BR102018003832A2 - barramento de rede de área de controlador bidirecional de fibra singular - Google Patents

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Y Chan Eric
Quan Anh Nguyen Kim
M Ramey Sean
E Jackson Timothy
K Truong Tuong
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Abstract

a presente invenção refere-se a uma rede de área de controlador (can) compreendendo uma pluralidade de nós can que se comunica através de um barramento can que compreende uma rede de fibra ótica. a rede de fibra ótica utiliza uma fibra singular e um comprimento de onda singular para transmitir e receber, e compreende uma estrela ótica refletora passiva. a estrela ótica refletora compreende uma haste de mistura ótica possuindo um espelho em uma extremidade. a outra extremidade da estrela ótica refletora é oticamente acoplada aos transmissores e receptores de uma pluralidade de conversores de mídia ótico-elétrica por meio de acopladores y óticos, de alto isolamento, respectivos. cada nó can produz sinais elétricos (de acordo com o protocolo com base em mensagem can) que são convertidos em pulsos óticos que são difundidos para a rede de fibra ótica. esses pulsos óticos são então refletidos de volta para os nós can pela estrela ótica refletora.

Description

(54) Título: BARRAMENTO DE REDE DE ÁREA DE CONTROLADOR BIDIRECIONAL DE FIBRA SINGULAR (51) Int. Cl.: G02B 6/43 (30) Prioridade Unionista: 18/04/2017 US 15/489,810 (73) Titular(es): THE BOEING COMPANY (72) Inventor(es): TUONG K. TRUONG; DENNIS G. KOSHINZ; ERIC Y. CHAN; KIM QUAN ANH NGUYEN; SEAN M. RAMEY; TIMOTHY E. JACKSON; BARKHUNG HENRY PANG (85) Data do Início da Fase Nacional:
27/02/2018 (57) Resumo: A presente invenção refere-se a uma rede de área de controlador (CAN) compreendendo uma pluralidade de nós CAN que se comunica através de um barramento CAN que compreende uma rede de fibra ótica. A rede de fibra ótica utiliza uma fibra singular e um comprimento de onda singular para transmitir e receber, e compreende uma estrela ótica refletora passiva. A estrela ótica refletora compreende uma haste de mistura ótica possuindo um espelho em uma extremidade. A outra extremidade da estrela ótica refletora é oticamente acoplada aos transmissores e receptores de uma pluralidade de conversores de mídia ótico-elétrica por meio de acopladores Y óticos, de alto isolamento, respectivos. Cada nó CAN produz sinais elétricos (de acordo com o protocolo com base em mensagem CAN) que são convertidos em pulsos óticos que são difundidos para a rede de fibra ótica. Esses pulsos óticos são então refletidos de volta para os nós CAN pela estrela ótica refletora.
Figure BR102018003832A2_D0001
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para BARRAMENTO DE REDE DE ÁREA DE CONTROLADOR BIDIRECIONAL DE FIBRA SINGULAR.
Antecedentes [0001] A tecnologia descrita aqui geralmente se refere a redes óticas que permitem a comunicação entre componentes elétricos.
[0002] A transmissão de dados entre componentes elétricos é tipicamente alcançada através de uma rede compreendendo cabos elétricos. Em sistemas aviônicos analógicos, o número de cabos utilizados para transferir informação entre os vários componentes do sistema pode ser considerável. Em sistemas digitais, sinais são transmitidos ao longo de um par singular de fios, que criam um barramento de dados. Um barramento é uma coleção de fios através dos quais os dados são transmitidos de uma parte de uma rede para outra. Os sistemas de barramento fornecem um meio eficiente de se permutar dados entre os diversos sistemas aviônicos a bordo de uma aeronave. Todos os barramentos consistem de um barramento de endereço e um barramento de dados. Tipicamente, os sistemas de barramento de aeronave utilizam a transferência de dados seriais visto que minimiza o tamanho e o peso do cabeamento da aeronave.
[0003] Em algumas situações, é desejável conectar um número de unidades substituíveis de linha (LRUs) umas às outras. Por exemplo, um número de LRUs na seção de avanço de um veículo (por exemplo, uma aeronave) pode ser conectado a um número de LRUs na seção posterior do veículo. A conexão de cada LRU com cada uma das outras LRUs pode resultar em um número desproporcionalmente grande de conexões entre LRUs. Se todas essas conexões estiverem na forma de fios de cobre, o espaço e o peso resultantes das conexões poderíam ser um fardo para o veículo. Os barramentos de dados elétricos foram utilizados para conectar as LRUs.
