoft)


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Vielen Dank für die zahlreichen Antworten.

Störungen haben wir, weil wir Messdaten von Umrichtern übertragen. Je 
höher die Spannungen und Schaltfrequenzen/Schaltflanken der Umrichter, 
desto stärker die Einkopplungen. Auch bei einzeladergeschirmten Kabeln. 
Ferrite machen es besser, digitale Übertragung ebenfalls. Aber am 
liebsten würde ich Einkopplungen verhindern, indem ich das Ganze optisch 
mache.

Ethernet ist billig und einfach, wird aber unter den selben Problemen 
leiden, wie andere Kupferkabel auch.

Schnell muss es nicht sein. Wir haben eine Clockfrequenz für SPI von 
<10MHz

Nicht direkt gewerblich. Forschung. Muss nicht das billigste sein, 
sollte aber auch kein Vermögen kosten.

Genauen Strom habe ich gerade nicht im Kopf, ich meine es waren 50mA.

Die Möglichkeit, differenzielle Signale zu testen, werden wir demnächst 
haben. Es ist gerade eine Messplatine in Arbeit, die auf differenzielle 
Signale setzt.

Über RS485 habe ich auch schon nachgedacht, da die Steuereinheit das 
kann, das spricht aber die Gegenseite nicht. Da haben wir ein paar ADCs, 
die SPI sprechen. Ich wollte eigentlich nichts dazwischen basteln wo ich 
ggf. länger dran sitze, da die Messdatenübertragung nicht 
Untersuchungsgegenstand sondern Mittel zum Zweck ist.

Die perfekte Lösung muss es nicht sein, es soll ja auch kein Produkt 
sein, sondern einfach nur funktionieren. Ich möchte in der Lage sein, 
unkompliziert umzubauen, deswegen möchte ich mehrere einzelne LWL 
vermeiden. Cat7/Ethernet oder D-Sub sind da eigentlich super, leider 
haben wir da noch die Störungen. Eine galvanische Trennung brauchen wir 
sowieso, deswegen die Idee, einfach LWL zu verwenden (die verwenden wir 
bereits für das Ansteuern der Gates. Auch dort haben wir Fehler, die 
möglicherweise auf Einkoplungen zurückzuführen sind - dort liegen die 
Einkopplungen aber eher daran, dass die Signale auf der Platine viel zu 
lange Wege zurücklegen.
Vllt. funktioniert es am Ende doch gut über Kupfer, ich wollte vor allem 
mal wissen, was es da so an optischen Lösungen gibt.

Ich werde morgen mal in die Vorschläge hier reinschauen, erstmal danke!

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