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光端机基础知识的介绍主要内容：n有关光纤的问题n有关光端机传输的信号问题第一部分 光纤的介绍n概述n光纤的分类n主要的光纤辅助器件及其光学性能n主要光纤传输系统的术语概述 光导纤维简称光纤。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通信在最近的二十年中得到了迅猛的发展，因为光纤与其他传输媒质如电缆等相比，它具有以下突出的优点：n传输频带宽、通讯容量大；n信号损耗低；比如目前实用的玻璃光纤，在光波长为1550nm附近，衰减可降至0.2dB/km,已接近理论极限。因此，它的中继距离可以很远。n不受电磁波干扰；光纤为非金属的介质材料，它不受电磁波的干扰。n线径细、重量轻；光纤的直径很小，即使制成光缆，直径也要比电缆细，而且重量轻。因此，便于制造多芯光缆。n资源丰富，抗化学腐蚀。光纤的分类按照传输模式来划分：n单模光纤(Single-Mode)；n多模光纤(Multi-Mode)；按照纤芯直径来划分：n50/125(m)缓变型多模光纤；n62.5/125(m)缓变增强型多模光纤；n9/125(m)缓变型单模光纤；按照光纤芯的折射率分布来划分：n阶跃型光纤(Step index fiber)，简称SIF；n梯度型光纤(Graded index fiber)，简称GIF；next 单模光纤 单模光纤只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式色散，使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量，长距离的光纤通信。单模光纤主要使用的光波长为1310nm和1550nm。back 多模光纤 多模光纤有多个模式（光纤中存在的电磁场场行或者说光场场行）在光纤中传输。由于色散或像差，这种光纤的传输性能较差，频带较窄，传输容量也比较小，距离比较短。一般的工作波长为850nm或1300nm。back主要的光纤辅助器件及其光学性能n光纤活动连接器(Connector)n光分路器(Coupler)适用于将一根光纤信号分解为多路光信号输出；n光波分复用器(WDM)用于光路中不同波长的光的分离或混合。如ZC-1315是波长为1550nm和1310nm的普通波分复用器，ZC-1416是CWDM即粗波分复用器，波长是1470nm、1490nm、1510nm 1530nm、1550nm、1570nm 1590nm、1610nm。next 光纤活动连接器(Connector)光纤活动连接器有很多种类型，按连接头结构形式分：有FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等类型；按光纤端面形状分：有PC(包括SPC或UPC)和APC等类型。但目前应用最广的结构形式为FC、SC和ST三种。nFC/SC型连接器：损耗一般为0.5dB，所以插入损耗小且安装容易、稳定性高，一般用于长距离或大容量通信中；nST型连接器：损耗一般为1dB，所以相对损耗大一些，但成本较低，一般较多用在短距离（小于等于20km）的信号传输中；back主要光纤传输系统的术语光功率：如光发射功率、接收功率灵敏度：一般为光接收机的灵敏度光学传输损耗：n光纤每公里损耗，比如 多模 850nm，损耗为3.03.5dB/km 多模 1300nm，损耗为1.01.5dB/km 单模 1310nm，损耗为0.20.6dB/km，一般0.35dB 单模 1550nm，损耗为0.20.4dB/km，一般0.25dB n光纤耦合器的损耗n连接器的损耗n接口的损耗 第二部分 光端机传输的信号n视频信号n音频信号，包括AIPHONE对讲信号n异步数据信号，包括RS232、RS422、RS485及曼码n开关量信号n10M/100M以太网信号nE1信号，2.048M的基群信号n普通电话信号，即程控交换机与电话机之间的信号视频信号衡量视频信号的三个主要参数分别为：nDG(微分增益)nDP(微分相位)nS/N(信噪比)DG(微分增益)在PAL制电视信号中，彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色副载波上，而色副载波又是迭加在亮度信号上的，色副载波的幅度决定彩色信号的饱和度。视频信号的DG失真是指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。通俗的说，由于亮度消隐电平变到白电平时，在视频通道输出端产生色度信号幅度的变化，这样，在亮的部分和暗的部分，其彩色饱和度，色调（尤其是饱和度）均有不同的变化。现一般可以做到微分增益0.7%。DP(微分相位)视频信号的DP失真是指系统的相移特性随输入视频信号而变化。传输线路上的相移量随不同亮度电平而变化，则色同步和色副载波之间相移就起变化，于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同。现一般可以做到微分相位0.7。S/N(信噪比)在电视信号传输中，常用信号功率的峰峰值和噪声的有效值之比表示其值。现可以做到信噪比70dB。音频信号输入/输出匹配阻抗：非平衡音频为600；最大输入/输出电压：3.5V，一般3V最佳；音频失真：0.1%；信噪比：85dB；异步数据信号nRS-232、RS-422与RS-485的由来 nRS-232串行接口标准 nRS-422与RS-485串行接口标准 nRS-422与RS-485传输线上匹配的问题nRS-422与RS-485的接地问题 RS-232、RS-422与RS-485的由来 RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。RS-232串行接口标准 目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即收、发端的数据信号是相对于信号地的。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为115kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k。RS-422与RS-485串行接口标准n平衡传输 nRS-422电气特性nRS-485电气特性 nextRS-422与RS-485的平衡传输 RS-422、RS-485的数据信号采用差分传输方式，即平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态。接收器也作与发送端相对的规定，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。backRS-422电气特性 RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。一般典型的RS-422为四线接口，实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是104k+100（终接电阻）。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向。RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。back RS-485电气特性 RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿，如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k，而RS-422是4k；RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。backRS-422与RS-485传输线上匹配的问题 对于RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。一般终端匹配采用终接电阻方法，RS-422在总线电缆的远端并接电阻，RS-485则应在总线电缆的开始和末端都并接终接电阻。终接电阻一般在RS-422网络中取100，在RS-485网络中取120。相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120。这种匹配方法简单有效，特别是对于功耗限制不是很严格的系统。RS-422与RS-485的接地问题 电子系统接地是很重要的，接地处理不当往往会导致电子系统不能稳定工作甚至危及系统安全。RS-422与RS-485传输网络的接地同样也是很重要的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下，连接RS-422、RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有下面二个原因：n共模干扰问题：RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但我们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，如RS-422共模电压范围为-7+7V，而RS-485收发器共模电压范围为-7+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。n（EMI）问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。由于上述原因，RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-422或RS-485网络，必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压被短路。这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线），或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。