電力輸配電現(xiàn)場存在各種各樣的干擾，電力儀表的傳感器部分往往處于高電位，所以，高壓隔離通信是電力電子設(shè)計中經(jīng)常遇到的課題。根據(jù)隔離信號種類的不同，分為模擬信號隔離和數(shù)字信號隔離；模擬信號的隔離常用隔離運放，這種方法存在隔離過程中可能引入新的量化誤差。輸入信號頻率不能太高等問題。而數(shù)字信號隔離則沒有上述問題。因此，數(shù)字信號隔離應(yīng)用廣泛。塑料光纖（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作為芯層材料，PMMA、氟塑料等作為皮層材料的一類光纖（光導(dǎo)纖維）。不同的材料具有不同的光衰減性能和溫度應(yīng)用范圍。塑料光纖不但可用于接入網(wǎng)的100~1000米，也可以用于各種汽車、飛機、等運載工具上，是優(yōu)異的短距離數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。

　　塑料光纖質(zhì)輕、柔軟，更耐破壞（振動和彎曲）。塑料光纖有著優(yōu)異的拉伸強度、耐用性和占用空間小的特點。這些優(yōu)點使得塑料光纖在汽車中成功應(yīng)用尤為重要。一個典型的豪華車內(nèi)部至少由幾公里的銅線和銅纜，重量和成本大為增加。飛機、火車和其他所有交通工具莫不如此。由于塑料光纖的大直徑和數(shù)值孔徑，光傳導(dǎo)能力大。塑料光纖比銅類傳輸介質(zhì)（雙絞線和同軸電纜）有著高得多的帶寬能力。傳輸?shù)念l率越高，運用塑料光纖的成本就越低。

　　1 塑料光纖

　　塑料光纖不產(chǎn)生輻射，完全不受電磁干擾和無線電頻率干擾以及噪音的影響。 這一點對視頻和音頻的分流尤為重要，很顯然這些干擾和噪音影響圖像和服務(wù)的品質(zhì)。塑料光纖可以和銅纜在同一管道里或同一線束并排鋪放。塑料光纖不產(chǎn)生噪音，不會對目前的管網(wǎng)產(chǎn)生負面影響。塑料光纖的切割、布線、粘結(jié)、拋光和其他加工容易。由于有較大直徑， 塑料光纖安裝和與器件、光源、探測器等的連接變得容易和低成本，非人士也能勝任這些操作。準備塑料光纖的連接多不超過1分鐘，也不需要特別的工具。即使是簡單的剪刀也可以用來切割塑料光纖。塑料光纖收發(fā)模塊使用650nm波長的紅光，非常安全，使用者可見也容易判斷光纖的連接是否成功。另外，塑料光纖的連接對端面藏留的灰塵和碎屑不敏感。

　　POF系統(tǒng)的成本低。據(jù)說用于家庭消費電子、家庭聯(lián)網(wǎng)和汽車包括音響、DVD、VCR等的每個連接的成本低于20美金。所以這些器件都可以在一般商店里買到。

　　TOSLINK是東芝連接（Toshiba Link）的縮寫，也是一種標準光學(xué)數(shù)字音頻接口，可用于在各種器材之間，通過一種光導(dǎo)體，利用光作載體傳送數(shù)字音頻信號（左右聲道或多聲道）。TOSLINK可以使用塑料光纖做塑料光纖音頻跳線。TOSLINK接口是一個光收發(fā)器，將數(shù)字電信號轉(zhuǎn)化為光信號并傳輸數(shù)據(jù)。它通過光發(fā)送模塊將數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號，轉(zhuǎn)化后的光信號通過塑料光纖到達光接收模塊。TOSLINK 或光導(dǎo)電纜是規(guī)范化的 光纖 連接系統(tǒng)。 它的共同的用途在消費者 音頻 設(shè)備（通過"數(shù)字式光學(xué)"插口）它運載a的地方 數(shù)字式音頻 小河在組分之間例如 MiniDisc 并且 CD 球員和 DAT 記錄器。 TOSLINK也許使用低廉1毫米塑料光纖或它可能根據(jù)期望帶寬和應(yīng)用使用更加優(yōu)質(zhì)的多子線塑料光纖甚至石英玻璃光纖。 TOSLINK信號電纜通常被限制到5米長，以10米的一個長度，為可靠的傳輸，除非使用信號助推器。

　　塑料光纖隔離通信系統(tǒng)的元件是光發(fā)送器和光接收器。其中，光發(fā)送器是由發(fā)光二極管及光纖連接器構(gòu)成。發(fā)光二極管使用高亮度、大小為1 mmx1 mm表面貼片封裝的發(fā)光二極管，這種發(fā)光管具有驅(qū)動電流小、價格便宜的優(yōu)點，發(fā)光面大小與塑料光纖的直徑相當，容易將光信號與塑料光纖耦合。發(fā)光二極管的工作波長也要與塑料光纖的工作波長相配合。光纖連接器是將發(fā)光二極管與塑料光纖進行有效對接的機械結(jié)構(gòu)。光纖連接器一般采用槽形結(jié)構(gòu)，易于快速正確插撥。

