Sistema Telemàtic i Multimèdia en Fibra Òptica per …deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/227pub.pdf · als tallers oficials del concecionaris, poden seguir l’estat general

Sistema Telemàtic i Multimèdia en Fibra Òptica perl'Automòbil

AUTOR: Luís Miguel Muñoz GarcíaDIRECTOR: Lluís F. Marsal Garví

DATA: Setembre / 2002

SISTEMA TELEMÀTIC I MULTIMÈDIA EN FIBRA ÒPTICA PER L’AUTOMÒBIL

Luis Miguel Muñoz Pàg 1

ÍNDEX GENERAL.

ÍNDEX GENERAL Pàg 1

ÍNDEX ESPECÍFIC Pàg 2

AGRAÏMENTS Pàg 4

CONVENIS DEL DOCUMENT Pàg 5

0.- INTRODUCCIÓ Pàg 6

1.- ESCENARI ACTUAL I TECNOLOGIA A L’AUTOMÓBIL Pàg 9

2.- FUNCIONS I ARQUITECTURES Pàg 23

3.- SISTEMA COMPATIBLE MOST Pàg 39

4.- DISSENY DEL SISTEMA GLOBAL Pàg 54

5.- CONNEXIONAT EN FIBRA ÒPTICA Pàg 101

6.- TESTS DE LABORATORI Pàg 132

7.- CONCLUSIONS Pàg 157

8.- BIBLIOGRAFIA Pàg 158

ANNEXE 1: ESPECIFICACIONS I NORMATIVES

ANNEXE 2: CÀLCUL DEL PES DEL CABLEJAT



ÍNDEX ESPECÍFIC.

ÍNDEX GENERAL Pàg 1

ÍNDEX ESPECÍFIC Pàg 2

AGRAÏMENTS Pàg 4

CONVENIS DEL DOCUMENT Pàg 5

0.- INTRODUCCIÓ Pàg 6

0.1- Qué és un sistema telemàtic i multimèdia? Pàg 6

1.- ESCENARI ACTUAL I TECNOLOGIA A L’AUTOMÓBIL Pàg 9

1.1.- Problemàtica associada al fil de coure Pàg 11

1.2.- Problemàtica associada a la fibra òptica Pàg 14

1.3.- Conclusió Pàg 14

1.4.- Tecnologies i protocols Pàg 15

2.- FUNCIONS I ARQUITECTURES Pàg 23

2.1.- Introducció Pàg 23

2.2.- Assumpcions generals Pàg 23

2.3.- Gama baixa Pàg 24

2.4.- Gama mitja Pàg 26

2.5.- Gama alta Pàg 27

2.6.- Escalabilitat i flexibilitat Pàg 28

2.7.- Resum de les especificacions Pàg 38

3.- SISTEMA COMPATIBLE MOST Pàg 39

3.1.- Cooperació MOST Pàg 39

3.2.- Evolució de la tecnologia MOST Pàg 40

3.3.- Arquitectura MOST Pàg 41

3.4.- Tipus de dades Pàg 47

3.5.- Topologia i cablejat físisc Pàg 48

3.6.- Aspectes a tenir en conta al disseny del sistema Pàg 52



4.- DISSENY DEL SISTEMA GLOBAL Pàg 54


4.2.- Sistema telemàtic i multimèdia en un vehicle de

gama baixa Pàg 65


gama mitja Pàg 72


gama alta Pàg 81

4.5.- Estudi comparatiu del pes del sistema Pàg 91

4.6.- Estudi comparatiu del cost del sistema Pàg 99

5.- CONNEXIONAT EN FIBRA ÒPTICA Pàg 101


5.2.- Generalitats del disseny d’un connector per FO Pàg 102

5.3.- Disseny d’un connector per fibra òptica Pàg 110

5.4.- Disseny d’un connector híbrid Pàg 118

5.5.- Connector SMART Pàg 123

6.- TESTS DE LABORATORI Pàg 132


6.2.- Tests de laboratori per connectors de FO Pàg 134

6.3.- Tests de laboratori per la fibra òptica Pàg 146

7.- CONCLUSIONS Pàg 157

8.- BIBLIOGRAFIA Pàg 158



AGRAÏMENTS.

Agraeixo a totes aquelles persones que em van donar la oportunitat i que han fet

posible la ralització d’aquest projecte final de carrera. La seva paciència amb mi i el seu

inestimable ajut han fet d’aquest treball un èxit personal. Crec que la millor manera de

demostrar el meu agraïment i de que en quedi constància, és fer que els seus noms

apareguin en aquest document.

Les persones a les que em refereixo són, el meu director de projecte Lluís

Marsal, i el meu company de feina Jordi Torres, ambdos m’han proporcionat la

informació necessària que ha fet possible aquest projecte, la meva familia que han

aguantat totes les hores que havia de dedicar-li lal treball i els meus amics que m´han

donat suport durant tot aquest temps. A tots ells moltes gràcies de tot cor.



CONVENIS DEL DOCUMENT.

Els següents convenis són els que s’han de tenir en conta duan es llegeixi aquest

document.

Lletra normal Explicacions normals sense cap comentari.

Lletra cursiva Paraules adaptades de l’anglés o directament en

aquest idioma.



0.- INTRODUCCIÓ.

Desde temps enrere, els vehicles han sofert un gran canvi. No en la mecànica, i

molt menys al concepte, sino per la ,cada vegada més present a les nostres vides,

electrònica.

És veritat que tota la mecànica dels vehicles ha canviat, o ha millorat. Els motors

cada vegada són més potents, tant els de gasolina con els dièsel, la relació consum-

potència ha millorat molt i són cada vegada més respectuosos amb el medi ambient.

Però l’autèntica revolució al mon de l’automoció ha sigut l’electrònica. Si fem

una restrospectiva, podem veure com primer va apareixer l’electrònica de potència dins

dels cotxes, després va venir l’electrònica de control i seguretat i per últim l’electrònica

multimèdia i d’entreteniment.

L’electrònica de potència seria tota la part d’alimentació de motors per accionar

elements, com els motors dels aixecavidres, netejavidres..., caixes pasives on només

trobem fusibles i relés, etc.

L’electrònica de control, és tota aquella electrònica, tant de seguretat com de

control d’elements actius. Exemples d’electrònica de control tenim als mòduls d’ABS,

control d’estabilitat, control d’injecció...

Però dintre de l’electrònica de l’automòbil, el que resulta atractiu, és tot l’entorn

multimèdia i d’entreteniment, que cada cop més s’està imposant al món de l’automòbil.

0.1.- Qué és un sistema telemàtic i multimèdia?

Començarem explicant el que és un sistema telemàtic, ja que a priori, és menys

conegut que un sistema multimèdia, que simplement és incloure funcions que ja tenim a

casa, al nostre cotxe.

Un sistema telemàtic és un conjunt de prestacions basades en la telecomunicació.

Un sistema telemàtic destinat a l’automoció inclou les següents característiques:



0.1.1.- Telefonia mòbil.

La raó principal que la majoria de conductors donen a l’hora de comprar-se un

telèfon mòvil, és la seguretat de poder contactar amb els sistemes d’emergència quan

tenen alguna avaria al cotxe o han sofert un accident (grua, ambulància...).

Els fabricants d’automòbils s’han donat conta d’aquesta necessiat i és per això

que cada dia més s’està integrant la telefonia mòbil al sistema d’alta fidelitat dels

vehicles, fent que el propi radiocaset del cotxe, a més d’oferir les prestacions a les que

estem acostumats, també incorpora un sistema de telefonia.

Anant un pas endavant, aprofitant aquest sistema de telefonia integrada, s’obren

nous camins i noves possibilitats, com pot ser la seva utilització amb objectius

comercials i d’informació (e-mail, web).

0.1.2.- Sistema de navegació per satel.lit (GPS).

Actualment, potser, és el sistema telemàtic més extès i conegut. Es tracta del

control de la posició del vehicle mitjançant satel.lits. Serveix per guiar al conductor

pe’ls llocs on ha de passar fins arribar al punt final, per informar de l’estat del transit i

buscar vies alternatives.

0.1.3.- Notificació automàtica de col.lisió (ACN).

En cas de col.lisió amb el vehicle, aquest sistema integrat al de navegació per

satel.lit, infoma, automàticament. a totes les autoritats (ambulància, policia...) de la

situació exacta del cotxe i els guia fins al lloc de l’accident.

0.1.4.- Seguiment de vehicles robats.

Aprofitant el mateix sistema de navegació per satel.lit, també es poden seguir els

cotxes que hagin sigut robats, ajudant a la policia a trobar la localització exacta del

vehicle robat.



0.1.5.- Diagnòstic remot.

Potser és el sistema que més crida l’atenció dintre dels que són controlats per

satèl.lit. Gràcies a aquest control de navegació per satèl.lit, ordinadors centrals situats

als tallers oficials del concecionaris, poden seguir l’estat general del cotxe, avisant en

cas d’anomalies de funcionament d’alguna part del vehicle i que poden donar lloc a una

avaria.

Un sistema multimèdia és el que anomenen d’entreteniment. Inclou sistemes

complexes d’audio (carregadors de CD, sistemes d’amplificador i altaveus), sistemes de

video amb pantalles on es poden visionar DVD’s i internet. Simplement és incloure

sistemes que actualment utilitzem a casa, al cotxe.

Com a conclusió d’aquest repás al que és un sistema telemàtic i multimèdia

podríem dir que cada vegada més passem més estona dintre dels cotxes, ja sigui per anar

a la feina o per anar de vacances, i és per això que cada vegada més s’inclouen

prestacions que pretenen fer passar aquesta estona el més agradable, còmoda i segura

possible.



1.- ESCENARI ACTUAL I TECNOLOGIES A L’AUTOMÒBIL.

Fa pocs anys l’equipament d’entreteniment que portava un vehicle ara tan simple

com, dos o quatre altaveus, un radio/cassette, una alarma i com a molt un ordinador

d’abord que donava informació d’uns quants paràmetres, més que no pas controlar

(figura 1-1).

Figura 1-1.- Parifèrics electrònis tradicionals.

Però si fem ara una mirada ràpida al nostre voltant i ens fixem als aparells

electrònics que tenim, veurem com han canviat:

Discos de vinil ⇒ Compact disks

Cintes VHS ⇒ DVD

Telèfons mòbils analògics ⇒ Telèfons mòbils digitals a 900 i 1800 MHz, GSM

i cada dia estan canviant, cada dia trobem nous productes més complexos però que,

alhora donen qualitat de vida.

El mateix ha passat als cotxes. El nombre de perifèrics està augmentant

ràpidament i és fàcil trobar avui en dia, un cotxe que equipi sis o vuit altaveus, un

sistema complex d’amplificador, equip d’alta fidelitat amb carregador per CD’s, sistema

de navegació GPS, i molts altres perifèrics.



A la figura 1-2 podem trobar una configuració de vehicle actual, ja que els

perifèrics que avui tenim als nostres cotxes s’aproximen amb fidelitat al de la figura.

Figura 1-2.- Perifèrics electrònics actuals.

No és difícil pensar que si cada vegada la component electrònica a l’automòbil

està augmentant de manera tan considerable, ha d’haver un canvi en algun component

més, no pot ser que el canvi sigui només als perifèrics electrònics. Aquest canvi ve

donat al tot el cablejat clàssic dels cotxes.

Fins ara tota la component electrònica dels vehicles teníem com a medi de

transmissió el fil de coure. Pero quan hem d’implementar aquests sistemes amb el

tradicional cable de coure, ens trobem amb problemes.

Degut a les ceracterístiques del sistemes telemàtics i d’entreteniment, velocitat

de transmissió, qualitat de dades..., es fa molt difícil implementar un sistema com aquest

amb fil de coure ja que no proporciona els requeriments necessaris, encara que s’han

implementat sistemes buscant diverses topologies amb fil de coure, parells trenats

(UTP), cable coaxial, etc, però el sistema es veu molt afectat econòmicament per que

funcioni d’una manera correcta. Actualment, en vehicles de molt alta gama, troben una

primera intenció d’integració de sistemes multimèdia, i encara que n’hi ha que utilitzen

cable de coure, veurem quins són els problemes que presenta, i quina serà l’alternativa

cap a la que està derivant.



1.1.- Problemàtica associada al fil de coure.

Els principals problemes que té el coure per implementar aquest tipus de

sistemes són:

a.- Volum i velocitat d’informació.

b.- Pes.

c.- Interferències electromagnètiques.

d.- Derives térmiques.

e.- Possibilitat d’ampliació del sistema.

1.1.1.- Volum i velocitat d’informació.

Una de les característiques principals dels sistemes telemàtics i d’entreteniment,

és la qualitat, de les dades als telemàtics i tant de so com d’imatge als d’entreteniment.

Per obtenir aquesta qualitat, el volum d’informació que ha de passar a través del medi,

ha de ser gran i a una velocitat també elevada.

El cable de coure (parell) té un ampla de banda limitat, i en molts casos, ens

trobarem que no té suficient ampla de banda per transmetre la informació necessària.

Una manera d’augmentar aquest ampla de banda és utilitzar cable coaxial per

aquelles aplicacions en que l’ampla de banda sigui més gran i les propietats de la senyal

no s’hagin de veure modificades per interferències exteriors. Però una de les

desaventetges que té el cable coaxial, és que incrementa considerablement el pes del

metre de cable, degut a les característiques de construcció.

Una altra solució seria utilitzar cable de fibra òptica que reduiríem el pes i

augmentaríem an ampla de banda.

A la gràfica que es pot veure a la següent pàgina (figura 1-3) hi ha una

comparativa entre el parell de coure, el cable coaxial i la fibra òptica de l’atenuació (en

dB per km) en funció de la freqüència. Es pot veure com el parell trenat de coure (UTP)

té una ateruació, que tendeix a l’infinit, al voltant de d’ 1 MHz.

El cable coaxial (que el podríem aplicar en video) arriba fins al GHz i a partir

d’aquí l’atenuació es fa també infinita.



El medi físic que ofereix una atenuació més petita a una freqüència elevada és,

sens dubte, la fibra òptica.

Figura 1-3.- Atenuació en funció de la freqüència.

1.1.2.- Pes.

El pes en un vehicle és molt important. Aquesta magnitud va relacionada

directament amb el consun de combustible del cotxe, i més indirectament amb altres

sistemes, com poden ser el sistema d’amortiguació, el sistema de frenada, a l’espai

habitacle per les persones, etc...

Sens dubte, la única solució que podem trobar per reduir el pes al vehicle, és

utilitza fibra òptica, ja que, com em dir abans, el cable coaxial, que podria ser l’altra

alternativa, l’augmenta.

En capítols posteriors es veurà un estudi de l’impacte que tindria al pes del

vehicle, treure el coure y sustituir-lo per fibra òptica, segons les prestacions que porti el

cotxe. De forma general el metre de fil del parell de coure té un pes que supera en un

45% al de fibra òptica.

Si a més tenim en conta que per algunes aplicacions, el parell de coure no ens

donaria les sufucients prestacions, i que hauríem d’utilitzar cable coaxial, el pes pot

arribar a ser un 55% més gran que el de la fibra òptica.



1.1.3.- Interferències electromagnètiques i interferències creuades (crosstalk).

Un tercer problema, que presenta el fil de coure per implementar aquests

sistemes, és la susceptibilitat que té el fil de coure a captar les interferències

electromagnètiques. Qualsevol fil de coure és com una antena, i per tant, emet i capta

les ones electromagnètiques produïdes per canvis de nivell als components electrònics,

controladors dels motors, relés. Degut a aquestes interferències, a l’electrònica s’haurà

de posar filtres de freqüència, per que no ens afecti a la resta del circuit, el que implicarà

un major espai a la placa de circuit imprés, un major cost i més pes.

Una manera d’evitar aquesta susceptibilitat del coure es substituir-lo per cable

coaxial, pero com em dit abans, queda molt agravat el pes del vehicle. Per tant una

vegada més serà la fibra òptica la més indicada per evitar aquests efectes.

1.1.4.- Derives tèrmiques.

Una altra problemàtica del fil de coure són les derives tèrmiques. La variació de

la resistència en funció de la temperatura és molt important, ja que això modifica les

caigudes de tensió,que si s’incrementen, pot ser que les senyals no arribin als

controladors o als perifèrics en bones condicions per ser tractades.

1.1.5.- Possibilitat d’ampliació del sistema.

A priori semble molt més fàcil fer una ampliació del sistema utilitzant cable de

coure, però si ho pensem amb profunditat, trobarem molts problemes.

Pensem per exemple que volem ampliar l’equipament del nostre cotxe amb un

carregador de CD’s. Si el posem al maleter del cotxe, hem de portar cables fins a la part

de davant on tenim l’equip d’àudio. Però a més, per tenir una bona qualitat de so,

haurem de posar més altaveus, el que implica més cable de coure que haurem de portar

fins allà on volguem els altaveus.

Amb tot el cable de coure que em posat, el pes del cotxe ha augmentat, el perill

d’interferències electromagnètiques també i la possibilitat d’acoplament també.



Per tots aquest problemes que implica construir un sistema complex

d’entreteniment al vehicle, diversos fabricants d’automòbil estan liderant la investigació

per tal de canviar els vells cablejats de coure per cablejats de fibra òptica.

La fibra òptica corretgeix tots el problemes que té el fil de coure per ser medi de

transmissió en aquests sistemes multimèdia i telemàtics. Per exemple el pes de la fibra

és considerablement menor al del coure, la possibilitat de ser afectada per interferències

electromagnètiques és nula, el volum d’informació que pot transmetre és molt més

elevat, etc.

1.2.- Problemàtica associada a la fibra òptica.

Però no tot són ventatges amb la fibra òptica, també tenim incovenients. Els

incovenients venen derivats bàsicament de la fragilitat de la pròpia fibra. Per exemple la

fibra òptica té un radi màxim de curvatura, el que implica que el rutejats del cablejat

dintre del vehicle, serà complicat i haurà de complir amb aquests radis. Per minimitzar

la criticitat del radi de curvatura la fibra que es posarà serà de plàstic (té un radi de

curvatura menor), però per contra té una atenuació més gran.

Un altre incovenient són les microcurvatures, que són les forces larerals al llarg

de la fibra. El fenòmen pot ser provocat per esforços al procès de manufactura o

instal.lació (algun operari trepitja el cable de fibra, o queda aplastat entre dos parts del

vehicle...).

A més el procés de manipulació i connexió de la fibra òptica és molt delicat,

doncs s’ha d’evitar totalment que la fibra s’embruti, quedi deformada o aprisionada, ja

que provocaria grans pèrdues i atenuacions.

1.3.- Conclusió.

Tots aquests inconvenients, que té la fibra òptica, es poden minimitzar tornant a

educar a les persones que estan involucrades en el procesos de manipulació i instal.lació

de la fibra als rutejats, fent que prenguin consciència de que ja no estan treballant amb

cablejat de coure, sino que són de fibra òptica i la seva manipulació ha de ser diferent.



Degut a que les avantatges superen als inconvenients, cada dia més els fabricants

de cotxes estan implementant el cablejat en fibra òptica dintre dels seus productes, si a

més a més tenim en conta que les propietats per transmetre dades són molt millor a la

fibra òptica que al coure, queda totalment justificada, de manera tècnica, la substitució

del cable de coure per la fibra.

1.4.- Tecnologies i protocols.

Derivat de la investigació que han dut a terme molts fabricants d’automòbils per

tal de sustituir els cablejats de coure per xarxes fibra òptica, han vist la llum diverses

tecnologies i protocols, del quals en veurem tres amb una mica més de profunditat.

1.4.1.- D2B – Digital Data Bus.

La xarxa de comunicació òptica D2B és el resultat del desembolupament d’un

programa que va iniciar Daimler-Benz al voltant dels noranta. El principal objectiu era

la realització d’una xarxa de comunicació i informació que interconnectès diversos

aparells distribuits (carregador de CDs, unitat control de velocitat i telefonia) amb una

Figura 1-4.- Topologia de la xarxa D2B.



unitat de control, que actua com a màster. Aquesta unitat de control inclou aplicacions

com MMI, ràdio i navagació per satel.lit. La xarxa, construida en fibra òptica, té les

particularitats d’habilitar funcionalitats complexes i minimitzar els problemes d’EMI’s,

disminuir el pes i el cost dels cablejats i conseguir una bona qualitat de les dades

(Figura 1-4).

La xarxa òptica D2B està composta per un bus sincron en estructura d’anell en la

que, és suficient connectar dos aparells l’ anell. Les dades de control i les dades font,

són trasmeses multiplexades en el temps en una sola direcció. El rang de dades

trasmeses és de 5.6 Mbit/s.

1.4.1-1.- Components del D2B (Capa física).

Cada aparell D2B està compost per un chip transceiver que fa de capa física.

Com una definició simple del que sera la capa física, podriem dir que és el conjunt de

tots els components actius i pasius entre la xarxa i el chip transceiver de tots els

aparells. Aquesta capa física la dividirem en dos grups.

HEADER ÒPTIC. Situat a cada aparell interconnectat a la xarxa. Consisteix en

un transmitter d’intefase digital (paràmetres típics sota condicions normals: Pic

d’excurció d’ona a 660 nm, potència a la fibra –13 dBm com a mínim), Un receiver

(potència mínima rebuda típicament a –27 dBm) i un allotjament metàl.lic per allotjar-

los (al transmitter i receiver). El header òptic està soldat a la placa de circuit imprès

aprop de l’entrada de l’aparell.

CABLE ÒPTIC. Per interconnectar tots els aparells dintre del cotxe. Es tracta

d’un cable de fibra òptica (PMMA amb core d’1.0 mm PA, jacket 2.2 mm,

0.46<NA<0.5, atenuació a 660 nm <0.2 dB/m). L’insert, el qual acaba la POF

(policarbonat amb un acabat de gran qualitat final) i un index matching gel per

disminuir les pèrdues per insersió. El gel es col.loca entre la cara final de l’insert i la

POF tallada i té un índex de refracció similar al PMMA. A més sútilitzen dos

connectors (a 90º i 180º) per mantenir els inserts, i un in-line per connectar fibra-fibra



1.4.1-2.- Model software D2B.

En la figura 1-5 podem veure la estructura que segueix el protocol D2B,

comparant-la amb el protocol de cominucació OSI.

Es veu clarament la simplificació soferta al model òptic. Això respon al fet que

la comunicació entre els aparells dintre d’un vehicle (sobre tot els aparells relacionats

amb la seguretat), ha de tenir una bona fiabilitat en la correcció de les dades, i per tant

com menys capes hi hagi, menys possibilitat d’error hi haurà.

Figura 1-5.-Comparació entre el model OSI i l’òptic D2B.

1.4.2.- Byteflight.

Aquest protocol, pensat per ser implementat a sistemes de seguretat dintre del

vehicle, el van desenvolupar conjuntament BMW, Motorola, Infineon i Tyco

Un sistema de bus de dades que s’utilitzi en una àrea relacionada amb la

seguretat ha de complir requeriments, referents a la transmisió, molt durs, i ha de tenir

una fiabilitat i una inmunitat a les interferències, molt elevades.

Per fer aixó possible, el protocol de dades ha de ser tolerant a fallades i

determinístic i ha de tenir una excelent integritat de dades.

Un altre prerrequisit fonamental, és que el temps desenvolupament, i ampliació o

actualització d’aquest sistema, estigui d’acord amb l’escenari que actualment hi ha als

nous desenvolupament dels cotxes (ràpida reacció als nous requeriments de mercat...).