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2/26 [0004] Mais especificamente, é conhecido o uso de uma rede de área de controlador elétrico (CAN) para conectar os dispositivos elétricos (também conhecidos como nós CAN) um ao outro, por meio de um barramento serial de múltiplos mestres (como conhecido como um barramento CAN). Os dispositivos que são conectados por um barramento CAN são tipicamente sensores, acionadores, e outros dispositivos de controle. Por exemplo, são conhecidos por facilitarem a comunicação entre uma multiplicidade de LRUs utilizando uma rede de área de controlador elétrico.
[0005] Os conjuntos de barramento CAN elétricos atuais em uma aeronave apresentam muitas características indesejáveis, incluindo pelo menos as seguintes: (1) montagem demorada de acopladores T envolvendo a elevação e reconexão das proteções duplas em um cabo; (2) comprimentos de ponta críticos do acoplador T para a LRU impedem a reutilização de um conjunto de barramento para outro barramento CAN com a mesma quantidade de nó; (3) sinalização elétrica simples CAN não é bem protegida contra os efeitos eletromagnéticos (EME) em comparação com os envoltórios Arinc 629; (4) tratamento cuidadoso do terminador/acoplador T e interfaces de acoplador T/nó é necessário para se evitar a falta de combinação de impedância; e (5) problemas operacionais CAN, tal como além do reparo econômico, falta de combinação de impedância, e reflexo de barramento se tornam piores para aeronaves mais longas.
[0006] Um barramento de dados ótico singular pode eliminar parte do peso e tamanho das conexões elétricas entre LRUs. Em geral, as fibras de comunicação ótica, tal como fibras óticas de vidro e fibras óticas de plástico, podem ser mais leves e contidas em espaços menores do que a fiação elétrica. Em particular, a rede ótica utilizando fibras óticas de plástico podem fornecer vantagens sobre a rede utilizando fiação de cobre ou outro metal. As categorias de fibra ótica de plástico
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3/26 incluem fibra ótica de silício revestida de plástico, fibra ótica de plástico de núcleo singular, ou fibra ótica de plástico de múltiplos núcleos. A rede de fibra ótica de plástico pode ter custos de instalação e manutenção menores. Ademais, visto que as fibras óticas plásticas são mais leves do que a fiação de metal que seria necessária para portar uma quantidade equivalente de dados, a utilização de fibras óticas plásticas pode resultar em uma economia de peso apreciável. A economia de peso pode ser significativa para redes a bordo de veículos, tal como aeronave, onde a economia de peso pode resultar em um consumo de combustível reduzido e emissões mais baixas.
[0007] Atualmente, nenhum padrão da indústria é definido para as transmissões por fibra ótica de sinais CAN. Existem publicações da indústria, patentes e produtos para o barramento CAN ótico, mas os mesmos utilizam um ou mais dentre os seguintes: fibras separadas de transmissão e recepção para manter a separação de bits dominantes e bits recessivos: uma estrela ótica ativa com falha pontual singular da central; e um fluxo de dados bidirecional de fibra singular a partir da repetidora de ponto a ponto (barramento de dois nós) para extensão de comprimento com um espelho dicroico e dois comprimentos de onda.
[0008] Seria desejável fornecer um aperfeiçoamento para melhorar o desempenho dos barramentos CAN compreendendo uma rede ótica de fibra.
Sumário [0009] O conceito amplo descrito aqui para melhorar o desempenho do barramento CAN converte um barramento CAN elétrico (por exemplo, ARINC 825) em um barramento CAN ótico passivo para reduzir o peso e o trabalho associados com a fabricação e instalação do barramento, e para minimizar as configurações de muitos barramentos associadas com diferentes velocidades de dados e comprimentos de
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4/26 barramento/ponta. O barramento CAN ótico descrito aqui faz uso de uma fibra singular para ambas a transmissão e recepção, um comprimento de onda singular para transmissão e recepção, uma estrela ótica refletora passiva e acopladores Y óticos de alto isolamento (doravante acoplador Y ótico).
