Circuits à fibres optiques expliqués : Guide débutant pour la communication haute vitesse moderne

Configuration fibre optique

Source : Wikimedia Commons

Autrefois, le câblage électrique était la norme jusqu'à ce que les gens aient besoin d'une bande passante élevée sur de longues distances. Malheureusement, les câbles électriques ne pouvaient pas répondre à ces critères. Il fallait donc un remplacement plus efficace. Et la fibre optique est arrivée. Fait intéressant, vous pouvez compter sur la fibre optique pour conduire de grandes quantités de données à des vitesses extrêmement élevées. Il n'est donc pas surprenant de la trouver dans la plupart des câbles internet. Mais la technologie a quelques inconvénients comme la défaillance des circuits à fibres, qui est négligeable – surtout pour les réseaux multi-fibres à haute densité.

Vous voulez en savoir plus ? Vous êtes au bon endroit car nous allons discuter des réseaux compacts, chroniquement implantables, à haute densité de circuits à fibres optiques.

Continuons !

Qu'est-ce qu'un circuit à fibres ?

La fibre optique utilise la même idée du mouvement de l'information de différentes manières. Par exemple, le téléphone a un câble filaire.

Circuit à fibres optiques

Source : Wikimedia Commons

Ainsi, le circuit à fibres est un chemin où les électrons voyagent avec l'information. Et ces électrons se déplacent vers différents dispositifs électriques. De plus, il est doté d'une lumière qui agit comme porteur d'information. Et cette lumière se propage grâce à la réflexion totale interne via un guide d'ondes optique transparent.

Ainsi, le câble emporte le son dans la prise murale pendant que vous parlez dans l'appareil. De plus, il n'a pas de déficits comportementaux. Par conséquent, une autre ligne déplacera le son vers l'échange téléphonique local et fera probablement face à une défaillance de surcharge initiale.

Mais le téléphone portable, en revanche, fonctionne différemment. L'appareil fonctionne en transmettant et recevant de l'information avec des ondes radio invisibles et une dynamique neuronale à grande échelle. Donc, cela se produit parce que les téléphones portables n'utilisent pas de câbles.

Types de fibres optiques

Maintenant que vous connaissez un peu la fibre optique, il est crucial de comprendre qu'ils transmettent des signaux en différents modes avec des protections supplémentaires. La méthode fait référence à la façon dont un faisceau lumineux traverse la fibre.

Ainsi, les signaux peuvent rebondir le long de la fibre à différents angles, aller droit au milieu de la fibre, ou faire rebondir le fil à un angle bas.

Cela dit, nous avons deux principaux types de câbles à fibres optiques :

Fibre monomode (Single-mode)

Cette fibre a un petit diamètre du cœur en verre. Elle est donc idéale pour de longues distances. Elle réduit également vos chances d'avoir une réduction de la force du signal. Et c'est grâce au petit diamètre.

De plus, la petite ouverture de la fibre monomode aide à séparer la lumière en un seul faisceau. Par conséquent, le câble fournit un chemin plus direct. La fibre monomode utilise une source de lumière laser et a une bande passante élevée.

De plus, cette fibre nécessite un calcul exact pour générer la lumière laser dans sa petite ouverture. Donc, elle est plus coûteuse.

Fibre multimode (Multimode)

La fibre multimode est l'opposée de la fibre monomode. Elle a une grande ouverture de cœur qui permet aux signaux lumineux de rebondir et de se refléter en descendant la fibre.

Et grâce à son grand diamètre, la fibre peut envoyer plusieurs impulsions lumineuses le long du câble en même temps. Donc, vous aurez plus de transmission de données.

Cela signifie aussi que vous pouvez subir des pertes de signal et des interférences. De plus, la fibre multimode utilise une DEL pour générer une impulsion lumineuse, et elle est moins chère que la fibre monomode.

Comment fonctionne le circuit à fibres ?

Le circuit à fibres fonctionne en déplaçant l'information en photons ou particules de lumière qui vibrent à travers un câble à fibres optiques.

