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    目前，各種車輛內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸使用的主要是銅纜，但現(xiàn)代汽車在控制、安全性、通信及娛樂功能方面包含了越來越多的電子裝備，產(chǎn)生了極大量的需要在設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)率要求的不斷提升使由POF(塑料光纖)構(gòu)成的光數(shù)據(jù)鏈路走向了應(yīng)用。

　　物理層基于POF的總線系統(tǒng)在汽車應(yīng)用中特別有優(yōu)勢，與相應(yīng)的電系統(tǒng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)：

    ●光纜重量比較輕；

    ●以低成本獲得高數(shù)據(jù)率；

    ●抗EMI噪聲干擾且傳輸安全性強(qiáng)；

    ●無光纖間串?dāng)_；

    ●完全電絕緣，無接地回路；

    ●操作/接連容易，系統(tǒng)成本低。

　　西門子及現(xiàn)在的英飛凌科技光纖器件組性能達(dá)5MBps的標(biāo)準(zhǔn)器件已廣泛用于火車列車和各個(gè)不同的工業(yè)領(lǐng)域中。

　　現(xiàn)有的汽車用光網(wǎng)絡(luò)

　　MOST系統(tǒng)由OASIS公司與合作伙伴共同開發(fā)，傳輸數(shù)據(jù)率22 MBps。該多媒體系統(tǒng)通過一個(gè)用戶友好的人機(jī)界面，與諸如GPS、電話、收音機(jī)、TV、有源揚(yáng)聲器、CD、后座視頻及更多設(shè)備相連。

　　第二種光總線系統(tǒng)稱作Byteflight系統(tǒng)，由BMW公司開發(fā)。系統(tǒng)以10 MBps進(jìn)行安全性與信息數(shù)據(jù)的處理，采用的是有源星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它將是第一個(gè)用于無源安全性、舒適性和車身控制的、基于光物理層的成批生產(chǎn)產(chǎn)品。

　　Byteflight總線對高優(yōu)先級信息與低優(yōu)先級數(shù)據(jù)加以區(qū)別。它通過一個(gè)確定性協(xié)議，借助總線對所有識別位的靈活訪問，保障安全性相關(guān)數(shù)據(jù)在一個(gè)典型的250 s SYNC幀內(nèi)進(jìn)行同步傳輸，而車身控制及診斷等低優(yōu)先級信息會非同步填滿該SYNC幀。

　　汽車應(yīng)用環(huán)境有一些基本要求需要通過光網(wǎng)絡(luò)的各器件尤其是收發(fā)器來達(dá)成。這些要求包括：設(shè)計(jì)緊湊、操作便利、成本低、可靠性高。

　　光收發(fā)器特性

　　MOST發(fā)射器

　　MOST發(fā)射器是一種結(jié)合了高速LED的高度集成CMOS IC，為高達(dá)50M波特的傳輸應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它將標(biāo)準(zhǔn)邏輯級的電輸入變換成一種符合MOST的光輸出。為改進(jìn)光傳輸性能，數(shù)據(jù)經(jīng)雙相編碼達(dá)到50M波特。LED驅(qū)動器與內(nèi)部的峰化電路 (peaking circuit)協(xié)同工作以優(yōu)化 眼圖。IC與高速LED配合使用，可實(shí)現(xiàn)光信號的開關(guān)時(shí)間為5ns。

　　MOST接收機(jī)

　　為在不額外添加外部電路的情況下實(shí)現(xiàn)所要求的光到邏輯的轉(zhuǎn)換，MOST接收機(jī)中包含了一個(gè)結(jié)合了高速PIN光電二極管的CMOS IC。該器件用來接收高達(dá)50M波特的光數(shù)據(jù)并將之轉(zhuǎn)換成CMOS兼容數(shù)據(jù)流。另外，器件還要有比較大的增益，以便即使在最小的光功率下也能將1 A 范圍的光電 流 (photo current)在輸出端放大到邏輯級。

　　這種高性能、低成本的CMOS接收機(jī)由一個(gè)低噪聲互阻抗放大器和數(shù)據(jù)通道上的比較器構(gòu)成。當(dāng)前，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，輸入光功率為-25 dBm 到 -3dBm時(shí)可獲得完全的功能性。