　　2 硬件電路設(shè)計

　　基于TOSLINK接口的光收發(fā)模塊很多，其硬件接口是類似的，光和電參數(shù)根據(jù)應(yīng)用不同而不同。市場上有很多相關(guān)的生產(chǎn)廠家。這里以DLRllll和DLTllll對管為例，說明塑料光纖的接口電路設(shè)計方法。DLRllll和DLTllll的外形和封裝形式完全一樣，如圖l所示。

　　DLRllll主要參數(shù)如下：工作電壓為2.7~5 V;工作電流為6.5 mA;工作波長為700 nm;工作頻率小于16 Mb/s;傳輸距離小于20m.

　　驅(qū)動模塊電路比較簡單。當電源部分沒有正確處理時，該驅(qū)動模塊電路會從電源部分引入干擾，輸出波形會出現(xiàn)干擾脈沖，如圖2所示。圖2中下半部分波形是標準的1 MHz方波，由信號發(fā)生器產(chǎn)生，上半部分波形是經(jīng)塑料光纖后輸出的TTL信號，從圖2中可以看出，在上升沿的上部產(chǎn)生一個很強的干擾，如果這個干擾一直存在，會影響數(shù)據(jù)通信的正常進行。

　　經(jīng)反復(fù)試驗和測試，在DLRllll和DLTllll的電源電路中采用10μH電感與10μF電容（并聯(lián)O.1μF）構(gòu)成的LC濾波，可大幅濾除電源中的高頻干擾。同時，在PCB布線方面，地平面的處理也非常重要，塑料光纖的接地一般采用單點接地，可防止其他電路的干擾信號從地電位引入到光驅(qū)動模塊中，驅(qū)動電路原理圖如圖3所示。

　　當正確處理了驅(qū)動模塊的外圍電路后，輸出的波形如圖4所示。從圖4中可以看出，上半部分的輸出波形已經(jīng)沒有任何高頻干擾存在。

　　圖4顯示的信號頻率為1 MHz,對驅(qū)動模塊進行了實際的頻率特性試驗，從1 Hz開始，以10倍的系數(shù)增加信號頻率，一直到10 MHz為止。試驗結(jié)果顯示，在1 Hz~10 MHz的頻率范圍內(nèi)，輸出的波形有固定的100 ns的延遲，信號輸出波形無干擾，邊沿干凈。之后對驅(qū)動模塊的電壓特性進行測試，在電源電壓1.5~6V的電壓范圍內(nèi)，說明該驅(qū)動模塊的工作電壓范圍比較寬。將光發(fā)送模塊的工作電壓從1.5~6V范圍內(nèi)變化，光接收模塊的工作電壓固定為某一個值，輸出信號電壓和光接收模塊的工作電壓相同，也為3.3 V.以上試驗說明，光收發(fā)模塊可以使用不同的工作電壓，而不影響信號的傳輸。

　　測試中發(fā)現(xiàn)，其輸入輸出是有延遲的，固定為100 ns,如果輸入信號頻率比較高，如大于10 MHz,又要求輸入輸出同步，則需要在輸入部分或輸出部分進行硬件或軟件處理，得到完全同步的隔離信號。

　　3 應(yīng)用實例

　　某高壓儀表隔離部分設(shè)計參數(shù)如下：隔離電壓為60 kV;傳輸速度為1MHz;傳輸距離為10 m;接口類型為SPI.

　　SPI接口采用3線制，如圖5所示。圖5中只給出了主控方的電路圖，從機是一個SPI接口的串行A/D轉(zhuǎn)換器，硬件連接方法與圖5類似。SPI總線是板內(nèi)總線，在1 MHz下的傳輸距離不宜超過1 m,加了塑料光纖隔離驅(qū)動后，其傳輸距離被大大延長了。高壓部分和低壓部分的驅(qū)動模塊各需要3個，這3個模塊布局時放在一起，共地連接，之后與其他部分電路要單點接地處理。

　　SPI通信硬件除了將傳輸介質(zhì)由金屬導(dǎo)線換為塑料光纖外，沒有其他區(qū)別，軟件上則與普通SPI的軟件完全相同。

　　4 結(jié)論

　　塑料光纖技術(shù)是正在發(fā)展中的新興技術(shù)，已在音頻數(shù)據(jù)傳輸中廣泛使用，由于其高隔離電壓、高速度、較遠傳輸距離及低成本的優(yōu)點，會在高壓設(shè)備、高壓儀表及輸配電現(xiàn)場中得到廣泛應(yīng)用。