Cela dit, il est vital de noter que le revêtement (cladding) et le cœur en verre de la fibre ont un indice de réfraction différent. Donc, le cœur et le revêtement courbent la lumière entrante à un angle particulier.

Ainsi, lorsque les signaux lumineux descendent la fibre optique, ils subissent une réflexion totale interne. La réflexion totale interne se produit lorsque les signaux lumineux se reflètent sur le cœur (la partie centrale du câble) et le revêtement (une couche de verre qui enveloppe la partie externe du cœur).

Et cela se produit généralement dans une séquence de rebonds en zigzag. De plus, la réflexion totale interne est l'une des choses qui assurent que la lumière reste dans le tube.

Mais les signaux ont tendance à voyager 30 % plus lentement que la vitesse de la lumière en raison des couches de verre plus denses. De plus, si vous voulez amplifier le signal tout au long de son parcours, utilisez des répéteurs à intervalles distants.

Pourquoi avez-vous besoin de répéteurs ? Ils aident à régénérer les signaux optiques. Et ils le font en convertissant le signal optique en signal électrique. Ensuite, le répéteur le traite et retransmet le signal électrique en optique.

Applications des circuits à fibres

La fibre optique fonctionne en transmettant des données codées dans un faisceau de modulateur de lumière, et elle est également utile pour la modulation de réseau. Ensuite, l'information descend dans un tube (plastique ou verre). L'idée derrière cette conception est apparue dans les années 1950.

Et l'idée était pour les efficacités de couplage, les endoscopes et les coupleurs à grating efficaces. De plus, elle a aidé les médecins à visualiser le corps humain en interne, en utilisant la photométrie multi-fibres, sans l'ouvrir chirurgicalement.

Donc, les ingénieurs ont aimé l'idée et ont utilisé la même technologie pour faire passer des appels téléphoniques à la vitesse de la lumière. Bientôt, la Commission fédérale des communications (FCC) a adopté la technologie. Cela dit, le câble à fibres optiques se compose de fibres optiques (fines brins de plastique ou de verre).

De plus, chacune des fibres est relativement fine et peut transporter plus de 25 000 appels téléphoniques. Donc, le câble entier peut transmettre plusieurs millions d'appels avec aisance. En résumé, les câbles à fibres optiques utilisent une technologie basée sur la lumière pour déplacer l'information entre deux endroits.

Conception du circuit à fibres optiques

Conception de circuit à fibres optiques

Source : Researchgate c/p Richard Cole

La conception du circuit a deux parties importantes que nous discuterons séparément : le circuit émetteur et le circuit récepteur.

Circuit émetteur à fibres optiques

Voici les composants dont vous avez besoin pour construire un circuit émetteur à fibres optiques à faible coût :

Batterie

• Boîtier
• Prise jack SK1 3,5 mm
• Circuit imprimé

Semi-conducteurs

• D1 (DEL)
• IC1 (NE555)
• IC2 (1458C)
• Tr1 (BC141)

Condensateurs

• C1 (220µF 10V électrolytique)
• C2 (390pF céramique)
• C3 (1µF 63V électrolytique)
• C4 (330pF céramique)
• C5 (4,7nF polyester)
• C6 (3,3nF polyester)
• C7 (470nF polyester)

Résistances (toutes 1/4 watt, 5%)

• R1 (47Ω)
• R2 (4,7kΩ)
• R3 (47kΩ)
• R4 (10kΩ)
• R5 (10kΩ)
• R6 (10kΩ)
• R7 (100kΩ)
• R8 (100kΩ)

Puisque votre IC1 est NE555, vous devriez vous attendre à une performance décente. De plus, vous pouvez contrôler la fréquence en connectant le signal d'entrée à la broche 5 de l'IC. Et la broche se connecte au diviseur de tension. Cela dit, vous devez configurer votre diviseur de tension pour générer les limites de commutation 2/3 V+ et 1/3 V+ pour le NE555.

De plus, il est vital d'augmenter ou de diminuer la limite supérieure. Ainsi, vous pouvez augmenter ou diminuer le temps que C2 met pour commuter entre les deux plages. Puisque le TR1 offre le courant de commande élevé qui illumine D1 (DEL) idéalement, vous devez le câbler comme un étage tampon suiveur d'émetteur.