Fins ara els busos de dades utilitzats als vehicles eren de dos tipus. Controlats

per events (asíncrons, com per exemple el bus CAN). Aquests només transmeten dades

quan l’aparell demana permís i li és donat. Aquest tipus de control és impensable en

sistemes crítics de seguretat (ABS airbag...), però té l’avantatge que utilitza un ample de

banda flexible per cada node.

Un altre mode de bus és el controlat per temps (síncron, com per exemple el

TTP) on cada node té una finestra de temps definida en la que ha de transmetre les

dades. Aquests busos tenen l’incovenient que tots els nodes tenen un temps determinat

per transmetre i van un rere l’altre, a més la inclosió de nous nodes implica la

reconfiguració del sistema. Per contra és un bon sistema determinístic.

El protocol byteflight uneix les aventatges dels sistemes síncrons i dels

asíncrons. Garanteix unes latències deterministes per un nombre específic de missatges

de prioritat elevada, i utilitza un ample de banda flexible per missatges de baixa

prioritat. A més, per aplicacions especials, es pot configurar el software per tal que el

sistema es comporti totalment síncron o totalment asíncron. Amb aquesta característica,

el protocol permet l’expansió amb nou nodes i la variació de diferents equipaments i

funcions.

La transmisió dintre del sistema es fa a 10 Mbps.

1.4.2-1.- Capa física.

El medi físic de transmisió de dades (bus) és de fibra òptica de plàstic (POF), i

implementa una topologia en estel. Gràcies a aquesta topologia, si un dels components

fallés, la resta de components continuarien funcionant dintre del sistema (aixó és molt

importat, sobretot els relacionats amb la seguretat, que el seu funcionament és vital).

Els nodes individuals (connectables fins a 22 nodes) estan connectats entre ells

per cables de fibra òptica i un acoplador actiu. Les línies de fibra òptica tenen un

funcionament bidireccional utilitzant una transmisió half-duplex. Per tal de connectar

cada node a la fibra, hi ha un mòdul òptic que anomenem transceiver (ELMOS) situat a

l’acoplador òptic.



Aquest mòdul transceiver (figura 1-6) conté tant el chip transceiver com els

diodes receptors i transmisors amb el circuit driver pel LED i un amplificador receptor-

amb detecció de pic. Per transformar la fotocorrent a nivells digitals. També té

integrades diverses funcions lògiques (per exemple control d’emisió contínua i la

detecció de sincronització de pulsos). També hi ha integrat sistemes de diagnòstic òptic

per monitoritzar la qualitat de la transmisiò òptica.

Figura 1-6.- Transceiver òptic.

1.4.2-2.- Capa software.

Als sistemes determinístics de control en llaç tancat i relacionats amb la

seguretat és molt important un rellotge de sincronització per a tots els nodes.

El protocol de bus byteflight té un temps base de 100ns. Amb aquesta senyal es

sincronitzen el hardware i el software a tots els nodes de la xarxa. En la figura 1-7 es pot

veure com el pols SYNC, s’utilitza per iniciar les rutines de software sincronitzades

(que tenen més prioritats), mentre que les rutines asíncrones (menys prioritat)

s’ecxecuten al temps de cicle restant. A la porció de temps síncron no es permenten

interrupcions, només estan permeses a la parts asíncrona.

Per suportar el processament de les dades de les rutines d’alta prioritat, d’una manera

ràpida, els missatges d’elevada prioritat es reben a uns buffers dedicats, mentre que les

de baixa prioritat es reben de manera FIFO. Els buffers dedicats a la recepció, sempre



tenen la dada més actualitada i un bit del registre de control indica l’arribada d’un nou

missatge.

Figura 1-7.- Estructura del software.

Quan un missatge no es trasmet (per exemple quan un node falla), només

passarà un periode de temps igual a un slot, fins que es transmet el següent missatge.

Gràcies al comportament determinístic del sistema per missatges d’alta prioritat

(que es transmeten a cada cicle), el jitter (espai de temps sense comunicació que ha

provocat una fallada) receptor provocat per la fallada del missatge, és insignificant.

El comportament de nivell de comunicació sense cicles de comunicació és

independent del comportament del temps de l’aplicació software.

1.4.3.- MOST.

La tecnologia MOST va ser desembolupada originalment per aplicacions

multimèdia a l’automòbil, on per implementar una xarxa d’aquestes característiques, ha

de ser capaç de suportar condicions extremes i a més ha de tenir un cost baix.

La tecnologia MOST és la succesora de la xarxa òptica D2B, que també em vist

en aquest apartat, i que ja satisfeia els requeriements bàsics multimèdia per l’entorn de

l’automòbil. Tant el D2B com el MOST estan ideats per, des dels seus inicis, estalviar



el cost dels cablejats que els fabricants d’autolmòbils han de pagar per posar aplicacions

multimèdia als vehicles.

La tecnologia MOST està basada en una xarxa de comunicacions síncrona ideal

per aplicacions en temps real com per exemple sistemes d’audio de gran qualitat, so

envolvent i video d’alta qualitat.

MOST suporta dos sistemes bàsics d’arquitectura. El primer és la unió punt a

punt d’una sola direcció, que només requereix un emisor a una banda i un receptor a

l’altra. Aquesta arquitectura és extremadament efectiva per realitzar connexions

síncrones, com per exemple la connexió entre l’aparell d’audio digital i els altaveus, o

un video digital i el monitor.

El segon sistema és una xarxa amb topologia en anell. Aquesta arquitectura pot

tenir des de dos nodes, suficients per fer un anell, fins a 64 nodes. A partir de les dos

topologies principals es poden fer variacions amb la combinació de les dos, com per

exemple fer sortir branques a una arquitectura en anell, de manera que tindríem una

connexió punt a punt, o fer una arquitectura d’estel d’anells, o una doble estructura

d’anell, per sistemes que requereixen una gran fiabilitat.

Una xarxa amb tecnologia MOST, encara que estigui optimitzada per funcionar

de manera síncrona, també es poden fer transferència de dades de manera asíncrona.

1.4.3-1.- Capa física.

En la tecnologia MOST la capa física serà fibra òptica de plàstic (POF), encara

que també pot ser de cable de coure UTP o coaxial, però em de dir que MOST està

pensat i optimitzat per funcionar amb fibra òptica.

Els cables de fibra òptica són els estàndar utilitzats a aplicacions d’audio d’1 mm

de diàmetre i els podem trobar al mercat fabricats per Mitsubushi, Toshiba, Torray i

altres. Aquesta POF permet una distància internodal de 100 m (degut a les propietats

intrínsiques de la fibra que proboquen pèrdues).

La tecnologia MOST especifica un màxim 20 dBm de pèrdues per unions

òptiques, assegurant una comunicació a 24 Mbits/s en 100 m amb diversos connectors.



Hi ha molts fabricants de connectors que actualment estan preconitzant

connectors totalment compatibles amb MOST (AMP, Framatome...). Els LED’s i el

receptor estan també optimitzats per MOST.

Tots els aparells elèctrics han de tenir un convertidor AD/DA per audio i el

transceiver òptic anirà integrat a un mòdul que es connectarà directament a l’aparell. Hi

ha aparells com altaveus i monitors que ja estan preparats per connectar directament els

connectors de fibra òptica.



2.- FUNCIONS I ARQUITECTURES.

2.1.- Introducció.

Habitualment quan anem a comprar un cotxe, escollim la marca i el model que

més ens agrada, o el que s’adapta millor al nostre pressupost, i dintre d’aquesta marca i

model de cotxe, podem escollir entre diferents games amb uns equipaments i unes

prestacions que van augmentant amb el preu del vehicle.

Dintre del model, diferenciarem entre tres games diferents: gama baixa, gama

mitja i gama alta. Les diferents games aniran equipades amb prestacions diferents (i

obviament tindran, al mercat, preus diferents).

L’equipament a cada una de les games anirà composat per unes prestacions de

sèrie - pròpia de la categoria vehicle -, i un equipament opcional. Amb aquest

equipament opcional es vol cobrir un ventall de possibilitats de combinacions que

s’hauran de tenir en conta més endevant, quan es dissenyi tot el sistema.

2.2.- Assumpcions generals.

Per les característiques del sistema, tots els components del sistema seran

electrònics (GPS, telefonia, Hi-Fi...), cada part la dividirem en mòduls, per fer-ho més

escalable i flexible. Així, per exemple, tindrem un mòdul de radiocassette, un mòdul de

telefonia, etc..

Per començar a fer el disseny de tot el sistema, necessitarem saber diverses

coses, com per exemple:

- El model de cotxe (necessari a l’hora d’implementar el cablejat, les longituts

de cables,etc..).

- La previsiò de volum de producció anual (per fer un càcul de la quantitat

d’elements que seran necessaris), total i dividida per games.

- On es situaran els moduls, per saber per on han de passar els cables quines

formes tindran...



- Quins són els cablejats. Els cablejats són conjunts de cables que porten

senyal i potència a parts determinaldes del vehicle (llums, mòduls

electrònics, motors...). Aquests cablejats pasen per determinats llocs del

vehicle guardant sempre un ordre per mo trobar-se amb diferents cables

arreu del cotxe i tenir-los sempre conjuntats a una zona. Els cablejats,

normalment, tenen un nom per identificar-los, que usualment correspont a la

zona del vehicle on estan ubicats (Driving serà la zona frontal del cotxe,

Rear la part de darrera,...)

Això ens servirà per calcular la longitud de cable que anirà, els metres per cotxe,

si hem d’utilitzar elements auxiliars (connectors, canals…), etc, i fer una previsió del

const que suposa el cablejat al cotxe.

El vehicle sobre el que farem el disseny del sistema serà un VOLVO XC90, amb

un volum de producció anual de 340.000 cotxes repartits en totes les games.

Per games de vehicles tindrem la següen divisió:

- Gama baixa.

- Gama mitja.

- Gama alta.

2.3.- Gama baixa.

El volum de producció per un vehicle, d’aquesta marca, de gama baixa, s’ha

estimat en 71.000 cotxes per any.

L’equipament que portarà de sèrie serà un radiocassette o radio cd i un mòdul de

control de fums (ORBCOM – només pels vehicles d’Estats Units).

L’equipament opcional serà un mòdul de telefonia i un carregador de CD’s.

La situació al vehicle del components, tant els de sèrie com els opcionals, serà la

següent (Figura 2-1):

- El radiocassette o radio CD, estarà situat a la consola central entre al

conductor i l’acompanyant.



- El mòdul de control de fums, que només es muntarà al vehicles amb

destinació al mercat estadounidenc, anirà muntat a la part davantera,

sota de l’acompanyant.

- El mòdul de telefonia es situarà al sostre del vehicle, conjuntament

amb l’antena, mentres que el micròfon estarà situat a la consola

central anirà controlat, al igual que els altaveus, per la ràdio.

- Per últim el carregador de CD’s estaria a la part de darrera, situat al

maleter.

Figura 2-1.- Situació dels components a un vehicle de gama baixa.

Derivat de la situació real dels elements al vehicle, aprofitarem cablejats

convencionals actuals per insertar els nous mòduls.

Aprofitar aquest rutejat implicarà un estalvi econòmic, ja que utilitzarem la

mateixa estructura per on pasen els cables actuals, canals, clips de subjecció… Així

doncs, com es veu a la figura pel radiocassete i el mòdul de telefonia, el cable de fibra

òptica anirà conjuntament amb el cablejat anomenat Driving1 mentres que el mòdul

carregador de CD’s degut a que la seva situació és a la part darrere del vehicle,

aprofitará el cablejat anomenat Rear2.

1 Conjunt de cables situats a la part davantera del vehicle i que comunica elements o móduls situatsigualment en aquesta part,2 Conjunt de cables situats a la part de radera del vehicle i que comunica elements o móduls situatsigualment en aquesta part



2.4.- Gama mitja.Per la gama mitja tindrem un volum de producció anual estimada de 128.000

cotxes. L’equipament de sèrie que inclourà el radiocassette o radioCD amb càrrega per a

quatre discs compactes, el mòdul de telefonia, un amplificador i un mòdul de control de

fums (ORBCOM – només pels vehicles d’Estats Units).

Com equipament opcional portarà un monitor de televisiò amb un CD-ROM i un

carregador de CD’s.



- Els elements comuns entre aquesta gama i la gama anterior

(radiocassette o radio cd, el mòdul de control de fums, el mòdul de

telefonia i el carregador de CD’s), tenen la mateixa situació física i

utililitzaran el cablejats que ja hem comentat a la gama antetrior.

- L’amplificador es situarà sota del seient de l’acompanyant.

- El monitor de televisiò estarà ubicat a la consola central del vehicle,

entre el conductor i l’acompanyant, mentre que el mòdul que

controlarà el monitor estarà a la part de radera amb el carregador de

CD’s i el reproductor de CD ROM.

Figura 2-2.- Situació dels components a un vehicle de gama mitja.



Pel que fa al cablejat que utilitzarà la fibra òptica, seguint la mateixa premisa

que al cas de gama baixa, quedarà: l’equipament comú a l’anterior gama utilitzarà el

mateix cablejat que la gama anterior, mentre els elements nous quedaran, l’amplificador

utilitzarà el mateix cablejat que el mòdul de control de fums (ORBCOM), el monitor de

televisiò pasarà pel cablejat Driving i el mòdul electrònic de control del monitor i el

reproductor de CD ROM pasaran pel Rear.

2.5.- Gama alta.

Per la gama alta tindrem un volum de producció anual estimada de 141.000

cotxes. L’equipament de sèrie que inclourà el radiocassette o radioCD amb càrrega per a

quatre discs compactes, el mòdul de telefonia, un amplificador, un sintonitzador de

televisió,un reproductor de CDROM i un mòdul de control de fums (ORBCOM –

només pels vehicles d’Estats Units).

Com equipament opcional portarà un carregador de CD’s adicional.

Figura 2-3.- Situació dels components a un vehicle de gama alta.



- Els elements comuns entre aquesta gama i la gama anterior

(radiocassette o radio cd, el mòdul de control de fums, el mòdul de

telefonia, el carregador de CD’s, el monitor de televisió i reproductor



de CDROM), tenen la mateixa situació física i utililitzaran el

cablejats que ja hem comentat a la gama antetrior.

- Pel que fa al mòdul de sintonització de televisió es situarà a la part

trasera del vehicle.

El component que s’ha afegit a la part de darrera (mòdul de sintonització de

telelvisió) tidrà un cablejat propi, mentres que els altres que són comuns a les games

anteriors, mantenen la seva posició,

2.6.- Escalabilitat i flexibilitat.

Per tal de veure l’equipament que portarà cada vehicle d’una manera més

entenedora, farem una taula per games, de manera que es vegi, d’un sol cop d’ull i de

manera intuitiva, qué és el que va a cada cotxe.

A la taula 2-1, es representa, per cada versió, l’equipament, tant de sèrie com

opcional que portarà cada gama (baixa, mitja, alta), així com la posició física que

ocuparà cada element i el cablejat al que pertanyerà (Driving, Rear, TV...).

Taula 2-1.- Resum d’equipament de sèrie i opcional.

Una de les premises importants a l’hora de fer el disseny del sistema, és la

modularitat i la flexibilitat.



Aquesta flexibilitat s’ha de deixar veure quan es vulguin fer canvis al sistema,

que es pugui modificar de manera senzilla, sense implicar un alt cost ni en mà d’obra ni

en components.

Una altra raó per fer un sistema flexible és la disminució de referències pel

client. Si es fa un sistema enfocat per cada gama, al client l’hi implica un cost adicional

(tothom sap que les coses a mida són més cares). Però si per contra s’aconsegueix un

sistema estàndar (comú atots els vehicles del nostre client) al que només se li afegeixen

algunes funcionalitats (a gust de cada comprador del vehicle), i aquest afegit té un cost

de manipulabilitat baix (com em comentat abans), el cost que tindrà el nostre client serà

més baix.

Per una altra banda, segons hem explicat als apartats anteriors i a la vista de la

taula 2-1, veiem que hi ha una forta component opcional a les tres games. Degut a

aquesta opcionalitat, el sistema a dissenyar haurà de ser molt flexible per poder afegir,

tant fora de casa del client (tallers petits), com a la pròpia casa del client, les opcions

que cada comprador vulgui.

Així doncs, el disseny del sistema, es començarà per una estructura estàndar,

comuna a totes les games i la resta d’equipament s’afegirà de manera escalada i

modular.

El vehicle de gama baixa sense cap opció, només ofereix com a equipament el

radio cassette CD. Aquest equipament no comporta la construcció de cap sistema per si

sol, així que començarem directament amb els vehicles de gama baixa amb opcions.

Per aconseguir aquesta modularitat hem de buscar arquitectures del sistema que

ho permeti, i les dos arquitectures més flexibles que ens permeten tenir una modularitat

dintre del sistema són l’arquitectura en estel i l’arquitectura en anell.

2.6.1.- Arquitectura en estel versus arquitectura en anell.

Una arquitectura en estel està composada per un mòdul central, des d’on penjen

la resta del mòduls. Se li diu estel, perque tan físicament com funcionalment, té aquesta

forma.



Figura 2-4.- configuració en estel.

Aquest mòdul central – ECU (electronic central unit) – és el que gestiona la

xarxa, està dotat d’intel.ligència i controla el transit d’informació entre els diferents

mòduls i entre aquestos i la pròpia ECU.

-Les ventatges d’una configuració en estel són:

1.- Facilitat d’ampliació del sistema. En qualsevol moment es pot afegir un

mòdul més, només cal connectar-ho a la ECU. La ECU detecta automàticament

els mòduls nous que s’han afegit

2.- Rapidesa d’informació.L’intercanvi d’informació entre la ECU i el módul és

molt ràpida, doncs passa directament pel seu ramal sense haver de passar per

altres mòduls som passa en altres configuracions, com veurem més endavant a

l’arquitectura en anell.

3.- Continuitat de funcionament en cas de trencar-se un ramal. Si es trenca un

ramal, el mòdul que connecta aquest ramal deixarà de funcionar, però la resta

funcionaran sense cap problema.



- Els inconvenients d’una arquitectura en estel són:

1.-Dificultat de rutejat. Sempre que volguem ampliar el sistema s’haurà d’afegir

un conductor desde la ECU al mòdul. Això es complica molt si el mòdul està

situat molt allunyat de la ECU.

Si mirem el sistema que hem posat com exemple a la figura 2-4 i volem

afegir, per exemple, una unitat de CDROM, primer hem de buscar un lloc per

instal.lar la unitat, que per raons d’espai serà al maleter del cotxe. Per connectar-

ho a la ECU haurem de passar els fils necessaris fins aquesta, que normalment

estarà a la consola central.

Figura 2-5.- Configuració en estel amb un mòdul nou.

2.- Augment del pes i longitud dels cables. En aquesta configuració la quantitat i

la longitud dels cables no es pot optimitzar. Cada mòdul necessita connectar-se a

la ECU, per tant sempre hauran fils entre el mòdul i la ECU. Si la majoria de

serveis estan situats a la part de darrera del vehicle, encarà estarà més agreujat,

doncs com hem dit abans la ECU normalment està situada a la consola central.

3.-Augment del pes del sistema. Derivat de l’inconvenient anterior, longitud i

quantitat de cables, el pes es veurà afectat d’una menera directament

proporcional, i per tant, ja ho veurem més endavant, però també augmentarà el

cost.



En una arquitectura en anell, tots els mòduls incloent el mòdul de control (ECU)

formen part del mateix ramal, cap mòdul penja de cap altre.

Figura 2-6.- Arquitectura en anell.

La informació circula per tots els mòduls, i cada mòdul, dotat d’intel.ligència, és

capaç de discriminar si la informació que està circulant per l’anell és per ell o no. Si la

informació és per ell, actuarà en conseqüència, i si no ho és, la deixarà passar cap el

següent mòdul.

- Les ventatges d’aquesta arquitectura en anell són els inconvenients de

l’anterior:

1.- Rutejat més senzill. Per ampliar el sistema només cal desconnectar un mòdul

de l’anell i insertar el que nosaltres volguem, en mig. Això evita haver de passar

tot el cablejat per tot el vehicle si el mòdul està situat en una zona oposada d’on

està la ECU.

Si per exemple, al sistema anterior afegim una unitat de CDROM, al

igual que hem fet amb l’arquitectura en estel, aquest CDROM el situarem a la

part de darrera del vehicle. Per connectar-ho a l’anell nomé cal desconnectar un

mòdul, connectar el que volem introduir i fer un pont entre el nou i que ja

existia.



A la figura 2-7 es pot veure com quedaria el sistema, i es pot comprobar

com només caldria afegir el tros de cable que va entre el carregador de CDs i el

CDROM.

Figura 2-7.- Configuració en anell amb un nou element.

2.- La longitud de cable afegit disminueix. Només farà falta posar el tros de

cable entre els dos mòduls, si busquem sempre una situació propera a qualsevol

mòdul exitent, la longitud de cable utilitzat serà mínima.

3.- L’augment de pes serà el propi del mòdul. Al minimitzar la longitud del

cable en una ampliació del sistema, l’increment del pes serà propiament

l’increment de pes que suposa el mòdul.

- Els inconvenients d’una arquitectura en anell son:

1.- La informació triga més en arribar als mòduls. Encara que la velocitat a la

que circulen les dades pels cables és molt elevada, hi ha un retràs desde que

l’envia la ECU i arriba a l’ultim mòdul, doncs ha de passar per la resta de

mòduls que componen l’anell.

2.- En cas de trencar-se l’anell, el sistema no funciona. Si l’anell es trenca entre

qualsevol dels mòduls, el sistema deixa de funcionar parcial o totalment, doncs

la continuitat entre mòduls es perd.

Una solució a aquest problema seria fer les línies bidireccionals, així si

l’anell es trenca entre dos mòduls, la ECU ho detectaria i el sistema passari a

funcionar con un estel amb dos ramals.



En la figura 2-8 representem el que passaria en cas de que es trenqués

algun ramal de l’anell.

Figura 2-8.- Un anell trencat passa a estel.

- Conclusió:

El que més es busca en un vehicle és que els components dels sistemes

tinguin un preu raonablement baix. Això vol dir que els fabricants d’automòbils

sempre busquen abaratir costos sense perdre la funcionalitat i seguretat del

sistema.

A la vista de les aventatges i inconvenients d’ambdues arquitectures,

veiem que els inconvenients d’una arquitectura es estel repercuteixen

directament al cost del sistema (increment del seu preu), qüestió sol.lucionada

passant a una arquitectura en anell.

Per contra, els inconvenients de construir una arquitectura en anell són

fàcilment sol.lucionables. En el cas que es trenqui l’anell, es passaria a funcionar

com estel amb dos branques, i en el cas de la velocitat, ja hem dit que és prou

elevada com per que no es notin retards, a més a més els serveis que

s’implementes en aquests tipus de sistemes no son de seguretat, i per tant no són

crítics dintre del vehicle.

La configuració amb la que es dissenyarà el sistema, degut a les conclusions que

hem extret, serà una arquitectura en anell.



2.6.2.- Versió baixa amb equipament opcional.

Començarem primer pel sistema més senzill i anirem afegint mòduls per tal de

veure la flexibilitat que ofereix aquesta configuració a l’ampliació. Seguint la taula 2-1

presentada anteriorment, un vehicle de gama baixa sense opcions, no implicaria cap

arquitectura.

