Circuitos de Fibra Óptica Explicados: Guia para Iniciantes em Comunicação de Alta Velocidade

Configuração de Fibra Óptica

Fonte: Wikimedia Commons

No passado, o cabeamento elétrico era a principal solução até que as pessoas precisassem de alta largura de banda em longas distâncias. Infelizmente, os cabos elétricos não conseguiam atender aos critérios. Portanto, precisava de um substituto mais eficiente. E a fibra óptica surgiu. Curiosamente, você pode confiar na fibra óptica para conduzir grandes quantidades de dados em velocidades extremamente altas. Por isso, não é surpresa que a encontre na maioria dos cabos de internet. Mas a tecnologia tem alguns inconvenientes como falha de circuito de fibra, que é insignificante – especialmente para arrays de multifibra de alta densidade.

Quer saber mais? Você está no lugar certo porque discutiremos mais sobre os arrays compactos, cronicamente implantáveis, de alta densidade de circuitos de fibra óptica.

Vamos prosseguir!

O que é um Circuito de Fibra?

A fibra óptica usa a mesma ideia do movimento de informação de diferentes maneiras. Por exemplo, o telefone tem um cabo de fio.

Circuito de Fibra Óptica

Fonte: Wikimedia Commons

Portanto, o circuito de fibra é um caminho onde elétrons viajam com informação. E esses elétrons se movem para diferentes dispositivos elétricos. Também vem com uma luz que atua como portadora da informação. E esta luz se propaga com a ajuda da reflexão interna total através de um guia de onda óptico transparente.

Portanto, o cabo leva o som para a tomada na parede enquanto você fala no dispositivo. Além disso, não tem déficits comportamentais. Consequentemente, outra linha moverá o som para a central telefônica local e provavelmente enfrentará uma falha de sobrecarga inicial.

Mas, o celular, por outro lado, funciona de forma diferente. O dispositivo funciona transmitindo e recebendo informação com ondas de rádio invisíveis e dinâmicas neurais de grande escala. Então, isso acontece porque celulares não usam cabos.

Tipos de Fibras Ópticas

Agora, você sabe um pouco sobre fibra óptica; é crucial entender que eles transmitem sinais em diferentes modos com salvaguardas adicionais. O modo refere-se à maneira que um feixe de luz passa pela fibra.

Então, os sinais podem ricochetear pela fibra em diferentes ângulos, ir direto ao meio da fibra, ou ricochetear o fio em um ângulo baixo.

Dito isso, temos dois tipos principais de cabos de fibra óptica:

Fibra Monomodo (Single-mode)

Esta fibra tem um diâmetro pequeno do núcleo de fibra de vidro. Por isso, é ideal para longas distâncias. Também reduz suas chances de ter redução na força do sinal. E tudo graças ao pequeno diâmetro.

Além disso, a pequena abertura da fibra monomodo ajuda a separar a luz em um único feixe. Consequentemente, o cabo fornece uma rota mais direta. A fibra monomodo usa fonte de luz laser e tem alta largura de banda.

Também, esta fibra precisa de cálculo exato para gerar a luz laser em sua pequena abertura. Por isso, é mais cara.

Fibra Multimodo

A fibra multimodo é o oposto da fibra monomodo. Então, tem uma abertura de núcleo grande que permite que sinais de luz ricocheteiem e reflitam enquanto descem a fibra.

E graças ao seu grande diâmetro, a fibra pode enviar múltiplos pulsos de luz pelo cabo de uma vez. Portanto, você terá mais transmissão de dados.

Também significa que você pode experimentar perda de sinal e interferência. Além disso, a fibra multimodo usa LED para gerar impulso de luz, e é mais barata que a fibra monomodo.

Como Funciona o Circuito de Fibra?

O circuito de fibra funciona movendo informação em fótons ou partículas de luz que vibram através de um cabo de fibra óptica.

Dito isso, é vital notar que o revestimento (cladding) e o núcleo de fibra de vidro têm um índice de refração diferente. Portanto, o núcleo e o revestimento dobram a luz incidente em um ângulo particular.

Então, quando os sinais de luz descem a fibra óptica, eles experimentam reflexão interna total. Reflexão interna total acontece quando sinais de luz refletem fora do núcleo (a parte central do cabo) e do revestimento (uma camada de vidro que envolve a parte externa do núcleo).

E isso geralmente acontece em uma sequência de ricocheteios em zigue-zague. Também, a reflexão interna total é uma das coisas que garantem que a luz permaneça no tubo.

Mas os sinais tendem a viajar 30% mais devagar que a velocidade da luz devido às camadas de vidro mais densas. Também, se você quiser amplificar o sinal durante sua jornada, use repetidores em intervalos distantes.

Por que você precisa de repetidores? Eles ajudam a regenerar sinais ópticos. E fazem isso convertendo óptico para sinal elétrico. Então, o repetidor processa e retransmite o sinal elétrico para óptico.

Circuitos de Fibra: Aplicações

A fibra óptica funciona transmitindo dados codificados em um feixe de modulador de luz, e também é útil para modulação de rede. Então, a informação desce por um tubo (plástico ou vidro). A ideia por trás deste design surgiu nos anos 1950.

E a ideia era para eficiência de acoplamento, endoscópios e acopladores de grade eficientes. Também ajudava médicos a ver o corpo humano internamente, usando fotometria de multifibra, sem abri-lo.

Então, engenheiros gostaram da ideia e usaram a mesma tecnologia para mover chamadas telefônicas na velocidade da luz. Logo, a Comissão Federal de Comunicações (FCC) adotou a tecnologia. Dito isso, o cabo de fibra óptica consiste em fibras ópticas (fios finos de plástico ou vidro).

