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1、第4章 MOST光纤网络故障检修,4.1 光学总线的信息传输 4.2 MOST总线系统 4.3 光纤信号的衰减及使用,返回,4.1 光学总线的信息传输,4.1.1 光学传输简介 1.光学总线的应用及种类 在汽车影音娱乐和信息显示系统中，为保证音质清晰、画面流畅，需要传输的数据量很大，对传输速率要求也很高。CAN总线的信息传输能力在这方面显得捉襟见肘，甚至无能为力。为满足上述要求，汽车厂家特别开发了光学总线系统。 目前，应用较多的汽车光学总线系统主要有DDB、MOST和byteflight三类。 其中，早期的BENZ车系的影音娱乐系统多采用DDB技术，而BMW和Audi车系的影音娱乐系统则采用M
2、OST。Byteflight技术是BMW车系独有的，应用于BMW车系集成化智能安全系统（Intelligent Safety Integrated System，ISIS）的安全气囊控制系统。在三类光学总线中，以MOST的应用最为广泛。,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,2.信号的光学传输 与传统的电传输信号不同，光学传输是利用光来传输信号的，两者的区别如图4-1所示。进行光学信息传输时，数字信号借助发光二极管被转换成光信号。光信号通过光导纤维（光缆）传输到下一个控制单元，如图4-2所示。在该控制单元上，光电二极管把光信号重新转换成数字信号。 3. 光学传输的优点 在当今高档车数据语言
3、和图像的传输方面要传输的数据量越来越大，光纤能传输大量数据，还有质量轻、维修方便的优势。 使用铜导线进行数据传输时，数据传输率较高时会形成很强的电磁辐射，这些辐射会干扰车辆电控系统的正常工作。光纤传输的是光线，借助光波在显著提高传输速度的同时， 仅需要较少的电缆线。与铜导线传输的电信号相比，光波的波长非常短，不会产生电磁干扰， 而且对电磁干扰不敏感。这种传输方式使光纤具有较高的传输速率和抗干扰能力。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,产生出的光波波长为650 nm，是可见红光，如图4-3 所示。 4.1.2 光学传输系统的结构 1. 光学传输控制单元 在光学总线中，每一个总线用
4、户（收音机、CD 唱机、视频导航仪等）都有一个光学传输控制单元，用于实现光学传输的信号调制、解调和控制。光学传输控制单元如图4-4所示。光学传输控制单元由内部供电装置、收发单元-光导发射器（FOT）、MOST-收发机、标准微控制器（CPU）、专用部件等组成。 （1）光导插头用于实现光导纤维与光学传输控制单元之间的连接。光信号通过光导插头进入光学传输控制单元，或将本控制单元产生的光信号通过光导插头、光导纤维传往下一个光学传输控制单元（总线用户）。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,（2）电气插头用于系统供电、系统故障自诊断以及输入/输出信号的传输。 （3）内部供电装置把电气插头送
5、入的电能分送到各个部件，这样就可以有选择地单独关闭控制单元内某一部件，从而降低了静态电流。 （4）收发单元-光导发射器由一个光电二极管和一个发光二极管构成，如图4-5所示，到达的光信号由光电二极管转换成电压信号（实现由光到电的转变）后传至光波收发器。发光二极管的作用是把来自光波收发器的电压信号再转换成光信号（实现由电到光的转变）。数据经光波调制后传送，调制后的光经由光导纤维传到下一个控制单元。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,（5）光波收发器由发射器和接收器两个部件组成。发射器将要发送的信息作为电压信号传至光导发射器。接收器接收来自光导发射器的电压信号并将所需的数据传至控制单