[0010] Mais especificamente, a presente matéria descrita em detalhes abaixo é direcionada para uma rede de área de controlador (CAN) compreendendo uma pluralidade de nós CAN que se comunicam através de um barramento CAN que compreende uma rede de fibra ótica. A rede de fibra ótica utiliza uma fibra singular e um comprimento de onda singular para transmitir e receber, e compreende uma estrela ótica refletora passiva, que recebe os pulsos óticos de difusão e reflete os mesmos de volta para todos os nós CAN. A estrela ótica refletora compreende uma haste de mistura ótica possuindo um espelho em uma extremidade. A outra extremidade da estrela ótica refletora é oticamente acoplada a transmissores e receptores dentre uma pluralidade de conversores de meio ótico-elétrico (incluindo uma pluralidade de subconjuntos óticos transmissores e uma pluralidade de subconjuntos óticos receptores) por meio de acopladores Y óticos de alto isolamento respectivos. Cada nó CAN produz sinais elétricos de acordo com o protocolo com base em mensagem CAN, cujos sinais elétricos são convertidos em pulsos óticos que são difundidos para a rede de fibra ótica. Esses pulsos óticos são então refletidos de volta para todos os nós CAN pela estrela ótica refletora.
[0011] A estrela ótica refletora compreende um misturador ótico que é conectado aos transmissores e receptores respectivamente de uma pluralidade de conversores de mídia ótica-elétricos por meio de uma pluralidade respectiva de acopladores Y óticos. Cada conversor de meio ótico-elétrico compreende um receptor respectivo acoplado oticamente a uma ramificação de um acoplador Y ótico respectivo por
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5/26 meio de uma fibra ótica de plástico de saída respectiva e um transmissor respectivo oticamente acoplado a outra ramificação do acoplador Y ótico respectivo por meio de uma fibra ótica plástica de entrada respectiva. Opcionalmente, as fibras óticas de vidro podem ser utilizadas em vez das fibras óticas de plástico.
[0012] De acordo com uma modalidade, a rede de área de controlador compreende um conversor de sinal respectivo que acopla um nó CAN respectivo a um subconjunto ótico de transmissão respectiva e um subconjunto ótico de recebimento respectivo, subconjuntos esses que, por sua vez, são acoplados oticamente ao acoplador de estrela refletor por meio de fibras óticas e acopladores Y óticos. De acordo com as modalidades ilustrativas descritas em detalhes abaixo, os nós CAN são incorporados às unidades substituíveis de linha respectivas (LRUs) a bordo de uma aeronave.
[0013] Um aspecto da presente matéria descrito em detalhes abaixo é um sistema de comunicações de dados compreendendo: uma pluralidade de nós de rede de área de controlador que opera eletricamente; uma pluralidade de conversores de sinal acoplados eletricamente aos nós de rede de área de controlador respectivos dentre a pluralidade de nós de rede de área de controlador, cada conversor de sinal compreendendo um conjunto de circuitos elétricos que converte os sinais diferenciais em sinais digitais e vice-versa; uma pluralidade de subconjuntos óticos transmissores eletricamente acoplados a conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico transmissor compreendendo um transmissor respectivo que converte os sinais digitais de um conversor de sinal respectivo em pulsos óticos; uma pluralidade de subconjuntos óticos receptores eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico receptor compreendendo um receptor respectivo que conPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 92/160
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6/26 verte os pulsos óticos em sinais digitais que são enviados para um conversor de sinal respectivo; e uma rede de fibra ótica acoplada oticamente aos transmissores e receptores para permitir que a pluralidade de nós de rede aérea de controlador se comunique um com o outro, onde a rede de fibra ótica compreende uma estrela ótica refletora. De acordo com algumas modalidades, a rede de fibra ótica compreende adicionalmente uma pluralidade de acopladores Y óticos acoplados oticamente com a estrela ótica refletora, cada acoplador Y ótico compreendendo ramificações de transmissão e recepção que são oticamente, respectivamente, acopladas ao transmissor e receptor associados com um conversor de sinal respectivo. Em uma implementação proposta, a ramificação de transmissão de cada acoplador Y ótico compreende uma primeira fibra ótica possuindo uma primeira face lateral, a ramificação de recepção de cada acoplador Y ótico compreende uma segunda fibra ótica possuindo uma segunda face lateral que confronta a primeira face lateral, e cada acoplador Y ótico compreende adicionalmente uma camada de material refletor disposta entre a primeira e segunda faces laterais das ramificações de transmissão e recepção. A primeira fibra ótica possui uma primeira face de extremidade, a segunda fibra ótica possui uma segunda face de extremidade, e cada acoplador Y ótico compreende adicionalmente uma terceira fibra ótica possuindo uma face de extremidade que é oticamente acoplada à primeira e segunda faces de extremidade. O acoplador de estrela refletora compreende uma haste de mistura ótica e um espelho disposto em uma extremidade da haste de mistura ótica.