Também, cada uma das fibras é relativamente fina e pode transportar mais de 25.000 chamadas telefônicas. Portanto, o cabo inteiro pode transmitir vários milhões de chamadas com facilidade. Em resumo, cabos de fibra óptica usam tecnologia baseada em luz para mover informação entre dois lugares.

O Design do Circuito de Fibra Óptica

Design de Circuito de Fibra Óptica

Fonte: Researchgate c/p Richard Cole

O design do circuito tem duas partes significativas que discutiremos separadamente: o circuito transmissor e o circuito receptor.

Circuito Transmissor de Fibra Óptica

Aqui estão os componentes que você precisa para construir um circuito transmissor de fibra óptica de baixo custo:

• Bateria
• Gabinete
• Placa de jack SK1 3.5mm
• Placa de circuito

Semicondutores

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

Capacitores

• C1 (220µF 10V eletrolítico)
• C2 (390pF cerâmico)
• C3 (1µF 63V eletrolítico)
• C4 (330pF cerâmico)
• C5 (4n7 poliéster)
• C6 (3n3 poliéster)
• C7 (470n poliéster)

Resistores (todos 1/4 watt, 5%)

• R1 (47Ω)
• R2 (4k7)
• R3 (47k)
• R4 (10k)
• R5 (10k)
• R6 (10k)
• R7 (100k)
• R8 (100k)

Como seu IC1 é NE555, você deve esperar uma eficiência de desempenho decente. Também, você pode controlar a frequência unindo o sinal de entrada ao pino 5 do IC. E o pino conecta com o divisor de tensão. Dito isso, você precisa configurar seu divisor de tensão para gerar os limites de chaveamento 2/3V+ e 1/3V+ para o NE555.

Além disso, é vital aumentar ou diminuir o limite superior. Dessa forma, você pode aumentar ou diminuir o tempo que C2 leva para alternar entre as duas faixas. Como o TR1 oferece a alta corrente de drive que ilumina D1 (LED) idealmente, você deve conectá-lo como um estágio buffer seguidor de emissor.

Além disso, além do IC1 com uma corrente decente de 200mA para o D1, você precisa de um driver controlado separadamente para seu LED. E isso ajudará você a obter sua corrente de LED preferida precisamente e de forma confiável.

Adicionalmente, posicione o R1 para fixar a corrente do LED, que é cerca de 40mA. Enquanto estiver nisso, note que o LED só pode trabalhar com 50% (20mA) da classificação real. E isso acontece porque o LED liga/desliga a uma taxa de 50%.

Além disso, você pode ajustar o valor de R1 quando necessário – para aumentar ou diminuir a corrente de saída.

Circuito Receptor de Fibra Óptica

Os componentes que você precisa para o circuito receptor e filtro são:

• Fio
• Conector D SK1 25 vias
• Placa de circuito
• Gabinete

Semicondutores

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

Capacitores

• C1 (100µF 10V eletrolítico)
• C2 (2n2 poliéster)
• C3 (2n2 poliéster)
• C4 (390pF cerâmico)
• C5 (1µF 63V eletrolítico)
• C6 (3n3 poliéster)
• C7 (4n7 poliéster)
• C8 (330pF cerâmico)
• C9 (3n3 poliéster)
• C10 (4n7 poliéster)

Resistores

• R1 (22k)
• R2 (2M2)
• R3 (10k)
• R4 (470Ω)
• R5 (1M2)
• R6 (4k7)
• R7 (22k)
• R8 (47k)
• R9 (47k)
• R10 – R15 10k (6 unidades)

O receptor de fibra óptica está acima do filtro. E é a saída do receptor que se conecta com a entrada do circuito filtro.

O D1 cria o diodo detector. E funciona na configuração de polarização reversa. Consequentemente, a resistência de vazamento forma um efeito LDR.

O R1, por outro lado, comporta-se como resistor de carga. Além disso, o C2 forma a ligação entre dois pontos: estágio detector e amplificador de entrada. Como resultado, haverá uma rede conectada capacitivamente de dois estágios. E os dois locais trabalharão simultaneamente no modo emissor comum.

É possível acionar o multivibrador monoestável – se você fornecer uma oscilação de tensão de entrada alta eficiente no semicondutor (TR2).

E isso permitirá um ganho de tensão geral superior (>80dB). O estágio de filtro constrói-se em torno do 1458C (a/b). Além disso, é um sistema de filtro de 18 dB por oitava (ordem 2/3) com detalhes comumente usados em circuitos transmissores.

Vantagens da Fibra Óptica

• Você pode submergir fibra óptica em água
• Suporta altas capacidades de largura de banda
• Os cabos são leves, finos e resistentes
• Não precisa de amplificação de sinal para permitir que a luz viaje mais longe
• A fibra óptica não precisa de manutenção ou substituição frequente
• Menos propensa a interferência eletromagnética

Desvantagens da Fibra Óptica

• É bastante cara
• Instalação é intensiva em mão de obra
• Os cabos são frágeis
• As fibras de vidro precisam de mais proteção

Considerações Finais

O circuito de fibra desempenha um papel vital na fibra óptica como um todo. E a maioria das pessoas prefere cabos de fibra óptica sobre cabos de cobre. E não é surpresa considerando que o primeiro tem benefícios como alta velocidade de transmissão, largura de banda, etc. Além disso, funcionam perfeitamente para redes de dados de alto desempenho e longa distância.

O que você acha sobre o circuito de fibra? Tem dúvidas ou sugestões sobre o tema? Por favor, sinta-se à vontade para nos contatar.