De plus, en plus de l'IC1 avec un courant décent de 200 mA pour la D1, vous avez besoin d'un pilote contrôlé séparément pour votre DEL. Et cela vous aidera à obtenir votre courant de DEL préféré précisément et de manière fiable.

En outre, positionnez R1 pour fixer le courant de la DEL, qui est d'environ 40 mA. Pendant que vous y êtes, notez que la DEL ne peut fonctionner qu'avec 50 % (20 mA) de la valeur nominale réelle. Et cela se produit parce que la DEL s'allume/éteint à un taux de 50 %.

De plus, vous pouvez ajuster la valeur de R1 si nécessaire – pour augmenter ou diminuer le courant de sortie.

Circuit récepteur à fibres optiques

Les composants dont vous avez besoin pour le circuit récepteur et le filtre sont :

• Fil
• Connecteur D SK1 25 voies
• Circuit imprimé
• Boîtier

Semi-conducteurs

• TR1, TR2 BC549 (2 pièces)
• D1
• IC1 (4001BE)
• IC2 (1458C)
• IC3 (CA3140E)

Condensateurs

• C1 (100µF 10V électrolytique)
• C2 (2,2nF polyester)
• C3 (2,2nF polyester)
• C4 (390pF céramique)
• C5 (1µF 63V électrolytique)
• C6 (3,3nF polyester)
• C7 (4,7nF polyester)
• C8 (330pF céramique)
• C9 (3,3nF polyester)
• C10 (4,7nF polyester)

Résistances

• R1 (22kΩ)
• R2 (2,2MΩ)
• R3 (10kΩ)
• R4 (470Ω)
• R5 (1,2MΩ)
• R6 (4,7kΩ)
• R7 (22kΩ)
• R8 (47kΩ)
• R9 (47kΩ)
• R10 – R15 10kΩ (6 pièces)

Le récepteur à fibres optiques est au-dessus du filtre. Et c'est la sortie du récepteur qui se connecte à l'entrée du circuit de filtre.

La D1 crée la diode de détection. Et elle fonctionne en mode de polarisation inverse. Par conséquent, la résistance de fuite forme un effet LDR.

R1, d'autre part, se comporte comme une résistance de charge. De plus, C2 forme le lien entre deux points : étage de détection et amplificateur d'entrée. En conséquence, il y aura un réseau à deux étages couplés capacitivement. Et les deux emplacements fonctionneront simultanément en mode émetteur commun.

Il est possible de pousser le multivibrateur monostable – si vous fournissez une oscillation de tension d'entrée efficace à haute tension au semi-conducteur (TR2).

Et cela permettra un gain de tension global supérieur (>80dB). L'étage de filtre s'articule autour du 1458C (a/b). De plus, c'est un système de filtre de 18 dB par octave (ordre 2/3) avec des détails couramment utilisés dans les circuits émetteurs.

Avantages de la fibre optique

• Vous pouvez immerger la fibre optique dans l'eau
• Elle peut supporter des capacités de bande passante élevées
• Les câbles sont légers, fins et robustes
• Elle n'a pas besoin d'amplification de signal pour permettre à la lumière de voyager plus loin
• La fibre optique n'a pas besoin de maintenance ou de remplacement fréquent
• Moins sensible aux interférences électromagnétiques

Inconvénients de la fibre optique

• Elle est assez coûteuse
• L'installation est intensive en main-d'œuvre
• Les câbles sont fragiles
• Les fibres de verre ont besoin de plus de protection

Mot de la fin

Le circuit à fibres joue un rôle vital dans la fibre optique dans son ensemble. Et la plupart des gens préfèrent les câbles à fibres optiques aux câbles en cuivre. Et ce n'est pas surprenant compte tenu que le premier a des avantages comme une vitesse de transmission élevée, une bande passante, etc. De plus, ils fonctionnent parfaitement pour la mise en réseau de données à haute performance et les longues distances.

Que pensez-vous du circuit à fibres ? Avez-vous des questions ou des suggestions sur le sujet ? N'hésitez pas à nous contacter.