[0014] Outro aspecto da presente matéria descrito em detalhes abaixo é um sistema de comunicações de dados compreendendo uma pluralidade de dispositivos elétricos configurados para enviar e receber sinais elétricos representando dados, onde cada um dos dispositivos elétricos compreende um controlador de rede de área de controlador
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7/26 respectivo configurado para difundir as mensagens utilizando a arbitragem no sentido de bit para determinar a prioridade de mensagem, e um transceptor de rede de área de controlador respectivo acoplado eletricamente ao controlador de rede de área de controlador respectivo; uma pluralidade de conversores de sinal eletricamente acoplados aos transceptores de rede de área de controlador respectivos dentre a pluralidade de transceptores de rede de área de controlador, cada conversor de sinal compreendendo um conjunto de circuitos elétricos que converte sinais diferenciais em sinais digitais e vice-versa; uma pluralidade de subconjuntos óticos de transmissão eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico transmissor compreendendo um transmissor respectivo que converte os sinais digitais de um conversor de sinal respectivo para pulsos óticos; uma pluralidade de subconjuntos óticos receptores eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico receptor compreendendo um receptor respectivo que converte os pulsos óticos em sinais digitais que são enviados para um conversor de sinal respectivo; e uma rede de fibra ótica oticamente acoplada aos transmissores e receptores para permitir que a pluralidade de nós de rede de área de controlador se comuniquem um com o outro, onde a rede de fibra ótica compreende uma estrela ótica refletora. De acordo com uma modalidade, cada um dentre a pluralidade de dispositivos elétricos é uma unidade substituível de linha respectiva.
[0015] Um aspecto adicional da presente matéria descrito em detalhes abaixo é um sistema de comunicações de dados compreendendo uma pluralidade de dispositivos elétricos configurados para enviar e receber sinais elétricos representando dados, onde cada um dos dispositivos elétricos compreende um controlador de rede de área de
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8/26 controlador respectivo configurado para difundir as mensagens utilizando arbitragem no sentido do bit para determinar a prioridade de mensagem, e um transceptor de rede de área de controlador respectivo eletricamente acoplado ao controlador de rede de área de controlador respectivo: meios para converter os sinais elétricos diferenciais em pulsos óticos; meios para converter pulsos óticos em sinais elétricos diferenciais: θ uma rede de fibra ótica compreendendo uma estrela ótica refletora e uma multiplicidade de guias de onda ótica que acoplam oticamente a estrela ótica refletora aos meios de conversão de sinais elétricos diferenciais para pulsos óticos e aos meios de conversão de pulsos óticos para sinais elétricos diferenciais. De acordo com algumas modalidades, a multiplicidade de guias de onda ótica compreende adicionalmente uma pluralidade de acopladores Y óticos oticamente acoplados à estrela ótica refletora, cada acoplador Y ótico compreendendo ramificações de transmissão e recepção que são, respectivamente, oticamente acopladas a um transmissor associado com um meio respectivo de conversão de sinais elétricos diferenciais para pulsos óticos e um receptor associado com um meio respectivo para conversão de pulsos óticos para sinais elétricos diferenciais.
[0016] Outro aspecto adicional é um método para comunicação em rede de área de controlador entre uma pluralidade de nós compreendendo: a difusão de uma mensagem de um dentre a pluralidade de nós, a mensagem compreendendo a transmissão de sinais elétricos diferenciais representando uma sequência de bits de acordo com um protocolo de comunicação que emprega a arbitragem no sentido do bit em resposta à detecção de colisão; a conversão dos sinais elétricos diferenciais de transmissão em pulsos óticos; a orientação dos pulsos óticos na direção de e para dentro de uma estrela ótica refletora; o reflexo dos pulsos óticos dentro da estrela ótica refletora; a orientação dos pulsos óticos refletidos na direção da pluralidade de nós; a conPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 95/160
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9/26 versão de pulsos óticos refletidos em sinais elétricos diferenciais recebidos; e o recebimento de sinais elétricos diferenciais receptores em cada nó.