Un vehicle de gama baixa amb tot l’equipament opcional instalat portaría, el

radio cassette CD, el mòdul de telefonia mòbil i el carregador de CD’s.

Figura 2-9.- gama baixa + equipament opcional.

Recordem que el radio cassette i CD està situat a la consola central amb el

mòdul de telefonia. Aquest dos serveis pertanyeran al cablejat Driving, per tant la unió

entre ells serà continua.

La unitat de CDROM estarà a la part de darrera del vehicle pertanyent al cablejat

Rear. La unió entre els elements dels dos cablejats en farà amb un sistema

d’interconnexió in-line.

Un sistema d’interconnexió in-line és una connexió aérea entre un mascle i una

femella, on l’entrada són fils conductors i la sortida també. Aquest element pot ser

passiu – tot el que entra surt en les mateixes condicions – o actiu – les condicions de la

senyal es modifiquen -, això ho veurem més endavant en un altre apartat.

Aquesta connexió in-line entre el dos cablejats per tal de facilitar les futures

ampliacions i la focalització a les necessitas de qualsevol client. Per ampliar quest

sistema només cal desconnectar l’in-line i connectar enmig el mòdul amb el que volem

ampliar el sistema.



2.6.3.- Versió gama mitja.

La següent configuració serà la versió de gama mitja. Farem el mateix que a la

gama baixa, considerarem la totalitat d’equipament tant de sèrie com opcional. A més

de l’equipament que portaria l’anterior gama, tindrem un carregador de CDs situat a la

part posterior.

Figura 2-10.- Pas de gama baixa a gama mitja.

Aquest nou servei afegit, degut a la situació física on estarà muntat, es

connectarà al cablejat Rear.

En aquesta situació podrem veure com són d’útils els sistemes d’interconnexió

in-line que hem previst a l’anterior situació. Tant si el carregador de CDs s’afegeix a la

línia de muntatge, com si es fa al concesionari o fora ( aftermarket ), per poder afegir el

nou mòdul, només caldrà desconnectar el connector in-line (2) que en gama baixa uneix

el cablejat Driving i el Rear i en mig s’hafegeix el carregador de CDs.

Figura 2-11.- Muntatge del modul.

Si en qualsevol moment l’usuari del vehicle vol afegir més serveis, només ha de

desconnectar aquests in-lines per afegir-ho.

12



2.6.3.- Versió gama alta.

La versió més equipada portarà, a més a més de tots els serveis de la gama mitja,

un monitor de televisiò i RTI, amb els seus respectius mòduls.

Figura 2-12.- Pas de gama mitja a gama alta.

Recordem que el monitor de televisió i RTI estarà muntat a la consola central,

per tant compartirà Driving cablejat amb el radio cassette CD i el mòdul de telefonia

mòbil. Per afegir aquets mòdul només cal desconnectar el connector in-line (2) i a un

extrem connectaren l’entrada del monitor de televisió i RTI i l’altre extrem de l’in-line a

la resta de mòduls afegits.

La resta de mòduls afegits que penjen de l’altre extrem de l’ in-line (2), seran:

El mòdul de sintonització de televisió, que estarà situat a la part de darrera de

vehicle i es connectarà amb un cablejat propi TV.

El mòdul de control RTI també estarà a la part de darrera del cotxe i es

connectarà al cablejat Rear.

Aquests dos mòduls formen un sistema on l’entrada estarà connectada a la

sortida del monitor de TV i RTI i la sortida penjarà del connector in-line (2).

A la figura 2-12 es pot veure la complicació del sistema final, en cas d’un

vehicle de gama alta. És per això que s’ha de mantenir una flexibilitat completa buscant

la facilitat i l’economia tant d’implementació com d’ampliació.

1

32



2.7.- RESUM DE LES ESPECIFICACIONS.

Farem un resum de totes les especificacions de disseny per tenir clars els punts

claus per tancar el disseny.

El vehicle sobre el que farem el sistema multimedia serà un VOLVO XC90 amb

un volum de vendes estimades de 340.000 cotxes a l’any divides entre tres games

d’equipament – baixa, mitja i alta-.

A les tres games hi haurà un equipament de sèrie i un opcional que es podrà

afegir al gust del client. Aquest equipament opcional també s’ha estimat en vendes i a la

taula 2-2 tenim aquesta previsió de vendes.

Taula 2-2.- Estimació de vendes segons equipament.

Degut a la component d’opcionalitat present, es buscarà un sistema que tingui

per premisa la flexibilitat. Per això i per altres raons com pes, economia, etc, s’ha

escollit una arquitectura en anell, ara s’haurà de buscar un protocol existent al mercat

que permeti aquesta arquitectura.

Derivat del tipus d’arquitectura escollida, s’introdueix al sistema uns connector

in-line capaços de facilitar les futures ampliacions i mantenir l’estandaritat dels mòduls.

Amb totes aquestes especificacions es dissenyarà el sistema telemàtic i

multimèdia presentat.

P23+P24+P26Sales Vol.(cars / year) 340.000

Modules Sales (%)After

Sales (%)Sales (%)

After Sales (%)

Sales (%)After

Sales (%)Modules / year

Radio 100 --- 100 --- 100 --- 336.420CD Changer 11,4 2 --- --- --- --- 9.105Phone 10 30 6,7 20 13,7 30 122.758RTI + CD-ROM + Display 5,5 15 6 10 12,7 17 76.143TV Tuner 1 3 2 2 2 4 16.268Amplifier 11 4 7 3 13 5 48.285OCM (only US) 2 --- 2 --- 2 --- 6.728

P23 P24 P2671.000 128.000 141.000



3.- SISTEMA COMPATIBLE MOST.

Amb les especificacions que tenim dels apartats anteriors, un sistema en fibra

òptica, amb estructura en anell i amb flexibilitat i facilitat d’ampliació, la tecnologia i

protocol que hem escollit a l’hora d’implementar el nostre sistema es MOST (Media

Oriented Systems Transport).

3.1.- COOPERACIÓ MOST.

La cooperaciò MOST està basada en una associació de fabricants de vehicles,

fabricants de components i implementadors d’arquitectures. La principal funció de la

cooperació MOST es definir i desembolupar un protocol de xarxa multimèdia comú.

Tots el membres de la cooperació MOST tenen accés a informació tècnica i a

especificacions que surten com a resultat del treball en comú. La feina dels components

de MOST va desde la verificació de resultats fins a l’anàlisis de fiabilitat de sistemes.

Per generar els productes basats en tota la informació comú dels associats cal tenir una

llicència, obtinguda per cada membre de la cooperació.

La motivació de la tecnologia MOST, prové dels requeriments de tenir una xarxa

multimèdia punt a punt de baix cost i alta velocitat sense la necessitat d’estar

connectada a un PC o a qualsevol altre mòdul central d’inteligència per operar, per tal

de tenir una important reducció de cost, flexibilitat i fiabilitat. L’opció d’utilitzar un

suport òptic com a capa física, forma part també de les consideracions de s’han tingut en

conta a l’hora d’implementar una xarxa MOST, així com la necessitat d’ampliació

senzilla del sistema amb components plug and play. La definició de multimèdia inclou

audio, video, telecomunicacions i porcés de dades i control.

La xarxa MOST està basada en una comunicació de dades de mode síncron,

ideal per aplicacions en temps real com qualitat d’audio CD, so surround i vídeo d’alta

qualitat, també suporta dades de control i dades de transferència per latència. Pot operar

sense PC en un sistema amb un o diversos masters i amb un total de 64 nodes plug and

play.



3.2.- EVOLUCIÒ DE LA TECNOLOGIA MOST.

La tecnologia MOST ve ser originalment desembolupada per aplicacions

multimèdia a l’entron de l’automoció, on els sitemes han de ser extremadament robusts

y efectius a nivell de cost. La xarxa MOST està reemplaçant, cada dia més, els pesats i

cars cablejats que els fabricants d’automòbils utilitzaven al pasat per satisfer la

necessitat d’interconnexió de sitemes multimèdia. La xarxa Most basada en fibra òptica

plàstica, no només té una manera d’ensamblatge substancialment millor que els vells

cablejats sino que a més a més és molt més robusta (no té llaços de massa) i el seu cost

és més baix.

La tecnologia MOST està especificada per ser un estàndar de baix cost amb un

ample de banda prou gran per comunicacions de dades de consum, telecomunicació i

aplicacions de càlcul, basat en fibra òptica de tipus plàstica com a capa de transport. Les

següents premises foren esencials per definir l’arquitectura d’un sistema MOST:

- Aplicable a aplicacions de consum amb o sense necessiat de control

central d’un PC.

- Solució de baix cost amb una valocitat de dades de 24.8 Mbps.

- Optimitzat per la utilització de Fibra Òptica de Plàstic (POF).

- Fàcil d’utilitzar amb una excelent fiabilitat.

- Capacitat de suportar d’audio i video comprimit en temps real.

- Transferència de dades tant en mode síncron com asíncron.

- Interfase de protocol obert per ser utilitzat amb altres protocols.

- Gestió virtual de la xarxa inclós en el sistema.

- Integració d’una tecnologia fàcil.

- Escalabilitat a nivell de components.

- Proporcionar especificacions de components per la fàcil

implementació.

- Funcions de xarxa el més transparent possible.



3.3.- ARQUITECTURA MOST.

MOST és una xarxa punt a punt que pot ser implementada en anell, estrella o en

cadena. Els components connectats tenen diferents canals de comunicació, síncrons o

asíncrons i diferents mecanismes d’accés pels diferents tipus de dades (cadena, paquet,

control...).

El sistema MOST és molt flexible i ofereix la possibilitat de suportar diverses

tasques administratives en dos modes diferents:

- Centralitzat.

- Descentralitzat.

El mode centralitzat concentra la gestió de tasques especials administratives a un

node de la xarxa. Si algun altre node necessita aquest servei, haurà de contactar amb

aquest node central.

El mode descentralitzat no necessita centralitzar cap tasca especial a cap node.

3.3.1.- Descripció del sistema MOST.

El sistema MOST està descrit per les següents àrees:

- Interconnexió MOST.

- Sistema de serveis MOST.

- Components MOST.

La interconnexió MOST és la manera per la que les comunicacions són

establertes dintre del sistema quan aquest arrenca. Durant aquest procedimemt cada

component obté la seva adreça i aquesta serà única. La comunicació entre components

será possible després d’un procediment d’interconnexió satisfactori. L’adreça de cada

component estarà relacionada amb la seva posició física dintre del sistema.

Una cadema síncrona de bits, interconnecta cada component i proporciona

sincronisme a cada node. Cada dada que arriba al node, la acompanya un sistema de

resincronització del node.



Els sistema de serveis MOST estan definits per tres capes:

- Serveis de sistemes de baix nivell.

- Capa bàsica de sistemes de serveis.

- Aplicació.

El rutejat de les dades, en temps real flexible a través de la xarxa, està gestionada

automàticament pel servei de sistemes de baix nivell integrat. Aquest algoritme gestiona

el canal de localització i proporciona etiquetes (canal, ID’s) als canals trobats com a

resultat d’una búsqueda. Els canal no utilitzats seran marcats i poden ser reubicats en

cas d’una desintal.lació o desconnexió del component. Les dades en temps real poden

tenir una o més destinacions. Tots els canals en temps real estaran abilitats per tots els

nodes de la xarxa.

Per temes de control, cada node té una direcció de xarxa i una direcció de

posició per la gestió a nivell de sistema, així com una detecció de retard i reconeixement

d’errors. El control de missatges pot ser un a un o per grups. El canal de cotrol té una

velocitat de 700 kbit/sec.

El MOSTNet services, el qual compren la capa bàsica de sistemes de serveis i

l’aplicació, proporciona un interfase estàndar d’accés a les funcions de gestió de la

xarxa i enviament i recepció del diferents tipus de dades.

Els MOSTDevices, poden ser desde simples displays a les aplicacions més

complexes. Aquest components tenen capacitat per accedir a la missatgeria del sistema

MOST així com als canals síncrons en grups de bytes o paquets asíncrons.

3.3.2.- Components MOST.

Els components MOST poden inter-operar entre ells punt a punt. Mentres que

les cadenes de dades son enviades per difusió, els missatges de control i els paquets són

enviats també punt a punt. Els components MOST poden ser aplicacions complexes

com per exemple Man Machine Interfaces (MMI’s), reproductors i receptors de video, i

aplicacions tan simples com displays, teclats i control d’entrada/sortida. La gestió de

xarxa integrada, en combinació amb les operacions remotes, permeten a tots els

components interactuar en tre ells i amb el sistema.



Els components MOST poden ser:

- Components físics i entrades i sortides físiques.

- Hubs que proporcionen extensions adicionals al sistema. En una

xarxa MOST els Hubs són transparents.

Els components MOST proporcionaran una interfase estàndar en termes de:

- Resposta a funcions de gestió i configuració de xarxa, reset,

localització de canals i operacions de seguretat.

- Mecanismes de comunicacions.

- Interfase física.

3.3.2-1.- Composició lògica.

Desdel punt de vista lògic, un component MOST consisteix en diversos blocs

funcionals, una interfase estàndar (NetServices, Basic Layer) per la comunicació entre

diferents blocs funcionals, una unitat que proporciona la funcionalitat MOST (p.e. chip

MOST transceiver) i la interfase física de la xarxa MOST (Physical interfase).

Figura 3-1.- Esquema d’un component MOST.

Un bloc funcional representa una aplicació, com per exemple un sintonitzador,

un amplificador o un reproductor de CD. Hi ha un bloc funcional especial que funciona

en tots els components MOST. Aquest bloc funcional es el NetBlock, es primordial per

a tots els components. Es possible trobar un component MOST amb diferents blocs

funcionals.



Quan implementem una aplicació, com per exemple un reproductor de CD,

necessita fucnions com “Play”, “Stop”, “Eject” o el temps de reproducció, així doncs

cada block funcional conté un set de funcions accessibles externament del sistema

MOST. Hi ha dos tipus de funcions:

- Propietàries.

- Mètodes.

Les propietàries són funcions que proporcionen determinacions o canvis en el

estatus dels blocks funcionals. Els mètodes són funcions que s’executen i proporciones

un resultat dintre d’un temps determinat.

Si hi ha algun canvi en qualsevol dels components, es notificarà amb una senyal

a tots els altres components, que mantindran registrat la peticio del canvi.

Per poder distinguir entre els diferents blocks funcionals (FBlocks) i les funcions

(Fkt) d’un component, cada funció i block funcional té un nom o un identificador (ID).

Quan s’accedeix a una funció hi hauran operacions que seran propietaries o mètodes.

Aquest tipus de funcions són especificades per “OPType”. Per diferenciar blocs

funcionals del mateix tipus en una xarxa MOST, per exemple la funció “Play” pot ser

d’un reproductor de CD o de video, hi ha un altre identificador anometar ID instància

(InstID). Un protocol que ens donaria accés a un cert bloc funcional, seria:

FblockID.InstID.FktID.OPType(Data)

El MOSTTransceiver OS8104 de OASIS SilicomSystems pot suportar totes les

tasques de interfase entre la interfase física i el MOSTNetServices. Conté totes les

funcionalitats dels Serveis de sitemes de baix nivell excepte la interfase física (Media i

connectors).

L’OS 8104 suporta una gran varietat de dades sèrie, i diferents conçmponents

hardware, per exemple tasquest per audio I/O. La comunicació amb el transceiver es pot

fer tant via sèrie com paral.lel.



3.3.2-2.- Hardware.

Un component MOST pot estar implementat en dos configuracions. El

d’aplicacions estàndars per un component MOST amb microcontrolador.

Figura 3-2.- Configuració típica d’un component MOST.

Per tasques simples, és suficient combinar, per exemple un transceiver MOST i

una interfase òptica amb una font d’alimentació. Aquest tipus de components es diuen

components en mode individual, i ofereixen la possibilitat de ser controlat remotament

per un MMI remot.

Figura 3-3.- Configuració bàsica d’un component MOST.

Cada node és responsable de les següents funcions:

- Seguiment d’un clock (o generar-ho en cas de fallada del clock

master).

- Identificació i decodificació de la direcció de node.

- Gestió del control del transit de dades entre components.

- Detecció d’arrancada del sistema i reconfiguració.

- Gestió de potència.

- Inicialització de memòries no volàtils (EEPROMS, ROMS..)



3.3.2-3.- Zòcals.

Per aplicacions amb tecnologia MOST que requereixen zòcals per la

interconnexió dels components a la xarxa, existeixen connectables elèctrics i òptics. La

sol.luciò òptima dependrà de la implementació i de l’estructura que hi hagi. Ja he dit

que nosaltres ho farem via òptica. En sol.lucions MOST es poden interconnectar,

directament a la xarxa òptica, altaveus, reproductors multimèdia, controladors...

3.3.2-4.- Mèdia.

Com hem dit diverses vegades en aquest document, la manera més òptima

d’implementar un sistema MOST és amb fibra òptica de plàstic, oferint un gran nombre

d’aventatges incloent el cost, encara que també es pot implementar amb cable coaxial o

parell trenat (UTP). La fibra òptica és inmune a les interferències electromagnètiques

(EMI) i curtcircuits. Un dels problemes que té la fibra és la pèrdua de potència òptica

per les distàncies internodal i a les connecxions.

Si les pèrdues per inserció són molt elevades, el sistema es pot implementas

utilitzant Fibra de Silici de Coverta Dura (HCSF – Hard Clad Silica Fiber), que suporta

distàncies entre nodes de fins 250 metres, impensable al nostre sistema.

3.3.2-5.- Cables POF i connectors.

La fibra òptica de plàstic estàndar, d’ 1 mm de diàmetre, tipicament utilitzada en

aplicacions d’audio, és perfectament utilitzable en un sistema basat en MOST. Aquest

tipus de fibra òptica està al mercat venuda per fabricants com Mitsubishi, Toshiba,

Torray... Molts altres tipus de cables i connectors poden funcionar amb aquesta

tecnologia.

Un gran nombre de connectors estan desembolupats per aquesta tecnologia,

fabricants com HP, Framatome, AMP..... tenen al seu catàleg connexionat per MOST.

Els LED’s i els receptor òptics també són totalment estàndars.

Com a connectors estàndars tenim el connector simplex JIS F05 POF per

aplicacions digitals d’audio. Un altre seria el connector duplex JIS F07 POF, també



acceptat dintre de MOST. Aquest dos connector no són cars, el seu preu és totalemnt

competitiu amb un RJ-45 molt utilitzat en aplicacions amb UTP.

El tall i la terminació del cable és facilment automatitzable en quealsevol planta.

Les pèrdues per inserciò són menys de 1.5 dB per la fibra i el connector. La

tecnologia MOST especifica unes pèrdues totals menors a 20 dB en tot el sistema, el

que permetria tenir la sufucient potència per una velocitat de 24 Mbits/s amb una

distància internodal de 100 m.

3.4.- TIPUS DE DADES.

Un sistema MOST suporta una gran varietat de tipus de dades com dades de

control, dades en paquets, cadenes síncrones de dades... Els tipus bàsics de dades de

transferència que suporta són:

- Dades de control de tranferència entre el component i el sistema de

gestió:

Aquest tipus de dades es transporta en paral.lel en temps real per un

bus asíncron.

- Dades de transferència per events en paquets asíncrons amb un ample

de banda variable.

- Transferència de dades en temps real amb un ample de banda fixe per

mantenir la qualitat de les mateixes.

Si les dades en temps real s’envies directament a la xarxa MOST, tots els nodes

tenen accés a elles. El nombre de nodes que “escolten” les dades en temps real, només

està limitat pel nombre màxim de nodes de la xarxa.

“Eject CD”

010001

01000110010001



3.5.- TOPOLOGIA I CABLEJAT FÍSIC.

Una de les més grans ventatges de la tecnologia MOST és la seva flexibilitat

amb respecte a la topologia de la xarxa. Això permet combinacions entre topologies en

anell i estrella deixant als disenyadors dels sistemes escolli amb total llibertat una o una

altra o la combinació de les dues.

Encara que ja hem escollit una arquitectura en anell per fer el nostre sistema, és

interesant veure com MOST ofereix totes le possibilitats. A més les topologies que

veurem a continuació són totalmemt aplicables al nostre sistema, doncs són

complementàries a una arquitectura en anell.

3.5.1.- Punt a punt. Unidireccional i bidireccional.

La connexió punt a punt unidireccional és la manera més simple de connectar

dos aparells. Aquesta topologia es pot utilitzar si només necessitem transmisió de

dadesen un sol sentit. Aquest seria el cas d’interconnexió entre una font d’audio o video

i l’altaveu, on, l’altaveu no ha de passar cap informació cap a la font d’audio o video.

Aquesta configuració bàsica és fàcilment extensible afegint branques o línies

bidireccionals. Una línia bidireccional seria per exemple la que hi hauria entre un

reproductor de CD, un amplificador d’audio, etc, i un altaveu actiu, on la comunicació

és recíproca. Aquest tipus de connexió es coneix com S/PDIF (Sony Philps digital

interfase for digital audio).

La tecnologia MOST suporta aquests tipus de connexió i té 12 canals S/PDIF.

Figura 3-4.- Topologia punt a punt.



3.5.2.- Topologia en anell.

MOST funciona, a un nivell òptim, amb una topologia en anell. Les ventatges

d’utilitzar una arquitectura en anell amb tecnologia MOST són:

- Baix cost global i node a node degut a que no hi ha Hubs, interruptors

o qualsevol altre component típic dúna xarxa.

- Mínima utilització de capa física, el que implica una reducció de pes.

- Facilitat d’expansió sense provocar cap canvi a l’arquitectura global

del sistema (com pasaria amb un sistema cablejat convencional).

- Compatibilitat amb tots els components del sistema (Audio digital,

etc.).

Figura 3-5.- Topologia en anell.

Una topologia en anell ha tingut, històricament, la desventatge de ser una xarxa

gran, sobredimensionada i poc tolerant a fallades. En topologies en anell tradicionals, la

fallada d’un node, provocava la caiguda de tota la xarxa. La tecnologia MOST

soluciona aquest problema de diferents maneres.

Respecte a la funcionalitat del sistema, cada transceiver MOST té un mode de

bypass que entra en funcionament quan el node ha fallat o està en mode de baix consum

de energia. Aquest mode de bypass implica que les dades no són analitzades en el node



en qüestió, sino que passa totalment transparent al component connectat. Molts

mecanismes de fallada, pèrdues de potència, pèrdues de connexions... també faran que

el transceiver entri en mode de bypass per que la resta de la xarxa no es vegi afectada.

Hi ha algun mode de fallada que pot afectar a tota la xarxa com és el tall en una

fibra. Si es dona aquest mode de fallada, ja hem vist en capítols anteriors quina seria la

sol.lució, la xarxa passaria a funcionar com una estrella amb dos branques fins que no es

repari. Una altra manera de sol.lucionar-ho seria implementant un segon anell

redundant, cosa totalment impensable al món de l’automòbil, degut al alt cost.

En qualsevol cas si l’accessibilitat dels nodes és molt complicada, la clau pel

bon funcionament de la xarxa està als diagnòstics i al manteniment.

3.5.3.-Topologia en anell amb branques.

També és possible fer connexions punt a punt desde una xarxa en anell cap a un

component incorporant connectors actius o pasius a la fibra de la xarxa.