6、元内的“标准微控制器”（CPU）。其他控制单元不需要的信息由收发器来传送，而不是将数据传到CPU 上，这些信息原封不动地发至下一个控制单元。 （6）标准微控制器是控制单元的核心元件，它的内部有一个微处理器，用于操纵控制单元的所有基本功能。 （7）专用部件用于控制某些专用功能，如CD 播放机的选曲和收音机调谐器的控制（选择广播电台频率）等。 2. 光敏二极管 光敏二极管是利用光电效应原理将光波转换成电压信号，其结构示意图如图4-6 所示， 光敏二极管内有一个PN 结，入射光可以照射到这个PN 结上。在P 型层上有一个正极触点（滑环），N 型层与金属底板（负极）相连。,上一页,下一页,返回,4.1
7、 光学总线的信息传输,如果入射光或红外线照射到PN 结上，PN 结内就会产生自由电子和空穴，从而形成穿越PN 结的电流。照射到光敏二极管上的入射光越强，流过光敏二极管的电流就越大。这个现象称为光电效应。 在实际应用中，光敏二极管一般与一个电阻串联连接，如图4-7 所示。如果入射光强度很大（入射光强烈），流过光敏二极管和电阻R的电流就会增大，电阻R上的电压降也会增大，P点呈现高电平状态。反之，如果入射光比较微弱，则流过光敏二极管和电阻R的电流就会减小，电阻R上的电压降也会减小，P点呈现低电平状态。这样，利用光电效应原理，可以将照射到光敏二极管的光波信号转换成电压信号。 3.光导纤维 作为光波的传
8、输介质，光导纤维（光缆）的作用是将在某一控制单元发射器内产生的光波传送到另一控制单元的接收器，如图4-8所示。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,（1）光导纤维的种类。 常用的光缆有塑料光缆和玻璃纤维光缆两种，在汽车上常用塑料光缆。与玻璃纤维光缆相比，塑料光缆具有以下优点。 1）光纤横断面较大。 2）制造过程简单。 3）更易于使用，因为塑料不会像玻璃一样脆弱。 4）更容易加工处理，在导线制造时以及在进行售后服务维修时具有较大的优势。 （2）车载光导纤维的特点。 为了确保光波的正常传输，光导纤维应具有如下特点。 1）在光导纤维中传输时，光波的衰减应尽可能小，以防止信号失真。 2）
9、光波应能通过弯曲的光导纤维来传输，以适应在车内安装的需要。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,3）光导纤维应是柔性的，以适应车辆的颠簸和振动。 4）在-40 85 的温度范围内，光导纤维应能保证可靠传输光波，以适应汽车内部的温度变化。 （3）光导纤维的结构。 如图4-9 和图4-10 所示，光导纤维由几层构成。纤芯是光导纤维的核心部分，是光波的传输介质，也可以称为光波导线。纤芯一般用有机玻璃或塑料制成，纤芯内的光波根据全反射原理几乎无损失地传输。透光的反射涂层是由氟聚合物制成的，它包在纤芯周围，对全反射起关键作用。黑色遮光包层是由尼龙制成的，用来防止外部光源照射，避免产生干扰，
10、 彩色包层起到识别、保护及隔热作用。 （4）光波在光导纤维中的传输。 1）直的光导纤维：在直的光导纤维中，光波是按全反射原理在纤芯表面以Z字形曲线传输的，如图4-11所示。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,2）弯曲的光导纤维：在弯曲的光导纤维中，通过全反射在纤芯的涂层面上反射，可以实现光波的正常传输，但光导纤维的曲率不宜过大，如图4-12所示。 3）全反射：当一束光波以小角度照射到折射率高的材料与折射率低的材料之间的界面时，光束就会被完全反射，这种现象称为光波的全反射。 光导纤维中的纤芯是折射率高的材料，涂层是折射率低的材料，所以全反射发生在纤芯的内部。光波能否发生全反射，取
11、决于从内部照射到界面的光波角度，如果该角度过陡，那么光波就会离开纤芯，从而造成较大损失。当光导纤维弯曲或弯折过度时就会出现这种情况，造成光波传输的衰减，甚至失真。为此，要求光导纤维的弯曲半径不可小于25 mm，如图4-13所示。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,（5）专用插头。 为了能将光导纤维连接到控制单元上，在光学传输系统中使用了一种专用插头，如图4-14所示。插座本体上有一个光波信号传输方向箭头，表示光波传输方向（通向接收器）。插头壳体就是光导纤维与控制单元的连接处。 光波通过纤芯的端面传送至控制单元的发射器/ 接收器。在生产光导纤维时，为了将光导纤维固定在插头壳体内，