[0017] Outros aspectos de barramentos CAN compreendendo uma rede de fibra ótica são descritos abaixo.
Breve Descrição dos Desenhos [0018] As características, funções e vantagens discutidas na seção anterior podem ser alcançadas independentemente em várias modalidades ou podem ser combinadas em outras modalidades. Várias modalidades serão, doravante, descritas com referência aos desenhos para fins de ilustração dos aspectos descritos acima e outros aspectos. Nenhum dos diagramas descritos de forma breve nessa seção está desenhado em escala.
[0019] Nos desenhos, o círculo em um símbolo representando um dispositivo elétrico (tal como uma porta lógica ou um amplificador) é chamado de bolha, e é utilizado em diagramas lógicos para indicar uma negação de lógica entre o estado lógico externo e o estado lógico interno (1 para 0 ou vice-versa). A convenção lógica positiva (isto é, nível de voltagem alto = 1) é utilizada.
[0020] A figura 1 é um diagrama representando (em um nível alto) uma configuração de uma rede de área de controlador elétrico básico. [0021] A figura 2 é um diagrama representando uma topologia típica de um barramento CAN elétrico que permite que uma multiplicidade de LRUs se comunique entre si.
[0022] A figura 3A é um diagrama ilustrando uma arbitragem no sentido do bit de barramento CAN elétrico entre dois nós CAN.
[0023] A figura 3B é uma representação de bit física de níveis de voltagem diferenciais (CANH e CANL) correspondendo a dois estados lógicos invertidos (isto é, dominante e recessivo) de um barramento CAN.
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10/26 [0024] As figuras 4A e 4B são diagramas híbridos (combinando elementos de um diagrama em bloco e elementos de um diagrama de circuito lógico) representando alguns componentes de uma rede de área de controlador ótico em um modo de transmissão (figura 4A) e em um modo de recepção (figura 4B) de acordo com uma modalidade. [0025] A figura 5 é um diagrama híbrido representando uma rede de área de controlador ótico compreendendo uma estrela ótica refletora de acordo com uma modalidade.
[0026] A figura 6 é um diagrama representando um acoplador Y ótico que facilita a propagação de luz de entrada pelo reflexo interno. A seta apontando para a direita representa os pulsos óticos se propagando a partir de um subconjunto ótico de transmissão na direção de um acoplador ótico refletor; a seta apontando para a esquerda representa pulsos óticos se propagando a partir do acoplador ótico refletor na direção de um subconjunto ótico receptor associado com o subconjunto ótico de transmissão.
[0027] A figura 7A é um diagrama representando uma vista explodida de alguns componentes de um conjunto de feixe de fibras e de estrela ótica refletora de acordo com uma implementação ilustrativa proposta.
[0028] A figura 7B é um diagrama representando uma vista isométrica dos componentes de um conjunto de feixe de fibras parcialmente montado e de estrela ótica refletora de acordo com a implementação ilustrativa proposta parcialmente apresentada na figura 7A.
[0029] A figura 7C é um diagrama representando uma vista isométrica de componentes de um conjunto de feixe de fibras totalmente montado e de estrela ótica refletora de acordo com a implementação ilustrativa proposta parcialmente apresentada nas figuras 7A e 7B. [0030] A figura 8 é um diagrama representando a geometria de vários componentes de conjunto de feixe de fibra totalmente montado e
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11/26 estrela ótica refletora apresentados na figura 7C.
[0031] Referência será feita, doravante, aos desenhos nos quais elementos similares em desenhos diferentes suportam as mesmas referências numéricas.
Descrição Detalhada [0032] Modalidades ilustrativas dos barramentos CAN compreendendo uma rede de fibra ótica são descritas em alguns detalhes abaixo. No entanto, nem todas as características de uma implementação real são descritas nessa especificação. Os versados na técnica apreciarão que no desenvolvimento de qualquer modalidade real como essa, inúmeras decisões específicas de implementação devem ser feitas para se alcançar os objetivos específicos do projetista tal como conformidade com restrições relacionadas com sistema e com o negócio, que variaram de uma implementação para outra. Ademais, será apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, não obstante, será uma rotina para os versados na técnica tendo o benefício dessa descrição.