Aquesta aplicació s’aplica típicament per la connexió de displays i/o altaveus

actius, components que no necessiten donar un resposta al sistema, sino que simplement

interpreten les dades que els hi arriben.

Una de les més grans aventatges d’aquesta implementació és la reducció de cost

ja que hi ha un estalvi en transmisors.

Figura 3-6.- Topologia en anell incorporant branques.



3.5.4.- Topologia en anell-estrella.

Més que una configuració de la xarxa en estrella, el que veurem en aquest

apartat serà una combinació de topologies anell i estrella, especialment aconsellable en

cas de tenir una xarxa gran.

L’arquitectura bàsica d’aquesta topologia és un anell on estan les funcions

principals i les més sensibles a la fiabilitat i funcionalitat. Des d’aquí es derivaran

branques amb components que no siguin tan crítics pel sistema.

Aquesta estructura ofereix més flexibilitat a sistemes complexos amb més

facilitat de detecció de fallades i un més gran ampla de banda.

Figura 3-7.- Topologia anell-estrella.

Totes les estructures comentades anterioment es poden convinar entre sí per

afavorir una flexibilitat més gran en termes d’implementació de xarxes depenent de la

situació particular de cada fabricant, requeriments i funcions.

La migració de tenir simplement dos nodes a una estrucutura més complexa és

una feina senzilla, sense necessitat de fer grans canvis.



3.6.- ASPECTES A TENIR EN CONTA AL DISSENY DEL SISTEMA.

Al sector de l’automoció el càlcul d’energies consumides pel vehicle és molt

important, doncs implica una reducció en pes i en cost. Per això hem se ver quin és el

consum que tindrà el nostre sistema. A continuació oferirem unes pautes i un esquema a

tenir el conta a l’hora de calcular aquesta energia necessaria.

Figura 3-8.- Càlcul de l’energia necessaria per les condicons dels vehicles.

L’esquema de la figura 3-8 es representa en dos parts, una per l’emisor i una

altra pel receptor.

Centrant-nos a l’emisor podem conporvar quina és la distribució de potència

emesa, tipus campana de Gauss, depenent de les condicions a les que està el sistema al

nostre vehicle, així, en cas de funcionament ideal a 25º C i 5 V, tenim aquest distribució

centrada a una potència òptica (Popt) de –12.5 dBm. Si s’empitjoren les condicions, la

distribució de potència de l’emisor es fa més ampla i pot arribar a la degradació.



Des del punt de vista del receptor tenim dos distribucions a tenir en conta, la

distribució de sensibilitat i la de distribució.

La distribució de sensibilitat està centrada a una potència òptica de –29 dBm i la

de saturació a –8 dBm. Però ambdues es veuen empitjorades quan les condicions de

funcionament surten de 25º C i 5 V, arribant fins i tot a la degradació.

Per tot això, al calcular l’energia necessaria del nostre sistema, haurem de tenir

en conta aspectes com:

- Un rang de temperatura de –40º C a +80º C te efectes sobre la

desviació i la gradual degradació dels paràmetres òptics dels

components (Figura 3-8).

- La màxima desviació permisible d’energia d’alimentació dels

components dintre de la xarxa va de 4.75 V a 5.25 V (Figura 3-8). La

dependència que tenen els paràmetres òptics del voltatge, tant al

receptor com a l’emisor, fa que varïi el seu comportament.

- Les toleràncies típiques dels paràmetres a components fabricat en

processos en sèrie.

- Degut a consideracions de cost, la selecció i ajust dels components no

és possible. Les conseqüències serien per exemple: el pitjor

transmisor ha de treballar amb la fibra més llarga a la més elevada

temperatura o el millor transmisor ha de treballar amb la fibra més

curta a la temperatura més baixa.

- La influència dels valors al final de la seva vida.S’han d’estimar els

valors que tindran tots els components al final de la vida del vehicle

de com a minim 10 anys a les pitjors condicions climàtiques

químiques i mecàniques.

- L’atenuació originada durant el procés de muntatge, sobretot la

causada per la forma i rutejat del cablejat.



4.- DISSENY I CÀLCUL DEL SISTEMA GLOBAL.

4.1.- INTRODUCCIÓ.

Fins ara hem vist quins eren els requeriments del sistema, quines funcions

haurien d’implementar-se, quina arquitectura seguirà i amb quina tecnologia

desenvoluparem el nostre sistema telemàtic i multimèdia.

A continuació, en aquest apartat, dissenyarem tot el sistema amb fibra òptica.

Recordem que tenim tres games de vehicles (gama baixa, mitja i alta), per les que hem

presentat quines son les funcions que inclourien cadascuna, tant de sèrie com opcionals.

També caldria fer esment una altra vegada que l’arquitectura que tindrà el nostre

sistema serà en anell i que la tecnologia utilitzada per implementar-ho serà MOST.

També farem una comparativa en preu del que representaria implementar el

mateix sistema amb cable de coure convencional enlloc de la fibra que utilitzarem.

El disseny es farà de les tres games, doncs una de les màximes que busca el

nostre client és la flexibilitat del sistema, i això ho demostrarem partint d’una estructura

estàndar i afegint tots els mòduls que ens demanin per completar l’equipament dessitjat.

L’estructura que seguirem en el disseny del sistema, serà:

- Definir el cablejat i el rutejat.

- Sistemes d’interconnexió a components.

- Altres sistemes d’interconnexió.

Figura 4-1.- Cablejat convencional a un vehicle.



Un cablejat és un conjunt de cables que estan interconnectant diferents mòduls

en diferents parts del vehicle. Per exemple, totes les llums del darrera d’un cotxe han de

funcionar, per això s’ha de fer arribar potència d’una manera adecuada, doncs tindrem

un conjunt de cables que aniran desde un mòdul central (on normalment es situaran tots

els fusibles i relés i es distribueix la potència), fins al darrera on cada cable es

connectarà amb la seva llum.

El rutejat és el camí que segueixen els cablejats per arribar al seu destí. Per anar

de la part davantera a la trasera del vehicle (per portar potència a les llums traseres, per

exemple), no es pot pasar pel mig de l’habitacle, s’han de buscar llocs òptims per on

passin correctament. Per exemple, un lloc per on es pot passar per arribar a la part

trasera del cotxe és el terra, sota de la moqueta. El cablejat tampoc seguirà un camí

directe, sino que potser, passarà pel pont de roda per sobre d’una viga del cotxe etc. A

la figura 4-1 es pot veure un cablejat.

Tant per definir un cablejat com un rutejat òptim del nostre sistema, hem de

saber on estan ubicats els mòduls dintre del vehicle.

La localització dels mòduls és molt important, doncs depenent de la seva

situació, els cables hauran de seguir un camí o un altre o inclús s’hauran de fer forats a

la xapa per passar el cablejat.

Figura 4-2.- Estructura tridimensional d’un vehicle.



A mode d’exemple podem veure el cablejat de la fotografia de la figura 4-1, hi

ha un maç de cables principal des del que penjen altres conjunts de cables més petits. El

maç de cables creua tot el cotxe de davant al darrera, per portar potència des de la

bateria (passant pel mòdul central) fins a tots els serveis que hi ha en aquesta

localització (llums, presa de tensió...). Les derivacions petites són per funcions que es

troven a mig camí, com per exemple, mòduls de seient lums de cortesia als cendrers,

etc, i que també necessiten energia elèctrica.

Però els cablejats no es deixen directament sobre la xapa del cotxe, sinó que

passen per dintre d’unes canals agafades al vehicle.

Figura 4-3.- Canal passacables.

Aquestes canals serveixen per portar el maç de cables més protegit fins al seu

destí, per que no es pugui fer malbé amb la xapa. A més a més les canals també eviten

els soroll per vibració o per cops que pot provocar el cablejat, i per guiar correctament

els cables.

Per totes aquestes qüestions és de vital importància saber la localització dels

mòduls que al nostre sistema cablejarem amb fibra òptica.

Fer un cablejat nou amb un rutejat també nou, que només porti la fibra òptica és

impossible. Fer això implicaria buscar llocs al cotxe per poder passar la fibra, que a més

a més aquests camins fossin òptims, per emprar la menor quantitat de fibra possible,

implicaria la fabricació de nous canals per fer-la passar.



Totes aquestes necessitats per fer un cablejat nou que només porti la fibra,

repercuteix directament al cost del vehicle. Si fem un cablejat nou implica un cost de

desenvolupament i un cost de manufactura i muntatge a la planta del client. Un nou

rutejat és, potser, rectificar la xapa del vehicle. La fabricació de noves canals també

implica costos de desenvolupament del producte, manufactura i manipulació, etc.

Com a conclusió, podem dir que la fibra òprtica que s’utilitzarà al nostre

sistema, haurà de respectar, i haurà d’anar amb el cablejat convencional del vehicle, un

mateix cablejat, rutejat, i passar per les mateixes canals, per així abaratir al màxim els

costos del nostre sistema al vehicle final.

Però utilitzar el mateix cablejat, rutejat, i canals que un cablejat convencional,

implica que la fibra haurà de soportar tots els tractaments que suporten aquestos, i l’únic

que la fibra pot demanar al seu favor, és respectar radis de curvatura i una mica més de

compte a la manipulació.

4.1.2.- Sistemes d’interconnexió a components.

Desde el punt de vista de sistemes d’interconneció al mòduls, hi ha dos modes

de connexió de la fibra òptica al servei.

Una seria l’interconnexió directa de la fibra al mòdul electrònic. Simplement

vindria el connector a connectar-se al mòdul amb un connexionat estàndar (figura 4-4), i

llavors el propi mòdul faria la conversió òptica-electrònica.

Figura 4-4.- Sistema d’interconnexió derecte a mòdul.



Aquest sistema de connexió directe, és una solució més económica des del punt

de vista del cablejat, ja que la quantitat de fibra utilitzada es la mateixa que en altres

casos (que veurem més endavant amb la solució Pig-Tail), doncs el rutejat és el mateix,

però el connexionat resulta més barat. És un connexionat “pasiu” estàndar MOST, que

simplement fa l’interconnexió de la fibra amb el servei.

Pel que fa a l’electrònica, aquest mode de connexió encareix el mòdul de servei.

Degut a que l’electrònica de traducció de senyal òptic a elèctric ha d’anar directament al

mòdul, en aquest, hem de tenir en compta, el cost d’incloure el transceiver, i a més

l’increment d’àrea de PCB, que també estarà directament relacionat amb el preu final.

Una altra solució, seria la connexió del servei a al sistema per mitjà d’una

connexió amb Pig-Tail.

Aquest sistema presenta la possibilitat de treure del mòdul tota l’electrònica que

se n’encarrega de fer la traducció de senyal de la placa de PCB, ja que ho fa el propi

Pig-Tail. Per tant tindrem l’estalvi de components a la placa del servei i d’àrea de PCB

que ens sancionava en l’anterior solució.

Per contra aquesta solució encarirà el preu del cablejat ja que és necessari la

inclosiò de connectors in-line, en tot el sistema, el que es afavorirà, per altra banda, a

tenir una major flexibilitat del sistema a l’hora d’afegir qualsevol mòdul fora de

l’estàndar.

Figura 4-4.- Solució Pig-Tail.



Un Pig-tail és un allotjament soldat a la placa PCB d’on surten les fibres fins a

un connector òptic. Aquest allotjament (a la figura es veu com FOT Unit 180º), és el

que se n’encarrega de rebre la senyal òptica i fer la traducció a una senyal elèctrica que

es tractarà al nostre mòdul.

A l’altre extrem de la fibra posarem un conector estàndar (que per similitut a un

sistema elèctric podem anomenar mascle) que es connectarà a un altre connector òptic

(que anomenarem femella).

Figura 4-5.- Part connectada al PCB.

Per explicar-ho d’una manera més estenedora, si volem utilitzar un Pig-Tail

(figura 4-4), necessitarem per connectar, cada mòdul entre sí, uns metres de fibra òptica

i a cada extrem un connector allotjament (femella), on es connectarà el connector òptic

propi del Pig-Tail. Per això hem comentat abans que es necessitaria una connexió in-

line per implementar aquesta solució.



Una altra qüestió que hem de tenir en conta de la solució Pig-Tail, és que per la

pròpia construcció del Pig-Tail, i degut a l’utilització de connexions in-line al sistema,

tindrem unes caigudes de potència òptica inherents al sistema.

Figura 4-6.- Sistema de connexió amb Pig Tail.

A la figura 4-7 podem veure dos gràfiques comparatives de les pèrdues que

esdevenen de l’utilització d’una solució o una altra.

a) Sol.lució comparativa sense Pig Tail



b) Sol.lució comparativa amb Pig Tail.

Figura 4-7.- Pèrdues aplicables a cada solució

Abans de comentar les gràfiques, seria interesant explicar que s’entén per una

línea passiva i una activa. Una línea pasiva és aquella que només es limita a deixar

passa la informaciò a travès d’ella. No hi ha cap regeneraciò de la senyal i per tant les

pèrdues augmenten linealment amb la logitud de la fibra.

Una línea activa, per contra, és una línea en la que hi ha una regeneraciò de la

senyal i per tant es recupera el nivell d’energia que tenia al sortir de l’emisor.

Tenint en conta això, escollint la solució d’interconnexiò directa entre mòduls

(recordem que la electrònica és la que patirà econòmicament), les pèrdues en dB

augmenten, més o menys, linealment, arribant a un màxim, que hem establert a 4 m de

longitud de la fibra (més endavant veurem per qué), de 14.32 dB amb una línea passiva.

Si enlloc d’una linea passiva utilitzem una activa, es pot veure com hi ha una

regeneració de la senyal, que es farà abans d’arribar als 4 metres, i per tant, l’energia

òptica torna valor original de quan va sortir del primer emisor. Això ens implicarà que

la longitud entre mòduls pot ser més gran.

Si adoptem la solució amb Pig-Tail, tenim que a la distància de 4 metres, les

pèrdues s’acumulen en 16.32 dB, amb una linea pasiva, i que la utilització d’una línea

activa torna a millorar les condicions d’energia òptica.



Aquesta 2 dB de diferència entre les dos solucions (no Pig Tail i Pig Tail) no és

molt gran. La importància d’aquests 2 dB de diferència de pèrdues entre una solució i

una altra, estaria en la problemàtica que implicaria la introducció d’altres elements que

també provocarien pèrdues al sistema òptic.

Per exemple, si tenim en conta que un connector de fibra òptica, introdueix unes

pèrdues de 2 dB, i que el nombre, màxim de pèrdues, entre dos mòduls del nostre

sistema és de 17 dB, podem concluir que la diferència més gran entre una soluciò i una

altra (exceptuant les econòmiques), és que a la primera es pot incloure un connector més

que a la segona (Pig-Tail).

Aquesta conclusió té una gran influència a l’hora de fer qualsevol mena de

reparació al sistema òptic que impliqui afegir un connector, per exemple.

A l’ANNEX 1 es poden veure totes les dades interesants sobre les pèrdues entre

la solució de connexiò directa i la connexiò per Pig-Tail, per qué el nombre màxim de

pèrdues és de 17 dB, etc.

Ja que hem parlat de línies actives i passives, seria molt interessant veure una

comparativa entre els dos tipus de línies i les dos solucions per l’interconnexió de

mòduls i quin és el màxim de pèrdues que pot suportar el nostre sistema (Figura 4-8).

a) Comparativa de la sol.lució amb línies pasives.



b) Comparativa de la sol.lució amb línies actives.

Figura 4-8.- Comparativa entre solucions d’interconnexió i línies.

Entre dos mòduls del nostre sistema, no pot haver-hi més de 17 dB de pèrdues,

com hem comentat abans (referència ANNEXE 1).

Si tenim una línia passiva, ens trovem que al sobrepassar els quatre metres de

longitud entre mòduls, les pèrdues esdevingudes també sobrepassen el màxim establert

pel sistema (17 dB).

Això serà un requeriment a l’hora de dissenyar el sistema, quan utilitzem una

línia passiva, no podrà haver-hi més de quatre metres entre dos mòduls

Si el que utilitzem és una línia activa, podem veure com abans d’arribar als

quatre metres, la senyal es regenera i per tant la longitud entre els mòduls pot

augmentar.

En ambdues gràfiques veiem que encara que la pendent és la mateixa (les

pèrdues a la fibra són lineals), la solució amb Pig Tail, sempre tindrà aqueste diferència

de pèrdues de 2 dB més.

4.1.3.- Altres sitemes d’interconnexió.

La part més important de connexionat és la que ja hem comentat anteriorment, el

connexionat a components.



Però a un vehicle no només hi ha connexionat a components si no que hi ha

altres clases de connexionat que sorgeix per diferents necessitats. Per exemple, tot un

cablejat no pot ser sempre continu, per que s’han de travesar vigues, ha de passar d’un

compartiment a un altre, o simplement per que manipular un cablejat de segons quines

dimensions és imposible per a una persona, es divideix en dos i llavors s’ha de buscar la

manera de lligar-ho.

Figura 4-9.- Exemples de connexionat per fibra òptica.

Per aquestes raons sorgeix el connexionat in line. Anteriorment, hem explicat

que una de les solucions era el Pig Tail, i que aquesta necessita connexions in line, o

aèris, al sistema.

Aquest tipus de connexionat, és un conjunt format per una part ‘mascle’ i una

‘femella’ als que els hi arriben cables (al nostre cas de FOP), per una banda a cada un i

els connecten entre sí, fent un acoplament entre el mascle i la femella. Aquest tipus de

connexionat és molt útil al nostre cas, ja que volem que el nostre sistema sigui totalment

obert i flexible.



4.2.- SISTEMA TELEMÀTIC I MULTIMÈDIA EN UN VEHICLE DEGAMA BAIXA.

A mode de recordatori, escriurem quines són les funcions del nostre sistema en

un vehicle de gama baixa.

- Radiocaset o radio CD situat a la consola central del vehicle.

- Mòdul de control de fums muntat a la part davantera (només per

vehicles venuts a Estats Units).

- Mòdul de telefonia repartit entre la consola central (mòdul electrònic

amb l’aparell de Hi-fi) i el sostre (antena, micròfons...).

- Carregador de CDs a la part de darrera del vehicle.

Aquest equipament que hem presentat, és l’equipament d’un vehicle de gama

baixa amb totes les opcions. Ho hem fet així per veure més clarament l’escalabilitat del

nostre sistema.

Figura 4-10.- Equipament d’un vehicle de gama baixa.

Recordem també que el volum estimat de producció de cotxes anual, per aquesta

gama d’equipament serà de 71.000 vehicles. Aquesta dada és molt important a l’hora de

buscar al mercat preus competitius pel que fa a la fibra òptica i als components associats

a ella (connexionat, maquinaria...).



4.2.1.- Cablejat i rutejat.

Ja hem dit que per tal d’estalviar molts diners al nostre client, aprofitarem els

cablejats i el rutejats que actualment té en cable convencional per afegir la fibra òptica,

tenint només cura dels radis de curvatura.

Presentarem a continuació una taula amb els cablejats del nostre sistema, la

longitud que tindrà cada cable de fibra òptica i els serveix als que van connectats (Taula

4-1). Per seguir-ho amb més claredat, es recomana tenir present la figura 4-1 de la

pàgina anterior.

Número Color Cablejat al que

pertany

Components que uneix Longitud de la

fibra

1Driving Radio amb inline driving w/h-

rear w/h

3450 mm

5Rear Carregador de CDs amb inline

rear w/h-driving w/h

1850 mm

13Driving In line driving w/h-driving w/h

amb el mòdul de telefonia

530 mm

14 Driving Mòdul de telefonia amb la radio 690 mm

17Rear In line driving w/h-rear w/h

amb el carragador de CDs

1850 mm

18

Driving In line rear w/h-driving w/h

amb in line driving w/h-driving

w/h

3290 mm

Tabla 4-1.- Cablejat en fibra òptica pertanyent a la gama baixa.

El cablejat Driving, és el que distribueix la potència per tots els serveis que es

troven a la part davantera del vehicle, més conegut coloquialment com ‘salpicadero’,

com per exemple el sistema Hi Fi (radiocaset o radioCD), a tot el taulell d’instruments,

sistema d’iluminació de cortesia, etc.



Pel que fa el cablejat Rear és el que es distribueix per la part de darrera del

vehicle derivant energia cap a les llums, carregadors de CDs, preses de corrent, etc.

Podem comporbar que tant un com l’altre són cablejats que amb cables

convencionals per la distribució d’energia i nosaltre hem afegit el nostres cables de fibra

òptica per tal de reduir el cost final del cotxe.

Tal com es veu a la taula, hem dissenyat el rutejat i la localització dels

components de manera que mai hi hagi una distància superior als 4 metres, tal com hem

explicat abans.

El que sí que es farà a cada mòrul serà la regeneració de la senya l òptica, per tal

de poder mantenir la distànci màxima de 4 metres entre el mòduls.


El sistema d’interconnexió a mòdul que utilitzarem serà la connexió directa a

sevei. Amb aquesta solució ens estalviem les pèrdues que esdevenen del Pig Tail, i a

més podem afegir un connector extra entre dos mòduls.

Afegir aquest connector extra que afegirem serà un connector in line, per tal de

mantenir la flexibilitat del sistema.

Si es vol afegir qualsevol servei al sistema, tant una vegada el cotxe estigui el

carrer com dintre de la pròpia línia de fabricaciò, només caldrà desconnectar el

connector in line i connectar-hi el servei que volguem. Aquest mode d’ampliació, amb

connexionat in line, es pot veure amb més detall a l’apartat 2.6 del capìtol 2 d’aquest

document.

4.2.3.- Altres sistemes d’interconnexió.

A més de fer servir el connexionat a mòdul, utilitzarem també connexionat in

line per fibra òptica. Les raons d’utilitzar aquests tipus de connectors s’han explicat en

punts anteriors.



4.2.4.- Sistema.

Farem, tot seguit, un esquema del sistema en un vehicle de gama baixa i

donarem les dades de la fibra que utilitzem i el connexionat.

Fibra òptica: La fibra òptica que utilitzem és de plàtic, d’1 mm de core.

Connexionat: Utilitzarem connexionat propi que també dissenyarem

expressament pel sistema i que es presenta en el capítol següent.

Figura 4-11.- Esquema òptic del sistema a un vehicle de gama baixa

A l’esquema òptic representat a la figura es poden veure com a cada un dels

mòduls arribarà un connector de dos vies òptiques. Aquestes dos vies òptiques es

representes amb els noms TX i RX.

Cada senyal TX d’un mòdul es connecta amb una senyal RX d’un altre mòdul a

mode d’entrada i sortida, i internament a cada mòdul hi haurà una regenaració de la

senyal òptica.

A més a més d’aquestes connexions òptiques, a cada mòdul també arriben

senyals elèctrics (potència i senyal), no representats a l’esquema ja que no és objecte del

nostre estudi.

A l’esquema òptic es poden veure els tres connectors in line (Driving i Rear)

d’una via òptica cada un, i que, en cas de voler afegir qualsevol servei al vehicle, només

caldrà desconectar i conectar cada part del connector a les senyals TX i RX del nou

mòdul.



4.2.5.- Càlcul del sistema.

Per cada cablejat faren una taula amb el càlcul de la previsiò d’energia òptica

que consumirà (pèrdues). Recordem que cada element del sistema ofereix unes pèrdues,

que no han de ser mai més grans a 17 dB. Totes les dades necessaries per fer aquests

càlculs es troben a l’ANNEX 1.