　　作為客戶的一個(gè)重要要求是在8.5 s內(nèi)(休眠狀態(tài))沒有光數(shù)據(jù)接收時(shí)使接收機(jī)轉(zhuǎn)入低功率模式。在這種低功率模式下，PIN光電二極管仍在接收光信號，如果檢測到活動性的存在，IC將在4ms內(nèi)重新回到全功率操作和全速度模式。STATUS腳指示調(diào)制光是否接收到。借助這種功能性，接收機(jī)可以用來在環(huán)路上沒有通信聯(lián)絡(luò)時(shí)關(guān)閉整個(gè)裝置(如收音機(jī))的電源。而后在接收到光信號時(shí)將裝置喚醒，不需要額外增加電開關(guān)線路。

　　安全性和信息應(yīng)用 ’Byteflight’收發(fā)器

　　鑒于Byteflight是采用需要POF鏈路數(shù)最少的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此Byteflight系統(tǒng)的收發(fā)器須在單一POF上實(shí)施雙向、半雙工數(shù)據(jù)傳輸。

　　正常情況下，實(shí)施雙向傳輸需要使用分光器，而分光器為發(fā)射端和接收端都帶來各3 dB的 損耗 。這種收發(fā)器采用一種chip on chip(COC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。集成到該器件上的CMOS IC構(gòu)成發(fā)射器所需電流的供應(yīng)源，另一方面還包括實(shí)現(xiàn)光到邏輯、邏輯到光完全功能性的低噪聲互阻抗放大器(前置)和后置放大器的功能性。

　　專為安全性相關(guān)應(yīng)用的光雙向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)的ASIC，存在另外幾方面特性：

　　●IC器件可識別持續(xù)時(shí)間為3 s 的同步脈沖和2 s的報(bào)警脈沖等具體信號，并相應(yīng)對一個(gè)特殊的輸出針腳進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

　　●在光功率水平降到某一具體值以下時(shí)，Data輸出腳給出一個(gè)診斷脈沖以示警告，而系統(tǒng)在此水平下仍在完好地工作；

　　●發(fā)射器和接收器電路相互鎖定，以使由發(fā)射器到接收器或反之，不存在干擾。

　　收發(fā)器的組裝

　　上面提到的每一種收發(fā)器都是將一塊特殊設(shè)計(jì)的IC和器件LED/光電二極管結(jié)合到一個(gè)封裝體內(nèi)。光收發(fā)器的封裝不僅要必須滿足機(jī)械穩(wěn)定性要求，此外光學(xué)參數(shù)還須在所要求的-40℃ 到85 ℃溫度限定范圍內(nèi)得到保持。

　　MOST發(fā)射器/接收器

　　在MOST發(fā)射器中，采用0.5 mCMOS工藝制作的LED驅(qū)動器盡可能靠近高速 LED放置，做成一個(gè)具有邏輯-光功能的小型(緊湊型)發(fā)射器。

　　MOST接收器包括一個(gè)高速但大面積的光電二極管以便于與IC(在同一塊芯片上的前置、后置放大器)和附加電容器進(jìn)行光纖耦合，實(shí)現(xiàn)電性能的改善。

　　為雙向數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用而設(shè)計(jì)的Byteflight接收器采用先進(jìn)的chip on chip (COC)技術(shù)。LED芯片安裝在大面積光電二極管上面的中心位置。這樣裝配的優(yōu)勢是不會降低接收器的耦合效率。只使光電二極管的靈敏度減小，原因是LED芯片沉積區(qū)的遮蔽作用。

　　未來進(jìn)展

　　新型多媒體應(yīng)用的涌現(xiàn)和改進(jìn)，遠(yuǎn)程信息處理業(yè)務(wù)以及X-by-wire的進(jìn)展，使未來汽車將要求至少100 Bps的更高數(shù)據(jù)率。下一代光收發(fā)器的設(shè)計(jì)存在幾種不同的方法。
 
　　一種可行方案是使用綠色光發(fā)射器，其優(yōu)點(diǎn)是光纖衰減較低，在510 nm波長下約為0.1dB/m，而不是650nm波長下的0.2dB/m。英飛凌科技能夠完成100 MBps的設(shè)計(jì)。而由于存在510 nm下所發(fā)射的光功率和硅探測器的響應(yīng)均較小的事實(shí)，目前，綠光發(fā)射器只有在應(yīng)用距離超過約30m的情況下才能勝過紅光LED。

　　另一方面，在收發(fā)器端和改進(jìn)型光電二極管上放置紅光RCLED的做法已經(jīng)用于250 MBps POF數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中。

　　但在進(jìn)行這下一步應(yīng)用之前，必須對能夠滿足更高數(shù)據(jù)率要求的新型塑料光纖進(jìn)行改進(jìn)，使其適于大批量生產(chǎn)。