[0033] A tecnologia proposta aqui envolve a substituição de uma rede de fibra ótica possuindo uma estrela ótica refletora no lugar de um barramento de dados elétrico em uma rede de área de controlador. Várias modalidades de uma rede de fibra ótica para permitir a comunicação ótica entre LRUs (cada LRU incorporando um nó CAN) em uma aeronave serão descritas em detalhes abaixo para fins de ilustração. No entanto, a implementação de uma rede de área de controlador compreendendo uma rede de fibra ótica não está limitada apenas ao ambiente de uma aeronave, mas, em vez disso, pode ser utilizada nas redes de área de controlador a bordo de outros tipos de veículos. Além disso, as modalidades de um barramento CAN ótico descrito em detalhes abaixo possuem aplicações nas redes de dispositivos elétricos além das LRUs desde que os dispositivos elétricos sejam configurados
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12/26 para incorporar os nós CAN respectivos.
[0034] Os detalhes técnicos referentes aos princípios fundamentais e operacionais das redes de área de controlador foram publicados. No entanto, para fins de descrição adequada sem incorporação por referência, uma breve descrição de uma implementação de um barramento CAN básico será descrita doravante com referência à figura 1. [0035] A figura 1 é um diagrama representando uma rede de área de controlador compreendendo uma pluralidade de N nós CAN conectados às linhas de barramento 2a e 2b de um barramento CAN 2. O barramento CAN é encerrado em cada extremidade por resistores respectivos 4a e 4b para evitar reflexos de sinal. Cada um dos N nós CAN compreende um processador respectivo 8, um controlador CAN respectivo 10 e um transceptor CAN respectivo 12. (Em implementações alternativas, o controlador CAN pode ser embutido no processador ou embutido no transceptor. No último caso, o componente resultante será referido aqui como um controlador/transceptor CAN). De acordo com a implementação apresentada na figura 1, o processador 8 e o transceptor CAN 12 se comunicam um com o outro (eletricamente) por meio do controlador CAN 10. Cada transceptor CAN 12 é eletricamente conectado às linhas de barramento 2a e 2b de um barramento CAN 2 por um par de pontas 6a e 6b. As linhas de barramento 2a e 2b e as pontas 6a e 6b compreendem fios eletricamente condutores.
[0036] De acordo com o protocolo de comunicações CAN, cada nó CAN pode enviar e receber mensagens, mas não simultaneamente. Uma mensagem ou quadro consiste basicamente de um identificador, que representa a prioridade da mensagem, e um número de bytes de dados. A mensagem é transmitida serialmente no barramento CAN 2 pelo transceptor CAN 12 e pode ser recebida por todos os nós CAN. Cada nó CAN conectado ao barramento CAN 2 espera por um período prescrito de inatividade antes de tentar enviar uma mensagem. Se
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13/26 houver uma colisão (isto é, se dois nós tentarem enviar mensagens ao mesmo tempo), a colisão é solucionada através de uma arbitragem no sentido de bit, com base em uma prioridade pré-programada de cada mensagem no campo de identificador da mensagem. A mensagem que contém o identificador de prioridade mais alta sempre vence o acesso ao barramento.
[0037] Ainda com referência à figura 1, a comunicação CAN é bidirecional. O processador 8 decide o que as mensagens recebidas significam e que mensagens deseja transmitir. Os sensores, acionadores e dispositivos de controle (não ilustrados na figura 1) podem ser conectados ao processador 8. Durante a transmissão, o controlador CAN 10 envia as mensagens de transmissão para o transceptor CAN 12, que transmite os bits serialmente para o barramento CAN 2 quando o barramento está livre. Durante a recepção, o transceptor CAN 12 converte a sequência de dados dos níveis de barramento CAN em níveis que o controlador CAN 10 utiliza. Durante a transmissão, o transceptor CAN 12 converte a sequência de dados do controlador CAN 10 em níveis de barramento CAN. Mais especificamente, um acionador (não ilustrado na figura 1) dentro do transceptor CAN 12 converte uma entrada digital no terminal TXD em uma saída diferencial nos terminais CANH e CANL. Um receptor (não ilustrado na figura 1) dentro do transceptor CAN 12 converte o sinal diferencial de terminais CANH e CANL em uma saída digital no terminal RXD. Dentro do transceptor CAN 12, os terminais CANH e CANL do acionador são internamente conectadas à entrada do receptor, que permite que cada nó transmissor monitore constantemente cada bit de sua própria transmissão.