4.2.5-1. Càlcul de potència òptica entre el radiocaset/CD i el carregador de CDs.

Des del radiocaset/CD al carregador de CDs, trovem dos cablejats diferents

(Driving fibra nº 1 i Rear, fibra nº17) units per un in line.

Potència Pèrdues Comentari

Potència mínima transmesa pel transmisor òptic -10 dB

Pèrdues màximes per inserció del connector al

mòdul

2 dB

Pèrdues màximes a la fibra, cablejat Driving (nº 1)

(3450 mm)

1.13 dB 0.33 dB/m

de pèrdues

Pèrdues màximes per connexiò al connector in line. 2 dB

Pèrdues màximes a la fibra, cablejat Rear (nº 17)

(1850 mm)

0.61 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul

2 dB

Mínima energia detectable al receptor -27 dB

Reparació (una vegada) 2 dB

Manipulació de la fibra i toleràncies de manufactura 4 dB

Dependència tèrmica del receptor i del emisor 2 dB

SUMA DE PÈRDUES 15.74 dB

DIFERÈNCIA DE POTÈNCIA 17 dB

MARGE 1.26 dB

Taula 4-2.- Càlcul de pèrdues entre el radiocasset/CD i el carregador de CDs.



4.2.5-2. Càlcul de potència òptica entre el carregador de CDs i el mòdul de

telefonia.

Des del carregador de CDs al mòdul de telefonia, trovem dos cablejats diferents

(Rear, fibra nº 5 i Driving fibra nº 18 i 13) units per dos in line.




mòdul carregador de CDs

2 dB


(1850 mm)

0.61 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



(3290 mm)

1.08 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



(3290 mm)

0.17 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul de telefonia

2 dB







MARGE 0.16 dB

Taula 4-3.- Càlcul de pèrdues entre el carregador de CDs i el mòdul de telefonia.



4.2.5-3. Càlcul de potència òptica entre el radiocasset/CD i el mòdul de

telefonia.

Per tancar l’anell, queda calcular la potència òptica entre el radiocasset/CD i el

mòdul de telefonia

Des del radiocasset/CD al mòdul de telefonia, trovem només un cablejat

(Driving fibra nº 14).




mòdul radiocasset/CD

2 dB


(690 mm)

0.23 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul de telefonia

2 dB







MARGE 4.77 dB

Taula 4-4.- Càlcul de pèrdues entre el radiocasset/CD i el mòdul de telefonia.



4.3.- SISTEMA TELEMÀTIC I MULTIMÈDIA EN UN VEHICLE DEGAMA MITJA AMB TOTS ELS COMPONENTS OPCIONALS.


un vehicle de gama mitja.

- Radiocaset o radio CD unitats situat a la consola central del vehicle.




amb l’aparell de Hi-Fi) i el sostre (antena, micròfons...).

- Un amplificador Hi-Fi a la part davantera

- Un monitor el sistema de GPS mapes de guia per satèl.lit carregats a

un CDROM, també situat a la consola central.

- Mòdul de control RTI amb una unitat de CDROM.


mitja amb totes les opcions. Ho hem fet així per veure més clarament l’escalabilitat del

nostre sistema.

Figura 4-12.- Equipament d’un vehicle de gama mitja.




gama d’equipament serà de 128.000 vehicles. Aquesta dada és molt important a l’hora

de buscar al mercat preus competitius pel que fa a la fibra òptica i als components

associats a ella (connexionat, maquinaria...).


Igual que hem fet a l’anterior versiò i farem a la següent, per tal d’estalviar molts

diners al nostre client, aprofitarem els cablejats i el rutejats que actualment té en cable

convencional per afegir la fibra òptica, tenint només cura dels radis de curvatura.



4-5). Per seguir-ho amb més claredat, es recomana tenir present la figura 4-12 de la

pàgina anterior.


pertany


fibra

1Driving Radio amb inline A driving

w/h-rear w/h

3450 mm

2Rear Inline A driving w/h-rear w/h

amb el mòdul RTI

1240 mm

3Rear Mòdul RTI amb el reproductor

de CDROM

1050 mm

8Driving In line B driving w/h-rear w/h

amb el monitor RTI

3220 mm

9Driving Monitor RTI amb inline C

driving w/h-rear w/h

1090 mm

12Amplifier Inline D driving w/h-rear w/h

amb l’amplificador Hi-Fi

1120 mm

13Driving In line D driving w/h-rear w/h


530 mm



14Driving Mòdul de telefonia amb el

radiocasset

690 mm

15Rear Reproductor de CDROM amb

inline B driving w/h-rear w/h

2010 mm

16Amplifier In line C rear w/h-driving w/h


3290 mm

Tabla 4-5.- Cablejat en fibra òptica pertanyent a la gama mitja.

A l’igual que vam fer a gama baixa, distribuirem la fibra òptica pel vehicle,

aprofitant el cablejat Driving, és el que distribueix la potència per tots els serveis que es

troven a la part davantera del vehicle. També es torna a profitar el cablejat Rear, que és

el que es distribueix per la part de darrera del vehicle derivant energia cap als diferents

serveis.



explicat abans. El que sí que es farà a cada mòdul serà la regeneració de la senyal

òptica, per tal de poder mantenir la distància màxima de 4 metres entre el mòduls.





Afegir aquest connector extra que afegirem, serà un connector in line, per tal de




connector in line i connectar-hi el servei que volguem (recordem que qualsevol mòdul

que s’inserti al sistema, haurà de tenir la propietat de regeneració de senyal).






punts anteriors.

4.3.4.- Sistema.

Farem, tot seguit, un esquema del sistema en un vehicle de gama mitje i

donarem les dades de la fibra que utilitzem i el connexionat.

Fibra òptica: La fibra òptica que utilitzem és de plàstic, d’1 mm de core.



Figura 4-13.- Esquema òptic del sistema a un vehicle de gama mitja



representen amb els noms TX i RX. Tot el sistema segueix la mateixa estructura que la

gama anterior però amb més elements. Per qualsevol dubte es pot consultar l’apartat

anterior (4.2)








4.3.5-1. Càlcul de potència òptica entre el radiocasset/CD i el mòdul RTI.

Des del radiocasset/CD al mòdul RTI, trobem un cablejat (Driving fibra nº 1)

connectat amb un inline (inline A) a un altre cablejat (Rear fibra nº 2).




mòdul radiocasset/CD

2 dB


(3450 mm)

1.14 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



(1240 mm)

0.41 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul RTI

2 dB







MARGE 1.45 dB

Taula 4-6.- Càlcul de pèrdues entre el radiocasset/CD i el mòdul RTI.



4.3.5-2. Càlcul de potència òptica entre el monitor RTI i el reproductor RTI de

CD ROM.

Des del monitor RTI al reproductor de CD ROM, trobem un cablejat (Rear fibra

nº 15) connectat amb un inline (inline B) a un altre cablejat (Driving fibra nº 8).




monitor RTI

2 dB


(2010 mm)

0.66 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



(3220 mm)

1.06 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


reproductor CD ROM

2 dB







MARGE 1.28 dB

Taula 4-7.- Càlcul de pèrdues entre el monitor RTI i el reproductor CD ROM.



4.3.5-3. Càlcul de potència òptica entre el monitor RTI i l’amplificador Hi.Fi.

Des del monitor RTI a l’amplificador Hi-Fi, trobem dos cablejats (Driving fibra

nº 9 i Amplifier fibra nº 16) connectats per un inline (inline C).




monitor RTI

2 dB


(1090 mm)

0.36 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


Pèrdues màximes a la fibra, cablejat Amplifier (nº

16) (1120 mm)

0.37 dB 0.33 dB/m

de pèrdues

Pèrdues màximes per inserció del connector a

l’amplificador Hi-Fi

2 dB







MARGE 2.27 dB

Taula 4-8.- Càlcul de pèrdues entre el monitor RTI i l’amplificador Hi-Fi.

En aquest cas, la potència òptica sobrant, encara ens permetria posar un altre

connector amb un tros de fibra (connector 2 dB i 0.27 dB -> 800 mm de fibra).



4.3.5-4. Càlcul de potència òptica entre l’amplificador Hi-Fi i el mòdul de

telefonia.

Des de l’amplificador Hi-Fi al mòdul de telefonia, hi ha dos cablejats (Driving

fibra nº 13 i Amplifier fibra nº 12) connectats per un inline (inline D).





2 dB


(530 mm)

0.18 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



12) (1120 mm)

0.41 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul RTI

2 dB







MARGE 2.4 dB

Taula 4-9.- Càlcul de pèrdues entre l’amplificador Hi-Fi el mòdul de telefonia.

A l’igual que en el cas anterior, la potència òptica sobrant, encara ens permetria

posar un altre connector amb un tros de fibra (connector 2 dB i 0.6 dB -> 1.800

mm de fibra).



4.3.5-5. Càlcul de potència òptica entre el mòdul RTI i el reproductor CD ROM.

Entre aquest dos serveis només hi ha un cablejat (Rear fibra nº 3) de petites

dimensions i sense cap connexió pel mig, per això l’hem deixat per l’últim.



Pèrdues màximes per inserció del connector aa

mòdul RTI

2 dB


(1050 mm)

0.34 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


reproductor CD ROM

2 dB







MARGE 4.66 dB

Taula 4-10.- Càlcul de pèrdues entre el mòdul RTI i el reproductor RTI.

El cablejat que queda entre el radiocasset/CD i el mòdul de telefonia, és igual

que en la gama anterior (estudi 4.2.5-3), per això no repetirem l’estudi.



4.4.- SISTEMA TELEMÀTIC I MULTIMÈDIA EN UN VEHICLE DEGAMA ALTA AMB TOTS ELS COMPONENTS OPCIONALS.


un vehicle de gama alta.

- Radiocaset amb un carregador per a quatre CDs unitats situat a la

consola central del vehicle.




amb l’aparell de Hi-Fi) i el sostre (antena, micròfons...).

- Un amplificador Hi-Fi a la part davantera

- Un monitor el sistema de GPS mapes de guia per satèl.lit carregats a

un CDROM i pantalla de televisió, també situat a la consola central.

- Mòdul de control RTI amb una unitat de CDROM per carregar

mapes, jocs...

- Un carregador de CDs adicional a la part trasera del vehicle.

- Un sintonitzador de televisió, que situarem també a la part trasera del

vehicle.


alta amb totes les opcions. Si fem una mirada enrera en pot veure com em aconseguit

l’escalabilitat que volia el nostre client, doncs per passar d’una gama a una altra, només

cal afegir els mòduls pertinents i fer les connexions als inlines que hi ha en qualsevol

dels sistemes.

A mode d’exemple per afegir el sintonitzador de televisió, nomé cal agafar un

vehicle amb equipament de gama mitja, desconnectar l’inline B (consultar apartat

anterior) i connectar el sintonitzador en mig.



Figura 4-14.- Equipament d’un vehicle de gama alta amb l’equipament opcional.


gama d’equipament serà de 141.000 vehicles. Aquesta dada és molt important a l’hora

de buscar al mercat preus competitius pel que fa a la fibra òptica i als components

associats a ella (connexionat, maquinaria de manufactura...).


Igual que hem fet a l’anterior versió, per tal d’estalviar molts diners al nostre

client, aprofitarem els cablejats i el rutejats que actualment té en cable convencional per

afegir la fibra òptica, tenint només cura dels radis de curvatura.



4-11). Per seguir-ho amb més claredat, es recomana tenir present la figura 4-14

d’aquesta mateixa pàgina.


pertany


fibra

1Driving Radio amb inline A driving

w/h-rear w/h

3450 mm



2Rear Inline A driving w/h-rear w/h

amb el mòdul RTI

1240 mm

3Rear Mòdul RTI amb el reproductor

de CDROM

1050 mm

4Rear Reproductor de CDROM amb

el carregador de CDs

660 mm

5Rear Carregador de CDs amb inline

B rear w/h-TV w/h

1850 mm

6TV inline B rear w/h-TV w/h amb

sintonitzador de TV

1440 mm

7TV sintonitzador de TV amb inline

C TV w/h-Driving w/h

1440 mm

8Driving In line C driving w/h-TV w/h

amb el monitor RTI

3220 mm

9Driving Monitor RTI amb inline D

driving w/h-amplifier w/h

1090 mm

10Amplifier Inline D driving w/h-amplifier

w/h amb ORBCOM

1170

11Amplifier ORBCOM amb amplificador

Hi-Fi

500

12Amplifier Inline E driving w/h-rear w/h


1120 mm

13

Driving In line E driving w/h-rear w/h


530 mm

14Driving Mòdul de telefonia amb el

radiocasset

690 mm

Tabla 4-11.- Cablejat en fibra òptica pertanyent a la gama mitja.



A l’igual que vam fer a gama baixa i a gama mitja, distribuirem la fibra òptica

pel vehicle, aprofitant el cablejat Driving, és el que distribueix la potència per tots els

serveis que es troven a la part davantera del vehicle. També es torna a profitar el

cablejat Rear, que és el que es distribueix per la part de darrera del vehicle derivant

energia cap als diferents serveis.

La única diferencia que apareix ara, és un nou cablejat el TV que està relacionat

amb el sintonitzador de televisió.



explicat abans. El que sí que es farà a cada mòrul serà la regeneració de la senyal òptica,

per tal de poder mantenir la distància màxima de 4 metres entre el mòduls.





Afegir aquest connector extra que afegirem, serà un connector in line, per tal de




connector in line i connectar-hi el servei que volguem (recordem que qualsevol mòdul

que s’inserti al sistema, haurà de tenir la propietat de regeneració de senyal).




punts anteriors.



4.4.4.- Sistema.

Farem, tot seguit, un esquema del sistema en un vehicle de gama mitje i

donarem les dades de la fibra que utilitzem i el connecxionat.

Fibra òptica: La fibra òptica que utilitzem és de plàstic, d’1 mm de core.



Figura 4-15.- Esquema òptic del sistema a un vehicle de gama alta.



representen amb els noms TX i RX. Tot el sistema segueix la mateixa estructura que la

gama anterior però amb més elements. Per qualsevol dubte es pot consultar l’apartat

anterior (4.2).








Només estudiarem els cablejats que s’han introduit nous i que no estan a la gama

anterior.

4.4.5-1. Càlcul de potència òptica entre el reproductor de CDROM i el

carregador de CDs.

Des del reproductor de CDROM al carrgador de CDs, només hi ha un cablejat

(Rear fibra nº 4).




reproductor de CDROM

2 dB


(660 mm)

0.22 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


carregador de CDs

2 dB







MARGE 2.78 dB

Taula 4-12.- Càlcul de pèrdues entre el reproductor de CDROM i el carragdor de CDs.



4.4.5-2. Càlcul de potència òptica entre el carregador de CDs i el sintonitzador

de TV.

Des del carregador de CDs i el sintonitzador de TV, hi ha dos cablejats (Rear

fibra nº 5 i TV fibra nº 6) connectats per un inline (inline B).




carregador de cdS

2 dB


(1850 mm)

0.61 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


Pèrdues màximes a la fibra, cablejat TV (nº 6) (1440

mm)

0.47 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


sintonitzador de TV

2 dB







MARGE 1.92dB

Taula 4-13.- Càlcul de pèrdues entre l’amplificador Hi-Fi el mòdul de telefonia.



4.4.5-3. Càlcul de potència òptica entre el sintonitzador de TV i el monitor RTI.

Des del sintonitzador de TV al monitor RTI, trobem dos cablejats (TV fibra nº 7 i

Driving fibra nº 8) connectats per un inline (inline C).




sintonitzador de TV

2 dB

Pèrdues màximes a la fibra, cablejat TV (nº 7) (1440

mm)

0.47 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



(3220 mm)

1.06 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul RTI

2 dB







MARGE 1.47 dB

Taula 4-14.- Càlcul de pèrdues entre el sintonitzador de TV i el monitor RTI.



4.4.5-4. Càlcul de potència òptica entre el monitor RTI i el módul ORBCOM.

Des del monitor RTI al módul ORBCOM (només a USA), trobem dos cablejats

(Driving fibra nº 9 i Amplifier fibra nº 10) connectats per un inline (inline D).




monitor RTI

2 dB


(1090 mm)

0.36 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



10) (1170 mm)

0,38 dB 0.33 dB/m

de pèrdues


mòdul RTI

2 dB







MARGE 2.26 dB

Taula 4-15.- Càlcul de pèrdues entre el monitor RTI i el mòdul ORBCOM.



4.4.5-5. Càlcul de potència òptica entre el módul ORBCOM i l’amplificador Hi-

Fi

Des del módul ORBCOM a l’amplificador, només hi ha un cablejat

(Amplificador fibra nº11).




módul ORBCOM

2 dB


11) (500 mm)

0.16 dB 0.33 dB/m

de pèrdues



2 dB







MARGE 4.84 dB

Taula 4-16.- Càlcul de pèrdues entre el módul ORBCOM i l’amplificador Hi-Fi.



4.5.- ESTUDI COMPARATIU DEL PES DEL SISTEMA.

Una de les raons que vam exposar quan es va decidir fer el sistema en fibra

òptica, va ser el pes, doncs els cablejats en fibra òptica pesen menys que els de coure, si

a més afegim que el cable de coure que hauriem d’utilitzar per implementar algunes

funcions seria apantallat o coaxial, l’estalvi de pes es veu més accentuat.

Per realitzar aquest estudi hem implementat unes taules estàndars on es veuen

tots els elements (cables, connectors, i altres elements) que pertanyen als cablejats (cada

cablejat té la seva taula) amb el seu pes, la quantitat d’ells que anirien al sistema, en cas

d’implementar-ho amb cable convencional i per tant el pes total del sistema escollint

aquesta opció.

Per una altra banda, hem utilitzat les mateixes taules per llistar tots els elements

relacionats amb el sistema en fibra òptica (la pròpia fibra, el connexionat, etc...). A

l’igual que en el cas anterior, també es veu representat el pes de cada component, la

quantitat (o longitud) i el pes total.

Aquestes taules estàndars els poden veure a la pàgina següent amb els

comentaris pertinents per tal de fer la seva compresió més fàcil, i que puguin ser

omplertes en cas de voler afegir qualsevol component o comprovar el resultat d’algunes

de les parts.

Per no fer el document molt extens, només mostrarem els quadres resum que

hem fet a partir d’aquestes taules, amb els valors més representatius, i les gràfiques que

hem elaborat a partir de les dades obtingudes

Veurem, més endavant, tres gràfiques derivades de l’estudi. Una, amb la

quantitat de cables que ens hem estalviat, una altra amb la reducció de pes per cada una

de les games, i una última la diferència de pes per cada una de les games i cablejats.



4.5.1.- Fulles de càlcul del pes del sistema.

Taula 4-17.- Fulla 1 de càlcul del pes.

carascterístiques delscables

Pes engrams permetre

Pes totaldelcablejat

Nombre totalde cablessegons tipus

Pes totalde tots elscablejats

Pes engrams perunitat

Pes totaldelconnector

Tipus deconnexionat



Taula 4-18.- Fulla 2 de càlcul del pes.

Una vegada hem omplert aquests quadres per cada un dels cablejats, el resultat

que s’obté, en termes de reducció de pes, i d’una manera indirecta, de reducció de cost,

tant al client com al consumidor final, s’ha fet un quadre resum on es veu representada

l’optimització en pes obtinguda.

Altrescomponentsdel cablejat

Nombre decomponentsextres delcablejat

Pes de cadacomponent



Farem una breu explicació per poder entendre i llegir la taula resum.

Taula 4-19.- Taula resum.

A les tres primeres columnes, tenim llistats els pesos dels cables que s’utilitzen a

cada aplicació. La primera columna és el pes dels cables que s’utilitzen (inclosos els de

fibra òptica). La segona columna representa el pes dels cables que s’utilitzarien en cas

de fer tot el sistema en cable convencional. La tercera és l’estalvi en pes de cable

convencional que s’obté.

Per fer-ho més entenedor agafarem com exemple l’amplificador (un cas extrem).

Trobem que el pes de cables que utilitzarà el nostre sistema en fibra òptica és de 12. Si

fem el mateix amb cable convencional pesaríem 194 grams, per tant obtenim un estalvi

de 182 grams. Les taules 4-18 i 4-19 es poden veure amb més detall a l’ANNEX 2

El mateix es pot explicar pels connectors. Mirant el quadre resum es pot veure

com, en alguns casos, l’estalvi en connexionat és molt elevat (22 grams pels connectors

de l’amplificador * OCM), a l’igual que en altres components.

Al final del quadre trobem el total de grams que s’estalvia per cada una de les

games d’equipament.



4.5.2.- Resultats de l’estudi de l’estalvi de pes.

Com hem dit anteriorment representarem tres gràfiques representatives de

l’estalvi que obtenim fent el sistema en fibra òptica. La primera gràfica representativa

serà la quantitat de cables que estalviem.

Figura 4-15.- Optimització del sistema en cables.

Com era d’esperar la gama de vehicle que té més estalvi en quantitat de cables és

la gama alta. El nombre de components que equipa la gama alta és més elevat que les

altres, així doncs es veu com normal aquest resultat. El nombre total de cables que

s’estalvia és de 69.

No obstant les altres dos games també tenen un bon nombre de cables menys.

Veiem que un vehicle de gama baixa, té un estalvi de 10 cables (cada un de diferent

longitud, secció i tipus – trenat, apantallat... - ). Aquests 10 cables són els que hem

pogut treure de la telefonia i el carregador de CDs, degut a l’utilització del protocol

MOST amb fibra

Pel que fa als vehicles de gama mitja, l’estalvi de cables puja a 36, trets també

dels elements que componen l’anell MOST.

Aquest estalvi de cableries incideix directament al pes del vehicle. Si mirem al

quadre resum que hem fet abans, es veu aquesta incidència dirècta.



Una vegada saben el nombre de cables que ens estalviem a cada gama, és molt

interesant saber quin és l’extalvi total en pes del nostre sistema. Per això representarem

la segona gràfica.

Figura 4-16.- Reducció de pes.

Efecte directe de l’estalvi de cables és la reducció del pes del sistema. A la

gràfica hem representat quin és aquest estalvi dividit en versions de vehicles, i per

cablejats.

Igualment al que passava amb l’estalvi de cableries, explicat anteriorment, són

els vehicles de gama alta els que tenen un estalvi major de pes, doncs si mirem al quadre

resum (Taula 4-19) comprovarem que gràcies al sistema MOST en anell, ens hem

estalviat el bus MELBUS que penalitzava molt en pes. Una vegada substituit aquest bus

pe nostre sistema en fibra òptica, també es veu reduit el nombre de componets adjacents

(connectors, terminals...).

Per cablejats, el que obté més estalvi en pes és el Driving w/h. Aquest és un

cablejat que recorre el cotxe de punta a punta i per tent les dimensions són cosiderables.

Si aquest cablejat es veu alleugerit de tot el coure, el resultat é el que hem obtingut, un

estalvi en pes bastant gran.



Els altres cablejats (Rear, TV, etc) no tenen un estalvi tan gran de pes, ja que la

seva longitud no és tan gran, pero fer aquests cablejats en fibra òptica també tenen molta

importància. A més de que hem de tancar l’anell amb fibra òptica, si, per exemple,

agafem el cablejat TV, una manera alternativa de fer-ho seria amb cable apantallat. Una

cable apantallat, a més de tenir un pes elevat, és molt incòmode de manipular, doncs no

té la flexibilitat que té un altre cable, afegit trobem que el connexionat de cable coaxial

és molt fràgil i la seva manufactura és molt complicada. Per aqueste raons, encara que

l’estalvi en pes del cablejat TV no sigui tan elevat, és molt important implementar-ho

amb fibra òptica.