12、使用了激光焊接的塑料端套或黄铜端套。 （6）光纤端面。 为了能使光波传输过程中的损失尽可能小，光导纤维的端面应光滑、垂直、洁净，如图4-15 所示，只有使用专用的切割工具才能达到上述要求。切割面上的污垢和剐痕会产生很高的损耗（衰减）。光学端面通过内芯线的端面，光被传送到控制单元中的发射机/ 接收机。在生产过程中，光纤上被安装了激光焊接的塑料套圈或压接式的黄铜套圈，因此它能够被固定在插头外壳中的正确位置。,上一页,下一页,返回,4.1 光学总线的信息传输,（7）光信号的发送过程。 如图4-16 所示，光信号的传输类似于电信号的传输，发光二极管将收发机送来的数字信号转化为光信号（如数字信号为010
13、101，转化成光信号为亮灭亮灭亮灭）。这些光信号通过光纤传到下一个控制单元后，由该控制单元内部的光电二极管将光信号重新转化为数字信号。,上一页,返回,4.2 MOST总线系统,4.2.1 MOST总线系统概述 1.MOST总线的定义 MOST是Media Oriented Systems Transport的缩写，表示“多媒体传输系统”，是一种用于多媒体数据传输的网络系统，该系统将符合地址的信息传送到某一接收器上，在这一点上，与CAN总线是不同的。 2.MOST总线的应用 MOST总线可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、CD播放器等模块。因此，目前高端汽车上
14、大多数采用MOST系统连接其车载影音娱乐系统。奥迪2003款A8和2005款A6的信息及娱乐（Information and Entertainment）多媒体系统和BMW车系F01/F02车型的MOST多媒体影音娱乐系统，如图4-17和图4-18所示。,下一页,返回,4.2 MOST总线系统,3.MOST 总线的传输速率 MOST 总线系统数据传输对于实现车载多媒体影音娱乐系统的所有功能及要求具有重要意义，因为以前所使用的CAN 数据总线的传输速率是不够的，无法满足相应的数据量要求，如图4-19 所示为多媒体的数据传输速率。仅仅是带有立体声的数字式电视系统， 如图4-20 所示，就需要约6
15、Mbit/s 的传输速率。MOST 总线的传输速率可达22.5 Mbit/s。 以前的视频和音频信号都只能作为模拟信号来传送，这就使得线束的用量很大，CAN总线系统的最大传输速率为1 Mbit/s，因此，CAN总线只能用来传递控制信号，如图4-21所示。 MOST总线中，相关部件之间的数据交换是以数字方式来进行的。通过光波进行数据传递，具有导线少且重量轻的优点，另外传输速度也快得多。,上一页,下一页,返回,4.2 MOST总线系统,与无线电波相比，光波的波长更短，因此它不会产生电磁干扰，同时对电磁干扰也不敏感。这些特点决定了其传输速率很高且抗干扰能力强。 4.2.2 MOST总线的结构与系统状
16、态 1.MOST总线系统的拓扑结构 MOST总线系统的一个重要特征就是它的环型结构，如图4-22所示。控制单元通过光导纤维沿环型方向将数据发送到下一个控制单元。这个过程一直在持续进行，直至首先发出数据的控制单元又接收到这些数据为止，这就形成了一个封闭环。 在MOST 总线中，每个终端设备（节点、控制单元）在一个具有环型结构的网络中通过光导纤维环相互连接。如图4-23 所示，音频、视频数据信息在环上循环，该信息将由每个节点（控制单元）读取和转发。,上一页,下一页,返回,4.2 MOST总线系统,当一个节点要发送数据时，该节点生成发射就绪信息，并把它改成“占用”信息，被作为接收器地址的节点复制数据，并在环型总线中继续发送。如果数据重新到达发射器，发射器就把数据从环上删除并重新生成发射就绪信息。光纤上的数据流就如同一列火车，数据流到达某一控制单元，该控制单元从中收取所需的信息，并且把自己处理的信号也发送到数据流中，构成新的数据流，传到下一个控制单元去。 每个控制单元都有两根光导纤维，一根与发射器连接，另一根与接收器连接。 所有MOST 插头都有两根光导纤维插头，如图4-24 所示。光