[0038] O nó CAN descrito acima pode ser incorporado em vários tipos de dispositivos elétricos, tal como uma unidade substituível de linha (LRU). A figura 2 é um diagrama representando uma topologia típica de um barramento CAN elétrico que permite que uma multipliciPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 100/160
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14/26 dade de n LRUs (respectivamente identificadas como LRU1, LRU2, ...,LRUn-1, LRU/7), se comuniquem umas com as outras. Cada LRU incorpora um nó CAN do tipo previamente descrito. Adicionalmente, cada LRU é conectada a um barramento 2 por meio de um conector de ponta LRU respectivo 14, um cabo de ponta respectivo 6, e um conector de barramento de ponta respectivo 16. Os fios da parte esquerda do barramento CAN 2 podem ser eletricamente conectados aso fios da parte direita do barramento CAN 2 por um disjuntor de produção 18. De acordo com uma implementação, cada conector de barramento de ponta 16 é uma junção galvânica que conecta o barramento CAN 2 ao cabo de ponta 6, uma junção para cada nó no barramento. O procedimento de junção utiliza um tempo de fabricação valioso visto que as proteções precisam ser separadas, os fios de sinal são unidos e então as proteções são conectadas de volta, com encolhimento térmico e mangas protetoras.
[0039] As figuras 3A e 3B ilustram o protocolo de barramento CAN para um barramento elétrico onde um bit dominante se sobrepõe a um bit recessivo no barramento para alcançar a arbitragem não destrutiva no sentido de bit. A figura 3A é um diagrama ilustrando uma arbitragem no sentido de bit de barramento CAN elétrico entre dois nós CAN. A figura 3B é uma representação física de bit de níveis de voltagens diferenciais (CANH e CANL) correspondendo aos dois estados lógicos invertidos (isto é, dominante e recessivo) de um barramento CAN. [0040] Como observado na figura 3B, o barramento CAN 2 possui dois estados durante a operação energizada do dispositivo: dominante (um 0 lógico) e recessivo (um 1 lógico). Um estado de barramento dominante é quando o barramento é acionado diferentemente (isto é, a diferença na voltagem nas linhas CANH e CANL é Vdiff(D)), correspondendo a uma lógica baixa nos terminais TXD e RXD (ilustrados na figura 1) do controlador CAN 10 incorporado a cada nó CAN. Um estaPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 101/160
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15/26 do de barramento recessivo é quando o barramento CAN 2 é orientado através dos resistores de entrada interna de alta resistência de um receptor (não ilustrado) dentro do transceptor CAN 12 (isto é, a diferença na voltagem nas linhas CANH e CANL é Vdiff(R)), correspondendo a uma lógica alta nos terminais TXD e RXD.
[0041] Apenas um nó CAN pode transmitir mensagens de dados em qualquer momento. Se dois nós CAN tentarem acessar o barramento CAN 2 simultaneamente, a competição é solucionada utilizando-se arbitragem no sentido de bit sem perdas. Sem perdas significa que o nó CAN que vence a arbitragem continua a transmitir sua mensagem sem a mensagem ser destruída ou corrompida por outro nó CAN. O processo de arbitragem CAN é manuseado automaticamente pelo controlador CAN 10. A prioridade é alocada a um nó CAN em particular com base em um identificador de 11 bits que é transmitido por todos os nós CAN no início de cada quadro CAN. O nó CAN com o identificador mais inferior transmite mais zeros no início do quadro, e esse nó vence a arbitragem ou recebe prioridade mais alta. Um bit dominante sempre elimina um bit recessivo em um barramento CAN. [0042] Um exemplo de arbitragem no sentido de bit CAN é ilustrado na figura 3A. A parte superior representa uma sequência de bits sendo gerados pelo nó A durante um intervalo de tempo; a parte intermediária representa uma sequência de bits sendo gerada pelo nó B durante o mesmo intervalo de tempo; e a parte inferior representa a sequência de bits transmitida no barramento CAN 2 como resultado do processo de arbitragem no sentido de bit. Visto que cada nó monitora continuamente suas próprias transmissões, à medida que o bit recessivo do nó B é eliminado pelo bit dominante de maior prioridade do nó A, o nó B detecta que o estado de barramento não combina com o bit que transmitiu. Portanto, o nó B interrompe a transmissão enquanto o nó A continua com sua mensagem. Outra tentativa de transmissão da
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16/26 mensagem é realizada pelo nó B uma vez que o barramento seja liberado pelo nó A. Essa tentativa é bem-sucedida como observado na figura 3A.