Per acabar, mirarem la comparativa de pes de cada versió en cada cablejat.

Figura 4-17.- Reducció de pes per versió i cablejat.

En un vehicle de gama baixa, tenim un estalvi de 229 grams del cablejat driving

(ja hem dir que era el més gran), però per contra ens penalitza el cablejat Rear afegint

31 grams (degut a que aquest cablejat no existia i l’hem afegit per equipar el carregador

de CDs).



Tot i amb la penalització del cablejat Rear, en els vehicles de gama baixa tenim

un estalvi total de 198 grams, que representa un 1.1% respecte fer-ho amb coure.

Al vehicles de gama mitja, ja ens trobem que en tots el cablejats tenim estalvi de

pes. El cablejat Driving, continua tenint el major estalvi amb 534 grams, seguit pel

Amplifier amb 95 grams i per últim el Rear (que en aquest cas ofereix un estalvi degut a

que en aquesta gama ja teniem cablejat Rear per les funcions del CDROM) amb un

estalvi de 193 grams.

Per últim els vehicle de gama alta són els més atractius desdes punt de vista

d’estalvi. El cablejat Driving, torna a ser el que ofereix el major estalvi amb 534 grams

(recordem que el bus MELBUS ha sigut substituit per la fibra òptica de MOST), seguit

pel Amplifier amb 87 grams el Rear amb un estalvi de 193 grams, el TV amb un estalvi

de 31 grams i per últim un troç del bus MELBUS implementat amb fibra òptica amb un

estalvi de 75 grams.

Si fem un reconte dels pesos del cablejats, trobem que al cablejat Driving ens

estalviem 13.273 grams, al Rear 3.918 grams, el TV 31 g i el MELBUS 75 g, a la

fabricació de tres cotxes, un per cada gama.

4.6.-ESTUDI COMPARATIU DEL COST DEL SISTEMA.

Per acabar l’estudi del nostre sistema, veurem les implicacions que té en cost.

Farem una comparativa del que ens costaria desenvolupar, el sistema presentat per les

tres games, amb cable convencional i amb fibra òptica utilitzant la tecnologia MOST.

Recordem que en el cas d’utilitzar cable convencional, degut als requeriments

que tenen certs senyals, el cable a utilitzar serà especial (en molts casos apantallat – com

al cablejat TV), el que encareix molt el preu, doncs tant el preu del cable com la

manipulació com el connexionat d’aquest tipus de cable és car.

Amb la fibra òptica aquests requeriments es cumpleixen, doncs la senyal òptica

no necessita estar protegida d’altres senyals disturbants externes ja que no es veu

afectada per radiacions.



A priori ens pot semblar que la fibra òptica pot ser més cara que el cable

convencional, pero com demostrarem a continuació això no és així. Representarem amb

una gràfica l’estudi de cost per les tres games.

Figura 4-18.- Cost per les diferents games.

La versió que sur més malparada és la gama baixa de vehicles. Com veiem a la

gràfica, el preu d’implementar el sistema amb tecnologia MOST amb fibra òptica, és

més elevat que implementar-ho amb cable convencional.

La raó d’aquest cost més elevat és per que, a més de que el volum és menys

elevat que a les altres versions, l’equipament que munta no és tan especial com per

necessitar cable de coure especial (apantallat...), sino que pot anar cablejat amb fil de

coure normal.

Si pujem a la versió mitja, veiem que el cost d’implementar el sistema emb

tecnologia MOST amb fibra òptica i el d’implementar-ho amb cable convecional,

s’iguala.

En aquesta versió la quantitat i l’especialització del cable convencional substituit

és més elevada, degut a que els elements que munta són més sensibles a camps externs i

el cable de coure amb el que s’haurien de cablejar és més car.

Un altre element que influeix en el cost és el volum de vendes, en aquest cas és

més elevat i per tant l’influència del cost de la fibra al cost final del vehicle es veu

atenuat.


Luis Miguel Muñoz Pàg100

Per últim tenim la versió alta. En aquesta gama es veu clarament com s’han

invertit els resultats. En aquest cas el cost de muntar el sistema amb tecnologia MOST

amb fibra òptica és més baix que fer-ho amb cable convencional.

L’equipament d’un vehicle de gama alta és prou especialitzat (TV, internet,

CDROM,...) com per necessitar especificacions del cable de coure que l’encareixen

molt, i que en canvi la fibra òptica les pot assumir amb facilitat.

Figura 4-19.- Estalvi del cost segons versions.

A més de l’espacialització de l’elements que encareixen al cable de coure, tenim

que el volum de vehicles també és elevat i pertant, a l’igual que passa amb la versió de

gama mitja, fa que el cost baixi.

Com a conclusions a l’estudi podem dir:

- Per fer aquest estudi hem considerat els materials i els temps de

manufactura.

- L’estalvi de cost augmenta amb la versió.

- El pack de televisió té un cost molt més elevat amb cable de coure

que amb fibra òptica (cable d’antena).

- El concepte de sitemes multimedia millora l’escalabilitat.



5.- CONNEXIONAT EN FIBRA ÒPTICA.

5.1.- Introducció.

En els capítols anteriors hem definit quin seria el nostre sistema, hem fet una

comparativa entre dissenyar el sistema en fibra òptica o en cable de coure convencional,

hem dissenyat el sistema i l’hem calculat. Per últim, seguint aquest desembolupament

‘top-down’, dissenyarem el connexionat que utilitzarem.

Un bon disseny de connexionat és foça important pel sistema, doncs si fem una

mirada enrera, veurem que és als connectors on es provoquen les més grans caigudes de

potència òptica, cosa que ens interesa reduir al màxim

Hem dividit aquest disseny en tres fases, per tal de seguir amb la filosofia de

desembolupament ‘top-down’ del document:

1.- Disseny d’un connector per fibra òptica.

Mirarem quina sol.lució adoptarem per l’engastadura i com assegurarem

l’alineament entre les dos fibres que connectem.

2.- Disseny d’un connector híbrid.

Un connector híbrid serà un connector composat per les vies de fibra òptica i

vies elèctriques normals.

Amb aquest tipus de connexionat aconseguirem cumplir amb sistemes

complexes.

3.- SMART.

Un connector SMART és un connector ‘intel.ligent’ que transforma la senyal

òptica que li arriba en una senyal elèctrica.

Amb aquest tipus de connector ja no haurem de tenir tanta cura de la zona de

transmisió de senyal entre una fibra i una altra, a més de disminuir les caigudes

de potència òptica a la unió entre fibres.

Tota l’electrònica de transducció de senyal anirà integrada al mateix connector.



5.2.- Generalitats pel disseny d’un connector per fibra òptica.

Quan es comença a dissenyar un connector, es pensa com serà com distribuirem

les vies a fi i efecte d’ocupar el mínim espai, etc. Però en el que no és pensa, gairebé

mai, és en les pèrdues que tindrem i com minimitzar-les.

En tota conexió, tant elèctrica com òptica – i en el cas òptic veurem que és més

crític -, trobem les pèrdues més importants de tots els sistemes. Si mirem una connexió

elèctrica, tenim caigudes de tensiò entre els dos contactes i en la unió estre el cable i el

terminal. Aquestes caigudes de tensió poden ser més elevades que les propies de tot el

sistema, i poden arribar a ser un problema.

El mateix passa a les connexions òptiques. Als contactes òptics es provoquen les

pèrdues més elevades del sistema, només cal mirar el capítol anterior on es veuen els

càlculs del nostre sistema.

5.2.1.- Pèrdues en les connexions òptiques.

Dintre d’una connexiò òptica, poden haver diversos motius que provoquin

pèrdues. A la Figura 5.1 tenim diversos exemples.

Figura 5-1.- Pèrdues a les connexions òptiques.

La separació de les parts finals és un efecte que es produeix quan les fibres no

arriben a tocar-se i hi ha un espai d’aire entre ambdues. Aquest problema sen’s pot



donar a les connexions si no asegurem que el connector ha arribat fins al final. Per tenir

calculat i minimitzar aquest efecte, farem estudis de toleràncies que ajustar al màxim les

dos parts.

El desalineament angular es produeix quan les dues parts tenen diferent angle

d’incidència. Sen’s pot donar als nostres connectors, aquest efecte, si tenim un mal ajust

de les dos parts.

Un altre problema és el desplaçament lateral. Aquest desplaçament es pot

provocar al nostre connexionat amb un mal desajustament entre les dos parts. Per

minimitzar aquest deslineament farem també un estudi de toleràncies per ajustar el

connector i la contrapart el màxim possible.

Per últim, tindrem le problemàtica de les superfícies rugoses. Aquest efecte es

produeix quan no hi ha hagut un bon puliment de la terminació de la fibra. La única

sol.lució per minimitzar aquest defecte és assegurar que les persones que munten el

cablejats, rebin una formaciò adecuada, per que coneguin i evitin les causes que poden

provocar un funcionament defectuòs del sistema.

Totes les pèrdues que hem vist fins ara eren provocades pels defectes de la

pròpia connexiò, però a més a més d’aquestes pèrdues, tenim unes altres provocades pel

fet d’assegurar la fibra dintre del connector.

Figura 5-2.- Terminal per cables de coure i ferrula per fibra òptica.



Si tornem al símil elèctric – el que més coneixem fins ara -, el connector, tal i

com el veiem per fora, només és una interfase de plàstic, dintre de la qual allotgem uns

terminals metàl.lics que porten ‘enganxats els cables de coure’ (Veure figura 5-2). El

mode en el que es dona aquesta unió entre el cable de coure i el terminal, és mitjançant

un engastat. L’engastat és un atrapament dels fils de coure entre dos aletes del propi

terminal, provocant el contacte per presió.

La part plàstica del connector, només serveix per provocar i assegurar la unió

entre les dos parts, però el traspàs d’informaciò entre les dues branques, realment es fa

pels terminals.

Amb la fibra òptica passa exactament el mateix. Tenim una part plàstica, que és

el que veiem externament, la fibra òptica, propiament dita, i el terminal que en aquest

cas es diu ferrula.

A la unió entre la fibra i la ferrula també tindrem importants pèrdues, i a

continuació veurem com i perqué es donen.

Al igual que passa amb els terminals elèctrics, hi ha moltes maneres d’unir la

fibra òptica amb la ferrula, però degut a que al sector de l’automòvil les especificacions

que han de suportar tots els elements muntats a un vehicle han de ser molt dures, la

millor manera d’assegurar una fibra dintre del connector, és engastant la ferrula igual

que fem amb els terminals i el coure.

Figura 5-3.- Ferrula. Unió fibra òptica-ferrula.



5.2.2.- Manufactura d’un connexionat en fibra òptica.

El procés de manufactura que explicarem a continuació, té també el seu símil

elèctric en el que s’anomena el cablejat del connector. Aquest procés de manufactura no

vol dir res més que agafar la part plàstica i insertar-hi els trerminals ja engastats amb la

longitud de cable de coure necessaria.

Doncs bé, el procés de manufactura del connexionat seria el procés de ‘cablejat’

dels nostres connectors de fibra òptica, amb la fibra. Aquesta manufactura estarà

dividida en cinc passos.

5.2.2-1.- Tallar i pulir la fibra.

El primer que farem serà tallar la fibra a la longitud necessaria. La fibra òptica es

servirà a les plantes de cablejats en rotllos de 1000 m.

Quan es dissenya el cablejat del vehicle, unes de les coses que vam dir que es

defineix és la longitud de tots els cables que van dintre, així doncsen tots els casos

sabrem exactament la longitud de fibra que hem de tallar.

Figura 5-4.- Procés de tall i pulit de la fibra.

Degut a que la fibra arribarà en aquestes bobines de 1000 m, el primer pas que es

fa, quan es comença a desenrotllar, és destensionar la fibra, doncs com està durant



bastant de temps a la bobiba, agafa la forma i al desenrotllarla no queda perfectament

recta, i això, com ja sabem, ens pot provocar pèrdues importants.

Per aquest procés, a mida que es va traient la fibra de la bobina, es fa passar,

tensionada, per una zona climatitzada a una temperatura de 5º C. Així aconseguirem

tenir una longitud determinada, completament recta.

Un cop tenim tallada la fibra es puleixen les terminacions per evitar les

imperfeccions del tall.

5.2.2-2.- Pelat de la fibra.

Un cop tallada a mida, completament recta i amb les puntes pulides, es passa al

pelat de la fibra.

El pelat de la fibra no és res més que treure el cladding i deixar el core

completament a l’aire.

Figura 5-5.- Procés de pelat de la fibra.

En aquest procés el que hem de tenir en conta és calibrar molt bé, per tal de no

provocar cap desperfecte al core.

5.2.2-3.- Engastat de la fibra òptica a la ferrula.

Com hem dit abans, la unió entre la fibra i la ferrula serà mitjançant una

engastadura.

Si la màquina que fa el pelat de la fibra, havia de tenir molta precisiò i havia

d’estar molt ben calibrada, la que ens fa l’engastadura encara ha de ser millor, ja que és

aquí on ens podem trovar les pèrdues més grans de tot el sistema.



L’engastadura es farà a la part del core, tal i com es veu a la figura 5-6.

Figura 5-6.- Engastadura de la ferrula a la fibra.

L’engastadura de la fibra es farà per quatre punts (Figura 5-7). Aquesta

engastadura té dues misions principals i molt importants. La primera és assegurar que la

fibra quedarà unida a la ferrula, i per tant al connector, cumplit unes especificacions

d’arrancament. La segona misió és evitar, en tot el possible, provocar unes grans

pérdues.

Figura 5-7.- Tall una fibra engastada.



5.2.2-4.- Puliment i acabament superficial del contacte.

Quan ja tenim la fibra engastada amb la ferrula, el següent pas és el puliment de

la superfície de contacte.

Degut als procesos pels que ha hagut de passar la fibra, tallat, pelat i sobre tot

l’engastat, l’acagt de la fibra no es l’ideal. A més, pot ser que la fibra hagi quedat més

sontint del final de la ferrula o al contrari. Amb aquest puliment s’igualarant les dos

superfícies i les deixará completament planes (idealment).

Figura 5-8.- Acabament d’alta qualitat.



5.2.2-5.- Test i procés d’acabament.

Per últim, quan ja hem passat per tot el procés. Només ens queda testejar el llaç

per veure que no hi ha hagut cap incorrecció en cap d’ells.

Fent aquest simple test detectarem si hi ha quelcom que no està d’acord a

especificacions, doncs el que fem, és mesurar l’atenuació total del llaç. Aquesta mesura

ens dona informació de l’atenació que s’està donant per longitud de fibra, per

l’engastadura i per l’acabament superficial de la terminació de la fibra.

Figura 5-9.- Test i procés d’acabament.

Si el test d’atenuació ha donat dintre d’especificació, aquell laç es donarà com

OK i es protegiràn les ferrules amb la fibra amb uns caputxons de plàstic per evitar que

la fibra (sobre tot de la part del contacte) es faci mal bé en el procés de transport i

manipulació fins a ser insertada al connector.

Un cop ja hem vist quines són les generalitats que es donen en tots els connector

en fibra òptica, i que s’han de tenir molt en conta, doncs d’ells depenen la funcionalitat

del propi sistema, passarem al disseny propiament dit del connexionat.



5.3.- Disseny d’un connector per fibra òptica.

Un cop hem repassat quina serà la sol.lució adoptada per la unió entre la fibra i

la ferrula, i quin serà el procés de manufactura del cablejat, dissenyarem la part plàstica,

que hem dit que només serà l’interfase, estudiant com la ferrula amb la fibra poden ser

allotjades en el seu interior a fi i efecte d’assegurar el traspas d’informació.

Com hem vist a l’apartat 3, on parlavem del MOST, aquest protocol defineix dos

línies de fibres per on passarà l’informació. Així doncs el connector que dissenyarem

serà un connectors per fibra òptica de dos vies.

Recordem alguns dels requeriments de disseny que seguirem seran:

- Assegurament de la ferrula al connector.

- Assegurament de la fibra òptica al connector.

- Funcionament del conjunt.

Figura 5-10.- Connector MOST per fibra òptica.

El primer pas a l’assemblatge del connector és introduir el conjunt ferrula-fibra

(a partir d’ara només direm ferrula quan ens referim al conjunt) a la part plàstica.

La ferrula s’insertarà fins que les aletes anteriors facin tope al final del

connector, tal com es veu a la figura 5-11.

Un cop s’hagin posat a les seves cavitats corresponents, es posarà una tapa

posterior a fi i efecte de que les ferrules quedin insertades i no puguin escapar.



Farem el mateix a la part femella que a la part mascle, encara que a la part

mascle hi ha alguna diferència que destacarem a continuació.

Si recordem la figura 5-3, veiem que juntament a la ferrula tenim una molla.

Aquesta molla serveix per assegurar la posició de la ferrula dintre del connector i alhora

serveix per assegurar el contacte entre les dos superfícies de la fibra.

Figura 5-11.- Connexió entre el mascle i la femella.

Com es veu a la figura una de les parts que formen el connexionat, concretament

a la part mascle, és on col.locarem aquest tipus de ferrula-fibra-molla.

En condicions de desconnexió, la molla empeny cap a fora la ferrula, deixant el

cap fora, fent tope a les mateixes aletes.

Quan connectem la part femella, arribarà un moment en que aquesta, farà

interferència amb els caps de les ferrules que sobresurten de la part plàstica del mascle

enfrontant-se les quatre ferrules dos a dos.

Però el connector encara no està connectat. Per acabar-ho de connectar hem de

continuar fent presió obligant a que les ferrules de la part mascle retrocedeixin fins que

les dos parts plàstiques quedin encliquetades.



Aquest efecte de fer retrocedir les ferrules afavorirà el contacte entre les dos

parts del connector, doncs com a mínim dels possibles errora que hem explicat al

començament del capítol, haurem eliminat el provocat per deixar zones d’aire entre els

contactes.

El segon punt que estudiarem serà com assegura la fibra dintre del connector.

Degut a que les diverses peces que composen el connexionat han d’entrar unes

dintre de les altres i s’han de poder muntar, han de tenir joc entre elles. Si mirem el cas

les ferrules, han d’entrar amb el suficient joc com per que la seva inserció es pugui fer

per una persona.

No oblidem que juntament amb la ferrula hi ha la fibra i que tot el sistema estarà

muntat a un cablejat de més o menys tamany, que estarà muntat amb cables

convencionals i que per tant rebran el mateix tracte. Això que vol dir, doncs que les

fibres estaran sotmeses a estirament que seran transmesos a la ferrula i que poden

provocar que la fibra surti de la ferrula. Aquests estiraments, a més, es veuran agreujats

pel fet del joc que hi ha a la cavitat on s’inserta la ferrula.

Per evitar això hem d’assegura d’alguna manera que tots els esforços

d’estirament que puguin sofrir les fibre no es comuniquin a la ferrula. Per fer això hi ha

un element que es diu strain relief.

Figura 5-12.- Detall de l’strain relief A.



Al nostre disseny aprofitarem la tapa que hem de posar a part de darrera de les

dues parts dels connector, per fer aquest strain relief.

Simplement als forats que hem deixat per que passi la fibra hi ha un estrinyiment

per a que aquesta quedi atrapada

Figura 5-13.- Detall de l’strain relief B.

Per últim veurem com assegurar el correcte funcionament minimitzant les

pèrdues.

Hem dit al principi del capítol, que la millor manera de fer que les pèrdues es

minimitzin, és controlar el joc que tindran les parts plàstiques entre si per evitar que

aquest potencial moviment es tradueixi en desalineacions o en gaps d’aire.

A continuació es poden veure els planols de les peces de les que farem l’anàilisi.

La primera peça es el que hem anomenat connector femella, la segona és un housing, o

connector mascle, on síntrodueix la primera.







Tolerance analisys

Nº Female Male Gap Remarks

0,05 0,051 12.4 -0,1 12,5 -0,05 0,15

0 0,05 0,052 6,7 -0,1 6,8 -0,05 0,15

0 0 0,023 2,9 -0,03 2,95 -0,03 0,09

0,2 0 -0,54 4,4 4,15 -0,05 -0,25

0,1 0,1 0,15 20,3 -0,15 20,5 0 0,45

0 0,26 min 6,6 6,4 0,5 0,7

0 0,05 -0,757 13,4 -0,1 12,5 -0,05 -0,95

0,2 0 -0,18 1,8 0 1,7 -0,2 -0,5

0 0,1 -0,39 1,6 -0,1 2 0 -0,6

Donarem ara un cop d’ull, un a un als resultats que hem obtingut de l’analisis

que hem fet. Per que sigui més fàcil seguir-ho, recomanem tenir presents els dos planols

anteriors.

El primer i el segon resultat representen el jos que tindrà la part femella dintre de

la part mascle.

Figura 5-14.- joc lateral de la part femella dintre del mascle.

Veiem que aquest joc és com a màxim 0.15 mm en ambdós direccions. Aquest

joc ens provocarà unes pèrdues pròpies de desalineaments entre les fibres. En els pitjors

dels casos tindrem unes pèrdues quivalents a un descentrament de 0.15 mm en les dos

direccions.



El tercer i quart resultat ens demostra com el joc que tenim a les parts externes

del connector, es veu minimitzat quan el trasladem a la ferrula-fibra. La part que hem

anomenat femella entra dintre d’un allotjament intern a la part mascle, i el joc que abans

deiem que era 0.15 mm es veu minimitzat a 0.09 mm.

Una altra de les dades important que ens dona quest anàlisi de toleràncies és el

gap que es deixa entre les dos fibres contraposades.

Es despren de l’anàlisi que quan connectem les dos parts, es queda un gap entre

0.1 mm i 0.45 mm. Si recordem apartats anteriors hem explicat que a la part mascle, la

ferrula aniria amb una molla, i que aquesta molla serviria per asegurar el contacte entre

les dos superfícies.

Figura 5-15.- Enfrontament de les dues fibres.

Doncs bé, en aquest anàlisi es veu com queda justificada la utilització d’aquesta

molla.

La resta de dades que hem tret de l’anàlisi de toleràncies simplement són valors

que justifiquen el funcionament en tant que polaritzacions, encliquetatges etc.



5.4.- Disseny d’un connector hibrid.

L’aplicació que hem vist anteriorment serveix tant per connexionat in line com

per connexionat a placa PCB. El connexionat que veurem en aquest capítol només és

vàlid per connexions a placa PCB o a mòdul electrònic. Comencem explicant que és un

connector hibrid.

Anomenem connector hibrid a aquell tipus de connexionat que convinarà vies

òptiques i vies elèctriques. Això vol dir que dintre del mateix plàstic, i la mateixa

operació, conectarem tant electricitat com senyal òptica.

Aquest tipus de connectors s’utilitzaran en el cas de que a més de portar senyal

al mòdul també es necessiti portar potència o simplement dos tipus de senyal – òptica i

elèctrica -.

Aquesta característica es pot donar, per exemple, als aparells d’audio. El

radiocassette del cotxe és un clar exemple de la necessitat d’aquesta barreja de tipus de

vies.

En aquest tipus de connectors es complementes les ventatges que tenim per

utilitzar la fibra òptica, amb els seus inconvenients perfectament sol.lucionats doncs

amb la fibra òptica només podem portar senyal d’un mòdul a un altre, però qué passa

amb la potència?

