Shen Zhen ZJY Patent City Co. Ltd. - POF,plastic optical fiber,GEPON

         目前各种车辆内的数据传输使用的介质主要是铜缆，但现代汽车在控制、安全性、通信及娱乐功能方面包含了越来越多的电子装备，产生了大量的需要在设备之间传输的数据。数据率要求的不断提升使由塑料光纤（POF）构成的光数据链路走向了应用。物理层基于POF的总线系统在汽车应用中特别有优势，与相应的电系统相比有许多优点：
        ●  POF光缆重量轻；
        ●  以低成本获得高数据传输速率；
        ●  抗EMI噪声干扰且传输安全性强；
        ●  无光纤间串扰；
        ●  完全电绝缘，无接地回路；
        ●  操作/连接容易，系统成本低^[1]。

                                                   

                                                       汽车塑料光纤(缆) 

一、汽车塑料光纤标准
        随着人们对汽车内通讯、娱乐和信息交换要求的不断提高，相应的车内数据传输连接系统标准如MOST、Byte Flight、IDB-1394b等都建立了起来，其中MOST汽车标准协会是由BMW，Daimler Chrysler, Harman/Becker 和 OASIS Silicon Systems 在1998年建立的。MOST（媒体定向系统传输）凭借其在高带宽、耐用性和使用方便等方面的优势，已越来越广泛地用于汽车信息娱乐系统中。最新一代MOST150可提供150Mb/s的带宽，是当前使用的MOST25网络的6倍^[2]。

        随着MOST标准的诞生，塑料光纤（POF）开始广泛采用于汽车电子，成为MOST系统的主要传输介质。MOST25第一次是2001年在宝马7系列车型上使用，目前该技术已经被BMW, Daimler Chrysler, Audi, VW, Land Rover, Saab, Fiat, Mitsubishi, Jaguar，Volvo, Hyundai 和Porsche等50多种车型采用，2007年使用光收发模块接近1700万对，在欧洲已经成为事实上的行业标准。在亚洲和北美市场，该技术已经全面进入到汽车行业中，2007年以丰田为首的日本汽车厂商也开始在汽车电子中采用该技术标准^[3]。

        另外有一些汽车电子网络标准是用于“关键性功能MISSION-CRITIAL”，如转向和刹车。Byte Flight标准即是用于服务“关键性功能”，如安全气囊的控制^[4]。

二、汽车塑料光纤的性能及生产
        高温、震动、化学品和汽油等的存在使汽车中的工作环境很恶劣，塑料光纤要适应汽车中的各种环境和温度，汽车驾驶室的温度高温可达到85~105℃，发动机部分为等于和大于125℃，所以在高温性能方面对塑料光纤有特殊的要求。那么如何改进PMMA光纤的耐高温性能呢？

        三菱公司的塑料光纤工作温度从-55~85℃提升到-55~105℃，现在达到-55~125℃，并且也有商业化的产品在销售。POF的温度耐受能力主要从二个方面进行：一是采用热变形温度高的芯皮层材料，包括提高PMMA和氟树脂的热变形温度等；另一方面是选择合适的护套材料，例如采用热变形温度较高的HDPE、交联PE来代替通常的LDPE，还有使用聚酰胺类材料^[5]。

        日本东丽公司生产的汽车光纤采用芯径为1mm的POF，进行二次被覆，第一次被覆层外径为1.5mm，二次被覆后的外径达到了2.3mm，两次被覆采用的材料均为PA12，不过颜色分别为黑色和黄色（或蓝绿）。拉伸强度达到了80N，符合MOST标准^[6]。

        瑞士索尼格集团生产高质量的汽车塑料光缆加工和测试设备，包括切剥机、拉力测试装置以及用于表面处理、激光焊接、嵌入磨损测试和光纤位置测量的机器。加工POF缆时，关键是将dB磨损降至最低。最重要的要素是末端表面和连接的质量。为了达到理想效果，特别是应用于数据传输时，POF缆有时不仅需要切割剥皮，连接端子前还需进行表面处理。

        POF切割剥皮之后，末端表面应已经光滑无刮痕。但是，打磨加工可以进一步减少最终dB磨损。测试显示，表面经处理过的光缆和仅简单切割过的光缆dB损失差异达1dB或更大。一旦末端表面处理完成，POF缆需要连接端子。有不同的方法将金属套圈组装到POF缆上，包括压接、胶粘和激光焊接。胶粘是一个复杂工艺，因为其循环周期长，压接则不能达到理想要求，激光焊接目前被认为是最新的连接技术。POF末端被精准的定位在金属套圈中，因而焊接时可达到要求的位置。MOST金属套圈的一般公差为0.01-0.1mm, 在处理或接合的过程中通常需要嵌入的纤维位置以避免划伤。控制绝大多数加工参数（时间和温度）的激光焊接具有出色的质量和短循环时间^[7]。 

