15.汽车无源光学星形网络.docVIP

CAN-BUS汽车多路信息传输系统及其检修技术 PAGE  PAGE 12 汽车无源光学星形网络 1．什么是汽车无源光学星形网络 高速数据通信网络用于汽车电子控制系统，除了采用前述的金属线芯制成的双绞线等通信媒体外，光纤传输系统应用于汽车上也日趋成熟。 汽车无源 (不能放大或产生能量的传输系统)光学星形网络主要由以下四部分组成:无源光学星形，光发送器 (光二极管LED)，在节点上的光接收器，节点与星形之间的发送和接收光纤。 图1是双端星形和单端星形路由模式。双端星形(图1a)设置有纤维缠结，将输入和输出光纤有序地连通至各个节点。图中的有效尺寸主要是指纤维缠结构成的光纤张紧区。该张紧区和有效的封装尺寸可以通过收紧路由光纤使其减小，但路由光纤的弯曲半径不能小于25mm，否则会增加光源损耗和星形接入损耗。单端星形 (图lb)与双端星形相比较，??入和输出纤维与各个节点的路由简单得多。 混合线元星形是通过齐平式连接的纤维来向混合线元的输入和输出面散布光信号 (图2)。从任一根发送光纤传送出的光被耪合到混合线元的输入侧，当光通过混合线元传播时，光源被同时均匀地散布到输出端，所有的接收光纤再在输出端耦合。 图1 汽车双端和单端星形路由模式 图2 混合线元星形 双锥形星形指由数根光纤重新组成交叉式的热或化学熔结，构成混合的短锥形区(图3)。光从任一根输入光纤射人短锥形区，传播到短锥形区的输出端，同时均匀地散布到输出光纤束的各根纤维上。 图3 双锥形星形 熔丝对星形基本上是一种格栅串联的许多2×2耪合接头每个耦合接头由光纤柬采用热、化学或声波焊接成对，再形成一个混合区 (图4)。通过这些格栅串联的糖合接头，光从其中的一根光纤输入，然后散布至全部的输出光纤。 图4 熔丝对星形 2．新型汽车采用的光学星形网络类型 一种是不带成簇连接的星形网络，如图5所示，其特征如下:5个节点都安置在座舱内;所有的节点已连成汽车的主线束，勿需成簇连接;断损的纤维只能更换不能修理;线束上两个节点之间的距离最长不超过l0m;不需作特殊的路由选择;使用NRZ信号，网络操作在IMbp，的信号传输速率。 针对所有的节点，该系统允许使用85℃的光缆和85℃的光电元件。由于路由弯曲半径不超过25mm，故不含路由损耗，当然也不包括成簇连接或绞接 (处)损耗，但毕竟少不了接人损耗。这种星形网络的最大损耗如下:纤维(长10m)衰减损耗2.5dB，星形接人损耗 (5个节点分离损耗和3.OdB超量损耗)1OdB，安全储备损耗3dB，总损耗15.5dB。 图5 无成簇连接的星形网络 另一种是带成簇连接的星形网络如图6所示，其网络特征如下，网络要求有10个节点，其中6个 (Nl~N6)安置在座舱中，4个安置在发动机舱内;主线束与发动机罩下线束之间需要一组成簇连接;成簇线束的每根光纤允许维修1次;节点之间的最长距离为14m;8个节点中必须的光纤路由弯曲半径不能小于10mm;网络以NRZ信号操作速率为1Mbps。 图6 成簇连接的星形网络 由于有节点安置在发动机舱内，因此，这部分光缆和光电元件的使用温度比前一种高，为125℃。与此同时，发动机舱内线束光纤的衰减较大。这种星形网络的最大损耗如下:纤维(6m长的125℃纤维与l0m长的85℃纤维)衰减损耗4.9dB，星形接入损耗(1OdB分离损耗和3.5dB超量损耗)13.5dB，路由损耗ldB，成簇连接处损耗 (2个成簇连接)3dB，成簇线束维修 (2个成簇连接维修)损耗3dB，安全储备损耗3dB，总损耗28.4dB。 3.无源光学星形网络的故障种类 无源光学星形网络的故障种类主要有以下4种: (1)网络故障。与铜导线相比，光纤更为耐用，但其物理层时常故障发生。节点与星之间的光纤长度方向、成簇连接的光纤与光纤之间和无源光学星形自身潜在的故障会使光衰减增多，一旦超过链路通信总损耗限值，就会导致链路断路。 (2)光纤故障。光缆虽然非常耐用，但物理方面的误用可能导致光纤衰减增大。例如，特别绷紧的光纤路由会使链路衰减增大;光缆路由张紧的弯曲半径小于最小的25mm规定，光纤张紧的弯曲处的光线就会超出临界角，光纤的衰减也会增大。如果所用的链路操作在敏感限值附近，那么，从光纤的过量弯曲处附加的衰减可能引发通信错误。其他物理误用的例子还有光纤紧压变薄会改变光纤芯部几何尺寸，造成部分光逃逸;光缆被擦伤，擦伤点的护套脱开或芯部接口和芯的包层界面损坏等都会造成光逃逸。这些都会增加光纤衰减，影响链路工作。 如果是单根光纤损坏或折断，通信只在一根链路上潜在着障碍;如果光纤损坏是从节点到星的发送路径，那么，网络上的每个接收器会查出受影响的节点减弱的信号，并将错误首先通知链路中