LWL Schnittstelle Halb-Duplex (nur ein LWL!)

[Georg P. (perthil)]

Hallo,

Ich bin schon seit laengerer Zeit auf der Suche nach einer Schnittstelle 
mit den folgenden Anforderungen:
- galvanisch getrennt
- 50kBaud und 30m
- sehr niedriger Stromverbrauch (10mA)
- moeglichst kleine Bauform
- wenige und guenstige Bauteile
- Betrieb an einer UART
- Halb-Duplex

Wegen dem niedrigen Stromverbrauch, und weil eine galvanische Trennung 
dafuer nicht gerade guenstig ist, war RS485 und CAN nicht geeignet.

Wegen der galvanischen Trennung dachte ich dann an Lichtleiter. Aber 
alles was ich dazu fand war zwar richtig schnell, aber in nicht 
realisierbaren preislichen Regionen und Baugroessen.

Dann habe ich im Web einen Artikel gefunden, wo eine Standard-LED als 
Lichtsensor benutzt wurde. Danach habe ich mir 50m POF-Lichtleiter 
gekauft und Versuche mit LEDs gemacht. Zuerst hatte ich wenig Erfolg, 
die LEDs waren als Sender zu schwach oder als Empfaenger zu 
unempfindlich. Aber dann habe ich doch eine LED gefunden die gut 
funktioniert, eine 3W 3535 mit 660nm. Die haben eine grosse Chipflaeche 
und sind somit empfindlich, aber sie haben auch so ca. 250pF. Aber da 
ich ja nur geringe Baudraten benoetige sollte das nicht so kritisch 
sein. Leider ist die Bauform ziemlich unguenstig um den Lichtleiter 
parallel zur Platine zu wegzufuehren, weil die LED dafuer senkrecht auf 
der Platine stehen muss. Ausserdem ist die LED von Cree sehr teuer, aber 
ich habe welche aus China gefunden die deutlich guenstiger sind. Die LED 
ist aber immer noch das teuerste Bauteil der Schaltung.

Ich habe dann einen USB-Stick mit einem AVRDU und dieser optischen 
Schnittstelle gemacht. Den Schaltplan mit der LED-Ansteuerung habe ich 
angehaengt. Ausserdem das Datenblatt des verwendeten OPs.

Die Ansteuerung erfolgt mit der USART im IRDA Betrieb. Die Impulslaenge 
des Senders ist auf 1us gestellt, die des Empfaengers auf 1.5us. Beim 
Senden werden so ca. 100mA durch die LED geschickt. Da die OPs keinen 
digitalen Impuls erzeugen wird dazu der interne Komparator im AVRDU 
benutzt, dessen Ausgang kann ueber die Event-Kanaele an den IRDA-Eingang 
gelegt werden.

Auf einem Foto sind 2 dieser Sticks zu sehen, die sozusagen Ping-Pong 
spielen. Der eine sendet einen Wert und der andere sendet ihn so schnell 
wie moeglich zurueck. Das laeuft jetzt zuverlaessig mit 125kBaud und ca. 
48m LWL (die restlichen 2m sind um kurze Leitungen zu testen).

Auf dem Oszilloskopbild sieht man die Ausgaenge der beiden OPs einer 
Platine. Der des TIAs ist gelb und der des invertierenden Verstaerkers 
ist rot. Man sieht auch, dass der TIA uebersteuert wird sobald etwas 
gesendet wird. Da die Erholzeit des OPs bei 300ns liegt sollte das kein 
Problem sein. Da der TIA-Ausgang beim Empfangen sehr kleine Ausschlaege 
hat, sieht man die hier nicht.

Aber man sieht auch, dass der Ausgang des invertierenden Verstaerkers 
nach einem Sendeimpuls eine Pause einlegt und dann eher langsam 
ansteigt. Da die Vergleichspannung fuer den Komparator nur wenig 
unterhalb der Spannung am positiven Eingang des TIAs liegt heisst das, 
dass die Antwort immer erst kommen darf, nachdem der TIA-Ausgang ueber 
der Referenzspannung des Komparators liegt, was hier nach ca. 125us der 
Fall ist.

Der OP hat 25MHz und 8V/us. Selbst bei der Verstaerkung von 51 sollte er 
schneller sein, sonst wuerden wohl die 1us Impulse nicht durch kommen 
(auch wenn sie im Empfaenger etwas laenger sind).

Fuer mich waere das schnell genug, aber interessehalber habe ich dazu 
eine Frage an die Analogexperten:

Was genau ist die Ursache fuer diesen langsamen Anstieg und kann man den 
irgendwie schneller machen?

VG