Així com el senyal es pot transformar en llum – en aquest cas – la potència que

necessiten els mòduls per funcionar no es pot transformar en res, ha d’arribar als mòduls

en forma d’electricitat

La poténcia i inclús alguns senyals de petita potència, han d’arribar o sortir del

mòdul de manera elèctrica, en canvi, el senyal que va cap als altaveus o cap al display –

en cas que vagi separat – serà òptica i conduida a través de la fibra.

El connector que dissenyarem serà un connector de dos vies òptiques i quatre

vies elèctriques. Com hem dit abans, les dos vies òptiques seran per senyal i les quatre

elèctriques seran tant per potència com per senyal.



Estudiarem tres varietats de connector:

- Connector monobloc. On les vies òptiques i elèctriques estaran disposades al

mateix mòdul.

- Connector compacte a les vies elèctriques. Serà un connector elèctric on les

vies òptiques s’afegiran de manera externa.

- Connector totalment modular. Les vies elèctriques i òptiques es connectaran

a un marc formant així un tot.

A continuació veurem una a una les tres varietats.

5.4.1.- Connector monobloc.

El disseny d’aquest connector serà totalment unitari. Això vol dir que les vies

elèctriques i òptiques formaran part de la mateixa part plàstica. A la figura es pot veure

clarament com seria.

Al ser un connector per MOST, la part externa ha de seguir una preconització,

doncs la contrapart, allà on es connectarà té una forma predeterminada. Això ho hauran

de complir tots els connectors que dissenyem.

Figura 5-16.- Connector monoblock.



Però fer un connector monobloc com el de la figura 5-16 té una serie

d’inconvenients

- L’inconvenient més gran és que el volum per aquest tipus de connectors no

és molt elevat i per tant el preu seria molt elevat.

- La reproductibilitat es baixa també degut al volum i només podem utilitzar-

lo per aquella aplicació.

- Connector dissenyat totalment a la mida.

Però tot no són inconvenients. Com a ventatges té el temps de muntatge. Al ser

un conector totalment compacte la única operació de muntatge és la que es fa amb els

terminals i les ferrules.

5.4.2.- Connector compacte a les vies elèctriques.

Un primer pas de descompactació sería aquest connector. És un connector amb

la mateixa forma externa que l’anterior – recordem que això és oblgatori per MOST –

però les vies òptiques es cablegen externament i s’afegeixen a la resta del connector

abans de ser conectat al mòdul.

Figura 5-17.- Connector compacte a les vies elèctriques.



A la figura 5-17 es pot veure com la part plàstica que porta les vies elèctriques té

un allotjament per connectar el connector de dos vies òptiques.

El procés de manufactura d’aquest connector seria el següent.

1.- Preparació del cables tant elèctrics com òptics (engastar).

2.- Cablejat dels connectors tant òptic com elèctric.

3.- Muntatge del connector òptic al frame del connector elèctric. El conjunt està

preparat per ser connectat a la contrapart.

Però aquest disseny també té inconvenients.

- El disseny de la part elèctrica continua tenint un baix volum, així doncs el

preu encara no seria del tot baix.

- Temps de muntatge afegit, degut a que ara tenim una operació més que és la

del muntatge del connector òptic a l’elèctric.

Però ara les ventatges també augmenten, sobre tot la part que implica al preu:

- Connector òptic estàndar MOST. Increment de volum ja que el connector

òptic s’ultilitza a més aplicacions.

5.4.3.- Connector totalment modular.

Per últim dissenyarem un connector totalment modular. Aquest connector estarà

configurat per un marc, que tindrà la forma externa preconitzada per MOST, un

connector elèctric que quatre vies i un connector de dos vies – el mateix que hem

utilitzat amb anterioritat.

Amb aquest sistema guanyem un nombre important de ventatges que abans, als

dos models anterior teniem com inconvenients:

- El connector de quatre víes elèctriques pot tenir un volum més elevat. Aquest

connector es pot utilitzar en altres aplicacions estàndars de una manera

totalment oberta. Això fa que el volum augmenti i les inversions per la

fabricació d’aquest connector estiguin repartides en més nombre de peces,

fent que el preu final sigui del tot competitiu.

- El connector de dos víes òptiques també és del tot estàndar i el podrem

utilitzar, al igual que al cas anterior, en altres aplicacions on només



necessitem la connexió de dos vies òptiques. Al igual que abans, això fará

que el preu disminueixi molt.

- És un connector totalment reaprofitable i on la reproductibilitat és molt

elevada.

Com inconvenients tindrà:

- Augment dels temps de muntatge. Al ser més mòduls el temps d’assamblatge

d’unes peces a les altres augmentarà.

- El volum del frame continua sent poc, però com ara tenim meny material

plàstic, el preu disminuirà considerablement respecte als casos anteriors.

Figura 5-18.- Connector modular.



5.5.- Connector SMART.

Com sabem dels capítols anteriors, els sistemes en fibra òptica ofereixen unes

prestacions molt bones en la transmisió de senyal amb una gran qualitat i té unes

aventatges molt importants. Però també hi han uns grans inconvenients a l’hora de

treballar amb la fibra, com per exemple pèrdues a les connexions, pèrdues per brutícia

als contactes etc.

Hem intentat reunir totes les aventatges que ens donen els sistemes en fibra

òptica i hem donat sol.lucions a tots els inconvenients que tenen, sobre tot a la part de

connexionat, i això ha donat lloc al connector SMART.

Com hem introduit als primers capítols, hi ha la possibilitat de fer la conversió

òptica-elèctrica a la pròpia placa d’electrònica, on penalitzariem espai i cost final, i

llavors el connector seria purament òptic, o bé, fer aquesta conversió òptica elèctrica al

connector.

Hem anomenat connector SMART a un tipus de connector ‘intel.ligent’.

L’objectiu d’aquest connector és que tingui com entrada senyals òptiques i com a

sortida senyals elèctriques i a l’inrevés. Així doncs un connectors òptic SMART serà

aquell que tenint com a entrada senyals òptiques, les conveteix internament a senyals

elèctriques o a l’inrevés, passant de tenir un sistema purament òptic a tenir un sistema

elèctric virtual.

Utilitzar aquest tipus de connexionat implica unes ventatges molt clares respecte

a un tipus de conexionat purament òptic.

- Les pèrdues produides per les connexions òptiques es minimitzen. Al fer-se

la traducció interior es pot millorar molt aquest contacte, doncs els gaps entre

les connexions, els angles de desviament i els altres paràmetres, també

queden minimitzats

- Les pèrdues als contactes òptics degut a la pols són nules. Al no tenir

contactes òptics no pot haver acumulacions de pols i per tant les pèrdues

degudes a aquest són nules.



Desemboluparem al llarg d’aquest apartat una nova concepció de connexionat

elèctric a un sistema òptic.

Figura 5-19.- Esquema bàsic dún connector SMART

Com veiem a la figura 5-19, i hem explicat anteriorment, la idea és que al mateix

espai, amb les mateixes dimensions on abans teníem un connector de dos vies òptiques,

ara tinguem dos vies elèctriques, amb la particularitat que com entrada al connector

tindrem dos vies òptiques que aniran internament connectades a un conversor òptic

elèctric i tindrem com a sortida dos vies elèctriques.

Figura 5-20.- Pas d’un connector MOST a un SMART.



Però com tot, aquest pas de fer un connector elèctric virtual a un sistema òptic té

els seus ventatges a inconvenients. Com a ventatges tenim:

- A les plantes cablejadores no han de fer cap connexiò òptica, ni de muntatge

dintre del connector, ni de muntatge al frame.

Això representa molt estalvi en quean temps, cura al fer les maniobres de

connexió, i entrenament especial per les persones que manipulin aquest

producte.

També estalviaríem en elements de protecció per les ferrules i connectors

òptics com caputxons, etc...

- Elements òptics totalment testejats. És una altre estalvi per les plantes

cablejadores, doncs s’estavien els tests de continuitat que havien de fer.

- No hi han pèrdues per pols als contactes. Al no ser òptics la pols no tindrà

cap efecte a la connexió.

- Menys pèrdues en dBm. Ja hem comentat abans que és minimitzen per que

ara la unió òptica és més perfecta.

- No hi ha pèrdues de Fresnel per vibracions del vehicle. Les pèrdues de

Fresnel són pèrdues que es donen per la vibració. Aqueste pèrdues poden

esdevindre per diferents freqüències de vibració i pèrdues de continuitat

òptica en microsegons.

Per contra tenim uns inconvenients que introduim ara al utilitzar aquesta

sol.lució:

- Entren en joc més elements com l’electrònica.

- S’han de fer assajos d’EMIS. Al portar electrònica, tots sabem que serà

susceptible tant a l’emisiò com a la recepció d’ones electromagnètiques que

poden influir molt negativament al nostre sistema.

- Per últim el inconvenient més dur i el que més influeix a l’hora de que els

nostres clients comprin el nostre producte és el cost. Més endavant farem un

anàlisi del cost comparant aquest tipus de connectors SMART amb els

connectors normals.



Hi ha dos punts molt crítics en aquest connector. Un és el disseny de

l’electrònica de conversió, i l’altre la unió entre la fibra òptica i l’element de conversió.

Enfoquem-nos ara al primer, el disseny de l’electrònica.

Figura 5-21.- Transceiver.

Per fer el màxim d’eficient aquest sistema electrònic de conversiò, espaial i

econòmicament parlant, el substrat de l’electrònica no serà una típica placa de PCB, si

no que serà una tecnologia nova que es diu MCROMID.

Aquesta tecnologia MICROMID el que fa és, al igual que el coure a les plaques

PCB té com a substrat fibra de vidre o baquelita, ara aprofitem com a substracte el propi

plàstic que comformarà el nostre conector per disposar conductors seguint la forma que

nosaltres volguem, però a més a més això es farà en unes dimensions microscòpiques.

Per fer més entenedora aquesta tecnologia, podem revisar la figura 5-22 mentres

aprofundim una mica en l’explicació.

Amb una premsa petitíssima, matrizarem la forma de rutejat que nosaltres

volem, a una banda de material conductor com per exemple llautò (molt utilitzat al mon

de l’automociò degut a les seves prestacions). El resultat d’aquest matrizat serà unes

pistes que tindran el mateix aspecte que a una placa PCB que li traiem el substracte.



El segon pas serà moldejar les dos parts plàstiques del connector amb un motllo

també de proporcions molt petites. Tindrem dos parts perque una serà on practicarem la

tecnologia MID i l’altre serà la ‘tapa’.

La part plàstica que farà de tapa haurà de tenir un forat per que entri la fibra.

Aquests forats han de ser d’una presició micromètrica, doncs a més de deixar entrar la

fibr òptica, li ha de servir d’alineament per enfocar correctament el fotodetector.

Un cop tenim la part plàstica i la part metàl.lica, les unirem, quedant així , com

hem dit abans, una mena de placa PCB, on el substrat és un plàstic que té una forma

especial, - enlloc de la baquelita plana - i les pistes de coure són ara d’un altre material i

a més no ha esdevingut de cap atac químic.

Figura 5-22.- Porcés de fabricació amb tecnologia MID.



Quan ja tenim la part plàstica i la metàl.lica unida daurarem i reforçarem els

contactes per evitar que les pèrdues pugui ser grans, ja que la senyal que passarà serà

molt feble

L’ultim pas que farem serà el muntage de les dues parts, conformant així el

nostre connector.

A la figura 5-23 es veu una fotografia de com queda realment aquesta ‘placa de

PCB especial’. A la figura hi ha dos seccions per fer dos connectors diferents.

Figura 5-23.- Rutejat MID real.

Dintre d’aquest rutejat inserarem un fotodetector que serà el que ens faci la

conversió òptica a elèctrica. A continuació veurem com tractarem aquest fotodetector i

com serà el seu funcionament, no a la traducció òptica–elèctrica, sino en altres aspectes

més mecànics.

Tindrem també un preamplificador per amplificar la senyal de sortida del

fotodetector.

Afegirem també un condensador per estabilitzar la senyal d’alimentació i un les

que serà testimoni del correcte funcionament de l’alimentació.



El segon punt que hem decidit com a crític és l’alineament de la fibra a l’interior

del transceiver. Hem repetit moltes vegades que una de les ventatges de tenir aquest

sistema, era que es minimitzaven les pèrdues als contactes òptics, ja sigui per que no

entra pols entre ells, o, el punt que tractarem a continuació, el desalineament és ínfim.

Abans, quan explicaven la tecnologia MID, hem comentat de passada que una de

les parts plàstiques del connector, tenia uns forats fets amb una precisió micromètrica

per que eren per fer passar la fibra.

Aquest forats no són només per fer passar la fibra i ja està, sino que serveixen de

suport, fixació i alineament de la mateixa fibra.

Figura 5-24.- Sistema d’alineació.

La part plàstica que porta els microforats és la que, quan explicavem el procés de

fabricació del connector SMART amb tecnologia MID, fa de tapa – al dibuix de color

groc -.

Aquests forats són d’un diàmetre micromètricament més petit que el diàmetre

exterior de la fibra. Això fará que la fibra entri amb una presiò suficient per que li

serveixi de subjecció i de primer alineament i per que les prèrdues que pot provocar

aquesta presió siguin imperceptibles.



D’aquesta manera la terminació de la fibra quedarà completament enfocada cap

al LED o cap al receptor fotodetector.

Un cop la fibra està posicionada a l’interior i enfocada cap al LED, mirarem ara

com es farà la transmisió de llum d’aquest cap a la fibra (recordem que també

considerem a la inversa).

Hi ha dos maneres. La primera és d’una manera directa. La fibra posicionada

sobre el LED i una quantitat de llum despresa per aquest serà la que passi a través de la

fibra. D’aquest sol.lució hem de dir que l’efectivitat no ha estat provada.

No difícil deduir que tindrà una efectivitat molt baixa. Els raigs de llum, sempre

es dispersaran, per molt a prop que es situi la fibra, per tant només una petita porció

entraran al nucli i seran transmesos. Tots el altres raigs seran absorvits pel material

plàstic del voltant.

De la que si tenim dades és de la segona sol.lució, fo rmació del raig per mitjà de

microlens o micromiralls. Aquest micromiralls concentren el raigs lluminosos del LED

cap a la zona central de la fibra, fent així que l’efectivitat sigui molt elevada.

Totes les dispersions xocaran contra els micromirall que estan enfocats de

manera que unifiquen el raig per tal de que entri el màxim per la fibra.

Nosaltres em implementat la segona opció i tenim diverses mostres on es poden

estudiar diferents paràmetres com per exemple l’efectivitat.

Tenint la fibra enfocada i alineada haurem de fer alguna cosa per assegurar la

possició de la fibra en cas d’estrabades i esforços que puguin provocar un arrancament.

Per fer un assegurament total de la fibra, sobremoldejarem la part feta amb la

tecnologia MID juntament amb una longitud de fibra, donant la forma final al

connector.

Aquest sobremoldeig es farà amb un material plàstic que es pugui injectar a una

temperatura relativament baixa, per no fer mal bé cap dels components. El material que

cumpleix amd aquest requisit és un PBT.



Un dels punts més importants d’aquesta proposta és el tema cost. Com hem dit al

revisar les adventatges que tenia un connector SMART, hi ha un estalvi important en

muntatge a les plantes cablejadores, formació de personal, assegurament de la qualitat,

etc, però un cop més surt com a bandera el cost d’aquest conectors.

Simplement representarem l’estalvi total que tindrem utilitzant aquest tipus de

connector, tenint en conta només el cablejat i deixant de banda tots el punts d’estalvi a

les plantes cablejadores.

Figura 5-25.- Estalvi de cost utilitzant un connector SMART.

Com es veu a la gràfica, utilitzar un connector SMART comença a ser rentable

quan la queantitat de fibra utilitzada supera un cert marge.

Així tindrem, que al nostre disseny, a partir d’un equipament de versió mitja, el

cost d’utilitzar aquest tipus de connector o els connectors convencionals MOST,

comença a tenir diferències.

COST Savings for different versions

-30

-20

-10

0

10

20

LOWVERSION

MEDIUMVERSION

HIGHVERSION

Cos

t Sav

ings

in E

uros



6.- TESTS DE LABORATORI.

6.1.- Introducció.

En aquest capítol es pretén definir tots el assajos necessaris per validar el nostre

sistema dintre del vehicle. Els assajos que es definiran seran tant per la fibra òptica com

per el connexionat dissenyat específicament.

Històricament, els assajos als que es sotmeten els components que es munten als

vehicles, han de passar uns requeriments extremadament durs, només superats per

components militar i aeronàutics.

La fibra òptica de plàstic (POF) s’utilitza en molts i diferents camps,

especialment en xarxes de comunicació dintre del món de l’automòbil, com hem

intentat demostrat en aquest document. Els components d’aquesta xarxa de POF han de

complir uns requeriments ambientals molt durs, no només els que típicament s’apliquen

en components connectables a cable de coure.

Durant la implementació del sistema i el seu servei, s’han de contemplar

condicions específiques. La fibra no és comparable a un cable de coure, es veu més

afectada per les condicions externes com contaminació superficial, liquids o gasos a la

superficie òptica, desaliniaments, etc... per això als tests comuns que es fan als sistemes

integrats als vehicles com temperatura, vibració, choc mecànic, etc, afegirem altres tests

com aplastament de la superfície òptica, contaminació per fums, contacte de la

superfìcie òptica amb pols, etc...

Per fer aquest apartat d’una manera més entenedora, hem dividit els assajos del

sistema en els dos components principals i on es trobaran el major nombre de

problemes.

Farem assajos de laboratori al connexionat i a la fibra òptica de plàstic.



6.1.1.- Especificacions del aparells utilitzats als assajos.

A continuació mostrarem les especificacions dels aparells que hem emprat tant

per fer les mesures pertinents com per la generació d’ona.

6.1.1-1.-Generador òptic.

Marca: Laser 2000

Model: RIFOCS 253B

Potència màxima de sortida: -20 dB

Estabilitat (durant 1 hora): ±0.05 dB

Màxim ample espectral: 25 nm

Longitud d’ona: Normal: 660 nm

Rang: 640 – 680 nm

6.1.1-2.- Potenciòmetre òptic.

Marca: Laser 2000

Model: RIFOCS 253B

Longitud d’ona calibrada: 630 nm

Tipus de sensor: Si (3x3.5 mm)

Rang dinàmic: +3 a –60 dB

6.1.1-3.- Microscòpic electrònic amb càmera integrada.

Marca: Kodak

Model: 20E

Rang: Fins 120 augments.



6.2.- Tests de laboratori a connectors per fibra òptica.

Si no s’indiquen unes especificacions particulars per l’assaig en particular, les

condicions del test seran:

- Temperatura: 23º C ± 5º C

- Humitat relativa: 60% ±15%

- Presiò atmosfèrica: 96 kPa ± 10 kPa

6.2.1.- Inspecció visual.

Amb el mètode d’inspecció descrit a continuació serà possible controlar

l’identificació de producte, l’implementació i l’acabament. Per compovar l’acabament

de la superfície òptica s’utilitzarà un microscopi (x100 augments).

Requeriment: No es permet cap alteració (pols, esquerda,..) a la superficie

òptica.

Resultat: OK.

6.2.2.- Atenuació.

6.2.1-1.- Connector in-line.

La mesura de l’atenuació òptica es farà amb una font òptica i un mesurador òptic

amb les següents carácterístiques:

- Font òptica: longitud d’ona nominal 660 nm.

Ample espectral menor a 25 nm.

Potència de sortida entre -20 dBm i –7 dBm.

- Mesurador òptic: Sensibilitat a una λ 650 nm menor a –30 dBm.

Resolució menor o igual a 0.01 dB.

Requeriment: L’atenuació ha de ser menor a 2 dB.

Resultat:

In lines Connectors a components

Atenuació 0.9 dB OK 0.3 dB OK



6.2.1-2.- Connexió a component.

Requeriment: L’atenuació ha de ser menor a 1 dB.

Resultat: OK

6.2.3.- Resistència a vibracions amb ciclats de temperatura.

Els connectors han d’estar dintre d’una cambra ventilada tèrmica durant 48 hores

abans de començar el test.

Han d’estar fixes a un plat (veure figura 6-1) i s’han de fer ciclats de temperatura

com els de la figura 6-2.

Figura 6-1.- Instal.lació pel test de vibració. Figura 6-2.- ciclats de temperatura.

- La rampa de variació de temperatura és de 40º C per hora.

- La temperatura màxima vindrà determinalda per la clase de la fibra

- La freqüència està escalada a pasos logarítmics d’1 octau per minut.

- El test durarà 48 per cada eix (total 144 hores).



6.2.3-1.- Interferències òptiques.

Amb les interferències òptiques degudes a les vibracions mesurem les següents

dades: PWD, jitter, temps de pujada i baixada al punt SP4 del sistema (veure

figura 6-3).

Figura 6-3.- Muntatge del test per mesurar les interferències òptiques.

El transceiver TX/RX serà el que s’utilitzarà a la producció sèrie. Abans de

realitzar el test, les característiques de les senyals dels punts SP1....SP4 seran

iguals a les del bus PS. Les mesures es prendran abans i durant el test i es

posaran en una taula.

Requeriment: Les característiques de la senyal elèctrica del punt SP4 ha de

cumplir, en tota la duració del test, amb el bus PS de la capa física.

Resultat: OK

Característiques de la

senyal SP4

A=0dB A=5 dB A=10dB

PWD (nm) 12 20 28

Jitter 2 4 8

Temps de pujada (ms) 5 7 11

Temps de baixada (ms) 8 10 12



6.2.3-2.- Rang d’error binari.

Les interferències a la línia de potència degudes a les vibracions del sistema de

connexió serà evaluat mesurant el rang d’error binari (BER). Les mesures es

faran d’acord al diagrama de la figura 6-4.

Figura 6-4.- Muntatge de test per mesurar els error binaris.

El transceiver TX/RX serà el que s’utilitzarà a la producció sèrie. Abans de

realitzar el test, les característiques de les senyals dels punts SP1....SP4 seran

iguals a les del bus PS de la capa física. Les característiques del generador de

patrons i l’aparell que mesurarà l’error binari estan descrits al test de validació

de la capa física. Les mesures es prendran abans i durant el test i es posaran en

una taula

Requeriment: el BER ha se ser sempre menor a 10-9.

Resultat: OK

BER A=0dB A=5 dB A=10dB

1.3E-13 19E-13 25E-13



6.2.4.- Immunitat a la llum exterior.

L’intenció d’aquest test és comprobar que el canal òptic està totalment aillat de

la llum exterior.

L’increment d’atenuació es mesurarà segons el mètode descrit al paragraf 6.2.2

d’aquest capítol. Pref és la potència en watts mesurada amb un potenciòmetre en una

cambra negra i Pm la potència en watts quan la cambra és irridiada amb una llum capaç

d’emetre un mínim de 100 mW/cm2 (tub de descarga fluorescent).

Requeriment: El 10*log(Pm/Pref) ha de ser més gran a 30 dB.

Resultat: OK

10*log(440 W / 0.1 W) = 36.4 dB.

6.2.5.- Crosstalk.

L’intenció d’aquest test és comprobar que el canal òptic està totalment aillat

d’un altre canal òptic.

El procediment ve definit per l’especificació SDS OF 7797-002 V23

Requeriment: L’aillament ha de ser major a 40 dB.