                                                   

        汽车塑料光纤用器件包括光纤收发器（FOT）和连接器。对收发器的要求有：设计紧凑、容易操作、低成本和高可靠性。Daimler-Benz公司1998年开始在其Mercedes S 系列的车型中使用塑料光纤，标准为D2B，由Tyco公司供应POF组件（FOT和连接器）。

        FOT的制造公司主要有爱尔兰Firecomms，德国Infineon，美国Agilest，加拿大Mitel，日本的Sumitomo、Hamamatsu、Toshiba及MITSUMI公司。连接器的制造公司主要有Molex，Tyco，FCI，Delphi，FiberFin，Sumitomo公司。日本一些著名的汽车线束制造商也推出了汽车塑料光纤系统用的连接器，如矢崎（Yazaki）公司和古河（Furukawa）公司都已经在生产符合MOST标准的POF连接器系列产品。

        安捷伦科技有限公司（Agilent Technologies）2005年推出世界上第一款工作温度范围在-40℃到+95℃、用于汽车多媒体网络中的光纤发射器和接收器，AFBR-1010光纤发射器和AFBR-2010接收器。这一温度范围比同类竞争产品高出了10℃。该器件还提供了14.5dB的最高光学链路预算，超过了与其竞争的产品的13dB的极限，从而延长了通信链路的距离并提高了可靠性。该器件符合MOST标准。MOST网络的性能取决于光纤发射器和接收器(用于传送数据，以运行信息娱乐系统) 能否在各种温度上正常运行。在扩大的温度范围内，安捷伦的器件即使在炎热的天气中也能实现更好的性能，汽车制造商可以把这些设备放在除发动机室外汽车内的任何地方，而不用担心冷却问题^[8]。

        Firecomms 公司推出业界首款基于高速谐振腔 LED 的 MOST 光纤收发器（FOT）。 FCM110R发送器和 FCM110D 接收器为4引脚、低成本塑料封装的元件，符合 POF 光接口的 MOST 1.1 物理层规范，其数字输入/输出数据兼容TTL开关电平。FCM110R 发送器采用了新颖的整合了透镜的高速 RCLED 源，极大地提高了耦合效率。该光源可提供的光功率高于-7dBm，而工作电流低于25mA，快速上升和下降的光脉冲边缘低于4.2ns。 FCM110D 接收器采用低成本CMOS设计，具有业界最高的灵敏度-28dBm，工作温度范围在-40℃至95℃之间。光纤中没有光信号时进入休眠状态；有光信号时退出休眠状态^[9]。

        Avago Technologies 为工业和家庭网络应用提供了基于Byteflight® 的光双向POF收发器，用于通过 POF 收发器实现汽车安全性应用和快速以太网络^[10]。

        MITSUMI公司的ML-940和MC-941收发器指标如下^[11]：
光电特性指标：
        电源电压：5V
        消费电流：40mA Max.
        Data rate（数据率）：22.6Mbps
        工作温度：－40～+95℃
机械性能指标：
        插拔寿命： 100 times
        总的抽出力：50N（5.1kgf）max.
        锁紧强度： 60N（6.1kgf）min.

        Maxim公司的收发器MAX3901/MAX3902工作温度范围得到了扩展，可以从-40°C到 +140°C。MAX3901可接受1.2µA至1mA输入范围，+3.3V或+5V供电，工作在8Mbps至50Mbps，TTL输出兼容于通用汽车光纤网络接口。MAX3902可接受1.2µA至1mA输入范围，+3.3V供电，工作在40Mbps至150Mbps，差分输出兼容于LVDS、PECL、IEEE® 1394b (S100β)^[12]。

参考资料：
        [1]     汽车应用中的光网络收发器，徐国维，世界电子元器件，2002年12期
        [2]     MOST150网络规范可实现高速视频/音频应用
        [2]     http://www.mcuol.com/Solution/192/23729.htm
        [3]     Firecomms公司资料
        [4]     BMW公司资料
        [5]     三菱公司资料
        [6]     东丽公司产品资料
        [7]     索铌格公司资料
        [7]     http://www.schleuniger.com/cn
        [8]     国内外企业对光仪电产业的研发投入比较
        [8]     http://market.c114.net/185/a164452.html
        [9]     Firecomms公司资料
        [10]  安华高公司资料
        [11]  MITSUMI公司资料
        [12]  Maxim公司资料