Resultat: OK

6.2.6.- Immunitat a la pols.

La immunitat a la pols del connector s’asegurarà amb aquest test.

1) Es provocarà una corrent de pols, amb el connector situat al mig d’una

cambra a una temperatura de 23 ºC ± 2ºC, una humitat relativa menor a un

22% i una velocitat d’aire de 530 m/min ± 70.

2) Es para la corrent de pols i es continua amb una corrent d’aire a 90 m/min ±

50 m/min una temperatura de 63º C ± 2º C, i la humitat relativa meny d’un

10%.

3) Es torna a la velocitat de 530 m/min ± 70 m/min. Es torna a provoca un

corrent de pols amb una concentració de 10,6 ± 7.1 g/m3 o 25 ± 5 g/m3

(depenent de la planta). La humitat relativa continuarà per sota del 10%.



4) La duració del test d’1 hora o 24 hores (depenent de la planta).

S’examinarà visualment la fibra després de cada test.

Requeriment: No ha d’existir cap alteració a la superfície òptica de la fibra

(pols, esquerdes...).

Resultat: OK

6.2.7.- Retenció de la connexió òptica depenent d’una força de tracció.

L’objectiu d’aquest test és assegurar la continuitat de la connexió òptica quan se

li ha aplicat un esforç de tracció.

S’aplicarà una força de tracció en una de les fibres connectades a una velocitat

de 50 mm/min, amb l’altra part de la fibra fixada. Es transmetrà una energia òptica a

través de la connexió i és mesurarà amb un potenciòmetre òptic. Pref serà la potència

òptica mesurada sense cap esforç aplicat, i Pm la potència mesurada quan la força de

tracció està aplicada.

Les característiques dels aparells de mesura són les descrites als paràgrafs 6.1.1-

1 i 6.1.1-2.

Figura 6-5.- Muntatge del test per aplicar forces de tracció.

Requeriment: Per una força de tracció TBD aplicada, ∆P = Pm – Pref ha de ser

menor a 0.1 dB.



Resultat: OK

∆P = 1E-3 dB

6.2.7.- Test de doblegament.

Les propietats òptiques no s’han de veure alterades per la modificació de la

posició de la fibra respecte a la que tenia originalment.

Figura 6-6.- Test de doblegament.

El test es farà segons les figures 6-6

- 5 doblegs a 90º en varies direccions distribuides en els 360º (figura A).

- 1 dobleg a 90º seguit d’una rotació de la fibra de 360º sobre l’eix fix

(connector) (figura 6-6 B).

Requeriments: Durant el test, les peces han de satisfer els requeriments dels

paràgrafs 6.2.2 “Atenuació”, 6.2.4 i 6.2.5 “Immunitat a la llum exterior” i “crosstalk”.

Al finalitzar el test, han de satisfer els requeriments dels paràgrafs 6.2.1 “examen

visual” de la superfície de la fibra, 6.2.2 “Atenuació” , 6.2.4 i 6.2.5 “Immunitat a la llum

exterior” i “crosstalk”.

Resultat:

Aspecte visual: OK

Crosstalk: OK



Atenuació:



Immunitat a la llum exterior: OK

10*log(165 W / 0.1 W) = 32.17 dB

6.2.8.- Ciclats de temperatura i humitat.

Totes les mostres de connector per realitzar el test han de suportar 10 cicles (24

hores) amb le següent seqüència. La temperatura del test serà de +100º C ± 2º C.

1) Mantenir les mostres a una temperatura de 23º C ± 5º C durant 4 hores amb

una humitat relativa entre 45% i 75%.

2) Pujar la temperatura de la cambra a 55º C ± 2º C i la humitat relativa entre

95% 1 99% en 0.5 hores.

3) Mantenir la temperatura de la cambra en aquestes condicions durant 10

hores.

4) Baixar la temperatura a – 40º C ± 2º C en 2.5 hores.

5) Mantenir les condicions durant 2 hores.

6) Pujar la temperatura al màxim permés pels components en 1.5 hores.

7) Mantenir aquesta temperatura durant 2 hores.

8) Tornar a 23º C ± 5º C en 1.5 hores.

Durant els periodes 4), 5), 6), 7) i 8) l’humitat relativa no es controla. Si la

cambra no pot cumplir l’apartat 6) per que necessita més temps per pujar de – 40º C a la

temperatura màxima, aquest temps es restarà del primer periode.

Si durant l’assaig hi ha cap interrupció, les mostres es quedaran a temperatura

ambient, definida a la primera seqüència.



A continuació representarem els cicles de temperatura i hunitat de l’assaig.

Figura 6-7.- Ciclat de temperatura i humitat.

Requeriment: Després del test les fibres han de ser examinades visualment

segons el paràgraf 6.2.1, i els connectors segons el paràgraf 6.2.11.

Resultat:

Aspecte visual: OK

Atenuació:




10*log(308 W / 0.1 W) = 34.8 dB

Crosstalk: OK



6.2.10.- Resistència climàtica.

Els connectors es posaran, durant 240 hores, en una cambra tancada en la que la

temperatura i la circulació d’aire estarà ajustada per aconseguir una humitat relativa

(HR) de 45% a 95% i una temperatura de + 100 ± 2º C.

Requeriment: Després romandre en aquetes condicions, no han d’apareixer

deformacions ni fisures. A més s’hauran de complir els requeriments dels paràgrafs

6.2.2 i 6.2.4.

Resultat:

Aspecte visual: OK

Atenuació:




10*log(265 W / 0.1 W) = 34.2 dB

Crosstalk: OK

6.2.11.- Resistència a fluids.

Aquest test es farà aplicant els fluids que proposi el client (oli, greixos,

combustible....) Una vegada acabat el test, les fibres s’examinaran visualment segons el

paràgraf 6.2.1 “Examinació visual”, i els connectors segons els tests dels paràgrafs 6.2.4

i 6.2.5 “Immunitat a la llum exterior” i “crosstalk”.

Requeriment: Després romandre en aquetes condicions, no han d’apareixer

deformacions ni fisures. A més s’hauran de complir els requeriments dels paràgrafs

6.2.2 i 6.2.4.

Resultat:

Aspecte visual: OK

Crosstalk: OK



Atenuació:


Atenuació 1.09 OK 0.5 OK


10*log(412 W / 0.1 W) = 36.2 dB

6.2.12.- Comportament a la manipulació.

Les codicions que han de suportar els connectors són:

1) 5 muntatges i demuntatges del connector a una temperatura de –30º C; s’ha

de deixar el connector, dintre de la cambra durant 5 segons, després de cada

operació de muntatge-desmuntatge.

2) Per la retenció secundaria del connector s’han de fer 10 operacions a 23º C.

3) Per aplicacions específiques (radio, etc.) s’ha de testejar amb 5000

operacions a 23º C de temperatura.

Requeriment: Al finalitzar el test, s’han de satisfer els requeriments dels

paràgrafs 6.2.1 “examen visual” de la superfície de la fibra, 6.2.2 “Atenuació” , 6.2.4 i

6.2.5 “Immunitat a la llum exterior” i “crosstalk”. A més no s’han de notar variacions a

la força d’encliquetatge.

Resultat:

Aspecte visual: OK

Atenuació:




10*log(301 W / 0.1 W) = 34.7 dB

Crosstalk: OK



6.2.13.- Test d’impacte.

Aquest test es farà picant cinc connectors amb un martell que tindrà un pes de

300 g, a una distància de 100 mm i amb una temperatura de la cambra de 23º C.

Requeriment: Al finalitzar el test, s’han de satisfer els requeriments dels

paràgrafs 6.2.1 “examen visual” de la superfície de la fibra, 6.2.2 “Atenuació” , 6.2.4 i

6.2.5 “Immunitat a la llum exterior” i “crosstalk”.

Resultat:

Aspecte visual: OK

Atenuació:




10*log(289 W / 0.1 W) = 34.6 dB

Crosstalk: OK



6.3.- TESTS DE LABORATORI PER LA FIBRA ÒPTICA.

6.3.1.- Condicions generals dels tests.

Si el procediment no especifica unes altres condicions, tots els assajos han de

ferse a la temperatura ambient (TA) 23º C ± 5º C.

Totes les fibres òptiques de plàstic (POF) hauran d’estar, al meys durant 16

hores, a temperatura ambient amb una humitat relativa de entre 45% i el 75% abans de

començar l’assaig corresponent.

Els tests es faran sobre un mínim de 5 mostres. El valor nominal serà la mitja

dels valors nominal obtinguts a les mesures de les 5 mostres.

Les toleràncies que s’hauran de tenir en conta són:

- de ± 10% per les mesures òptiques.

- de ± 2% per les longituds indicades.

- de ± 5% per les forces.

6.3.2.- Mesura de l’increment de l’atenuació de la POF.

L’increment de l’atenuació a la POF es donarà com ∆P, i la seva fòmula és:

∆P = P2(dBm)-P1(dBm)

on P1 és la potència òptica detectada a la sortida de la mostra abans de l’assaig i

P2 és la potència òptica mesurada a la sortida després de l’assaig. Un valor típic

acceptable per una POF aplicable a l’automoció, és de 0.5 dB.

Les mesures han de ser realitzades amb una font òptica i un potenciòmetre amb

les característiques següents:

- Font òptica: longitud d’ona nominal 660 nm.

Ample espectral menor a 25 nm.

Potència de sortida entre -20 dBm i –7 dBm.

- Mesurador òptic: Sensibilitat a una λ 650 nm menor a –30 dBm.

Resolució menor o igual a 0.01 dB.

Resultat: OK

∆P = P2(dBm)-P1(dBm) = 0.52 dB



6.3.3.- Característiques dimensionals.

6.3.3-1.- Diàmetre del nucli.

El diàmetre del nucli s’ha de mesurar segons el mètode CEI 60793-1-2. Aquest

valor es donarà a títol informatiu i haurà d’estar als planols de la fibra.

Requeriment: El nucli de la fibra òptica ha de ser igual a 0.980 ± 0.045 mm.

6.3.3-2.- Diàmetre de la fibra nua.

El diàmetre de la fibra nua s’ha de mesurar segons el mètode CEI 60793-1-2.

Aquest valor es donarà a títol informatiu i haurà d’estar als planols de la fibra.

Requeriment: El nucli de la fibra òptica ha de ser igual a 1 ± 0.045 mm.

6.3.3-3.- Diàmetre exterior de la fibra i no circularitat.

El diàmetre exterior d’una fibra i la seva no circularitat s’ha de mesurar segons

el mètode CEI 60793-1-2 i amb un micròmetre electrónic amb una precisió de

0.001 mm.

Requeriment: El diàmetre exterior de la fibra ha de ser de 2.3 ± 0.07 mm

La no cirularitat de la fibra no ha se superar el 2%.

6.3.3-4.- Error de concentricitat aillant-nucli.

La mesura de l’error de concentricitat entre l’aillant i el nucli, es mesurarà

segons TIA/EIA-455-55C. Si hi ha dos capes d’aillant, la mesura es farà entre el

nucli i la primera capa d’aillant i després entre el nucli i la segona capa.

Requeriment: L’error entre el nucli i la primera capa d’aillant (o única) ha de

ser menor a 0.06 ± 0.001 mm.

L’error entre el nucli i la segona capa d’aillant ha de ser menor a

0.1 ± 0.001 mm.

6.3.3-5.- Massa de la fibra.

La massa de la fibra es determinarà pesant tres mostre de 1000 ± 1 mm de

longitud. Aquesta informació s’inclourà al planol a títol d’informació.



La precisió de l’instrument ha de ser de 0.01 g.

Requeriment: La massa de la fibra òptica utilitzada ha de ser menor a 5 kg/km.

Resultats per les característiques dimensionals: OK

Diàmetre del nucli: 0.992 mm

Diàmetre de la fibra nua: 1.015 mm

Diàmetre exterior de la fibra: 2.32 mm

Massa de la fibra: 2.8 g

6.3.4.- Assaig de tracció.

6.3.4-1.- Tracció temporal.

L’objectiu d’aquest assaig és assegurar que la POF suportarà els esfoços de

tracció a la que estarà sotmesa en el procés de muntatge al vehicle.

L’assaig es farà sobre una fibra d’1 ± 0.001 mm de longitud. La força de tracció

aplicada variarà de 0 a 200 N de 10 N en 10 N. Després de cada assaig es

mesurará:

1) L’elongació ∆l de la POF.

2) L’increment d’atenuació ∆P pel mètode del paragraf 6.3.2.

On I1 és la longitud inicial de la POF i I2 la longitud després de l’assaig.

Els punts de ruptura de la fibra, també s’han de tenir en conta i apuntr-los en

negreta.

Requeriment: Per un esforç de tracció de 60 N ∆P ha de ser inferior a 0.1 dB ±

0.01 i ∆l inferior al 2%.

6.3.4-2.- Tracció permanent.

L’objectiu de l’assaig és comprovar que el comportament de la fibra no es veurà

alterat per una tracció permanent.

100*(%)1

12

III

I−

=∆



L’assaig es farà sobre una fibra d’1 ± 0.001 mm de longitud. La força de tracció

aplicada variarà de 0 a 20 N de 5 N en 5 N. Cada assaig de tracció durará 24 h i

la mesura es fará un cop pasades aquestes 24 hores. Amb els resultats s’omplirá

una taula.

Requeriment: Per un esforç de 10 N, ∆P ha de ser inferior a 0.1 dB.

Resultat: OK

Esforç de tracció (N) ∆l (%) ∆P (dB)

5 0.2 0.02

10 0.6 0.05

15 0.9 0.067

20 1.1 0.09

6.3.5.- Flexibilitat (o radi de curbatura minim temporalment autoritzat).

S’ha de tenir en conta que la fibra anirà integrada al vehicle juntament amb

altres cablejats, per tant s’ha de tenir en conta els radis que ha de fer aquest cablejat i

per on passa.

El principi de l’assaig és fer passar la fibra per un conjunt de politges amb els

seus eixos aliniat al mateix pla.

L’increment d’atenuació es mesurarà segons el mètode descrit al paràgraf 6.3.2.

Requeriment: ∆P ha de ser inferior a 0.1 dB per un diàmetre de politges de 10

mm de diàmetre.

Resultat: OK

∆P = P2(dBm)-P1(dBm) = 0.035 dB.

6.3.6.- Assaig de despulla de l’aïllant.

Es comprova l’adherència de l’aillant per una POF de 30 mm de longitud.

Requeriments: Si la POF té doble aïllament, la Fmax per treure el segon aillant

ha de ser superior a 20 N, i per treure el primer aïllant (tocant al nucli) ha de ser

superior a 60N.Si només té una capa d’aïllant, la Fmax ha de ser superior a 60 N



Resultat: OK

Segon aillant: 35 N

Primer aillant: 80N

6.3.7.- Radi de curvatura permanent.

El radi mínim de curvatura permanent que tindrà la POF depenent de l’estructura

del vehicle. Farem l’assaig amb 10 mostres de 2000 mm. Es doblegarà la mostra

mantenint diferents radis de curvatura i la mateixa distància L i L’ als dos costats de la

curva, tal com es mostra a la figura.

Figura 6-8.- Assaig de mínim radi de curvatura.

Els resultats es presentaran en forma de curva, on les ordenades serà l’atenuació

(dB) i a les abcises el radi (mm). Les atenuacions que es tindran en conta per fabricar la

curva seran: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 i 0.6 dB.

El radim mínim admisible serà aquell la l’atenuació sigui igual 0.2 dB ± 0.01.

Requeriment: El radi mínim adminible ha de ser menor a 20 mm.

Resultat: OK

Radi 10 mm 11.5 mm 13 mm 14 mm 15.5 mm 17 mm

Atenuació 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6



6.3.8.- Cárrega de compresió.

6.3.8-1.- Compresió temporal.

Assegurarem un bon funcionament de la POF en cas produir-se una compresió

per una persona o objecte en el procés d’assamblatge al vehicle.

Mesurarem l’atenuació produida per l’aplicació d’una càrrega de compresió de

150 kg a una temperatura de 23º C.

L’atenuació residual ∆P es mesurarà segons el mètode descrit al parágraf 6.3.2,

després de treure la càrrega de compresió que haurà estat actuant durent 1 minut.

A la figura 6-9 es representa el muntatge de l’assaig.

Figura 6-9.- Muntatge del test de compresió.

Requeriment: L’atenuació residual ha de ser igual a 0dB ± 0.01.

Resultat: OK

Compresió temporal: 0.001 dB

6.3.8-2.- Compresió permanent.

L’objectiu de l’assaig és assefurar el correcte funcionament de la POF quan està

sotmesa a una compresió permanent dintre del vehicle.

L’assaig es farà seguit l’esquema de l’apartat anterior, Es farà amb dos mostres

amb una càrrega que serà de 100 kg, a unes temperatures de 23º C, 85º C i –40º

C, mantenit-les durant 24 hores.



6.3.8-3.- Assaig de xocs.

Assegurarem les propietats òptiques de la POF quan reb xocs sobre tot de les

eines utilitzades al montatge.

Figura 6-10.- test de xocs.

L’atenuació es mesurarà seguint el mètode del paràgraf 6.3.2.

Requeriment: ∆P ha de ser inferior a 0.1 dB.

Resultat: OK

Assaig de xocs: 0.09 dB

6.3.9.- Torsió

6.3.9-1.- Torsió temporal.

La POF ha de mantenir la seva funcionalitat després d’haver estat sotmesa a

forces de torsió.

Figura 6-11.- Muntatge per mesurar la torsió



Les mostres s’aseguraran tal com es mostra a la figura 6-11, per que no hi hagi

cap moviment que no sigui purament el de torsió de la fibra.Es faran 20 cicles de

torsió, i després de cadaún es tornarà la fibra al seu estat inicial i es mesurarà

l’increment d’atenuació seguint el mètode del paràgraf 6.3.2 despres d’un minut

d’haver provocat la torsió.

Un cicle de torsió correspon a provocar un gir a la fibra de 180º.


Resultat: OK

Torsió temporal: 0.98 dB

6.3.9-2.- Torsió permanent.

Assegurarem les propietats òptiques de la POF quan està sotmesa a una torsió

permanent derivada de l’arquitectura del vehicle.

Les mostres s’aseguraran tal com es mostra a la figura 6-12, per que no hi hagi

cap moviment que no sigui purament el de torsió de la fibra.

Provocarem una torsió de 90º a l’extrem lluire de la fibra deixant-la durant 24

hores i variarem la temperatura desde –40º C, 23º C i 85º C.

Figura 6-12.- Mesura de la potència òptica amb torsions permanents.

Requeriment: ∆P ha de ser inferior a 0.1 dB per cada temperatura.

Resultat: OK

Torsió permanent: 0.1 dB



6.3.10.- Atenuació espectral d’una POF.

Per mesurar l’atenuació espectral d’una fibra òptica de plàstic posarem la mostra

dintre d’una cambra a 85º C i una humitat relativa (HR) d’un 95% durant 240 hores.

L’atenuació es mesurarà per diverses longituds d’ona variant de 640 a 660 nm en

pasos de 5 nm.

Requriment: A la següen taula es representen els requeriment d’atenuació.

λ Atenuació

640 nm < 0.25 dB/m

650 nm < 0.25 dB/m

660 nm < 0.25 dB/m

Resultat: OK

λ Atenuació

640 nm 0.20 dB/m

650 nm 0.22 dB/m

660 nm 0.22 dB/m

6.3.11.- Banda passant.

L’assaig es farà amb una senyal de longitud d’ona de 650 nm.

Requeriment: La banda pasant ha de ser superior a 100 MHz*m (100 MHz per

1 m).

Resultat: OK

6.3.12.- Obertura numèrica.

L’assaig es farà amb una senyal de longitud d’ona de 650 nm ± 25 nm.

Requeriment: L’obertura numèrica ha de ser l’equivalent a ua atenuació de 0.5

dB ± 0.05.

Resultat: OK

Atenuació: 0.51 dB.



6.3.13.- Assaig s’envelliment amb el calor.

Es prepararan dos sèries de provetes per realitzar l’assaig. La primetasèrie se rà

de dos grups de dos provetes cada un amb fibra de longitud de 600 mm sense aïllant als

dos extrems. La longitud de l’aïllant restant ha de ser superior a 500 mm.

La segona sèrie seran dos provetes amb fibra de longitud 100 mm ± 1mm.

L’assaig es farà de la següent manera:

- 3000 hores a 85º C.

- 1000 hores a –40º C.

- 3000 hores a 85º C i un 85% de HR.

6.3.13-1.- Característiques depenents de l’envelliment.

La variació de la transmisió òptica de les mostres sotmeses a l’assaig de 3000

hores a 85º C amb una HR del 85%, es mesurarà cada hora.


Inmediatament després de de l’assaig d’envelliment realitzat es treuran les

provetes i es deixaran a tamperatura ambient a un lloc on toqui el sol durant 4

hores.

Requeriment: Les provetes no ha de tenir cap curvatura, deformació o canvi de

color o aspecte.

6.3.13-2.- Assaig industrial.

Es farà un assaig d’envelliment (240 h a la temperatura de la classe d’utilització

del cablejat) sobre un cablejat complet per tal de comprovar la compatibilitat de

la POF amb tots els altres elements. L’increment de l’atenuació es mesurarà pel

mètode descrit a l’apartat 6.3.2.


Resultat: OK

Característiques depenents de l’envelliment: 0.18 dB

Assaig industrial: 0.14 dB



6.3.14.- Inmunitat a la lluminositat exterior.

L’objectiu del test és assegurar que la lluminositat exterior no afectarà ala

propagació de l’ona òptica per la fibra.

L’assaig es realitzarà amb una mostra de POF d’1 m de longitud. L’increment de

l’atenuació es mesurarà pel mètode descrit a l’apartat 6.3.2. Pref serà la potència òptica

detectada en Watts pel potenciòmetre quan la cambra està totalment a les foaques, i Pm

serà la potència òptica detectada en Watts quan la cambra és irridiada amb una font

òptica capaç d’emetre un mínim de 100 mW/cm2 (un tub fluorescent o una l’ampara de

descàrrega).

Requeriment: El resultat de fer 10*log (Pm/Pref) ha de ser inferior a 30 dB.

Resultat: OK

10*log (Pm/Pref) = 18 dB

6.3.15.- Resistència a l’abrasió.

El test es farà sobre una proveta d’aproximadament 1000 mm de longitud i es

mesurarà la variació de transmisió òptica de la mostra.

Requeriment: El nombre mínim de cicles ha de ser 600 per una ∆P igual a 0 dB

± 0.01.

Resultat: OK

6.3.16.- Inmersió en fluids.

Les provetes han de tenir una longitud de 500 mm. La POF es submergirà dintre

del fluids recomants pel fabricant, deixant els extrems a l’aire. Després de l’inmersió es

deixaran les mostres 1 hora a temperatura ambient. Es mesurarà l’increment de

l’atenuació es mesurarà pel mètode descrit a l’apartat 6.3.2, i la inmunitat a la

lluminositat exterior segons l’apartat 6.3.14.

Requeriment: ∆P ha de ser inferior a 0.1 dB ± 0.01. No s’ha de veure cap

deformació aparent o canvi d’aspecte o color.

Resultat: OK.

Documents

Sistema Telemàtic i Multimèdia en Fibra Òptica per …deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/227pub.pdf · als tallers oficials del concecionaris, poden seguir l’estat general