[0043] O barramento CAN elétrico 2 ilustrado na figura 2 pode ser substituído por um barramento CAN ótico passivo para reduzir o peso e o trabalho associados com a fabricação e instalação do barramento e para minimizar as muitas configurações de barramento associadas com velocidades de dados diferentes e comprimentos de barramento/ponta. As figuras 4A e 4B identificam alguns componentes de uma rede de área de controlador ótico em um modo de transmissão (figura 4A) e em um modo de recebimento (figura 4B) de acordo com uma modalidade. A rede de área de controlador ótico compreende uma pluralidade de nós CAN elétricos acoplados de forma operacional a um acoplador ótico refletor passivo (não ilustrado nas figuras 4A e 4B). Cada nó CAN elétrico compreende um controlador/transceptor CAN respectivo 22 que é acoplado de forma operacional a um subconjunto ótico de transmissão respectivo 26 (TOSA) e um subconjunto ótico de recebimento respectivo 28 (ROSA) por meio de um conversor de sinal respectivo 24. Mais especificamente, o conversor de sinal 24 converte os sinais de voltagem CANH e CANL recebidos do controlador/transceptor CAN 22 em bits lógicos elétricos que são enviados para o subconjunto ótico de transmissão 26 e converte os bits lógicos elétricos recebidos a partir do subconjunto ótico de recebimento 28 em sinais de voltagem CANH e CANL que são enviados para o controlador/transceptor CAN 22.
[0044] O conversor de sinal 24 apresentado nas figuras 4A e 4B compreendem os componentes elétricos a seguir: (a) um primeiro amplificador 40 possuindo terminais de entrada diferenciais respectivamente conectados aos terminais CANH e CANL do controlador/transceptor CAN 22 e um terminal de saída; (b) uma porta OR 48 possuindo
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17/26 primeiro e segundo terminais de entrada e um terminal de saída; (c) uma primeira porta AND 42 possuindo um primeiro terminal de entrada conectado ao terminal de saída do primeiro amplificador 40, um segundo terminal de entrada configurado e conectado para receber um bit invertido a partir do terminal de saída da porta OR 48; e um terminal de saída conectado ao subconjunto ótico de transmissão 26; (d) uma segunda porta AND 44 possuindo um primeiro terminal de entrada conectado para receber um bit invertido do terminal de saída da primeira porta AND 42, um segundo terminal de entrada conectado ao subconjunto ótico de recebimento 28, e um terminal de saída conectado ao primeiro terminal de entrada da porta OR 48; (e) um segundo amplificador 46 possuindo um terminal de entrada conectado ao terminal de saída da segunda porta AND 44, um primeiro terminal de saída conectado ao terminal CANH do controlador/transceptor CAN 22, e um segundo terminal de saída configurado e conectado para enviar um sinal de voltagem invertido para o terminal CANL do controlador/transceptor CAN 22; e (f) um registro de mudança 50 possuindo um terminal de entrada conectado ao terminal de saída da segunda porta AND 44 e um terminal de saída conectado ao segundo terminal de entrada da porta OR 48. O registro de mudança 50 fornece um retardo de tempo de propagação para o sinal no circuito interno a partir do terminal de saída da segunda porta AND 44 para o segundo terminal de entrada da primeira porta AND 42.
[0045] As figuras 4A e 4B ilustram como o comportamento do bit dominante/recessivo em um barramento CAN elétrico é alcançado no domínio ótico de acordo com uma modalidade. Uma saída de estado recessivo de um nó significa que nenhum pulso ótico é transmitido. Uma saída de estado dominante de um nó significa que um pulso ótico é transmitido. O bit enviado pela porta AND 42 é invertido e retornado para a porta AND 44. O bit enviado pela porta AND 44 é então retorPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 104/160
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18/26 nado para a porta AND 42 através da porta OR 48 para travar outro controladores/transceptores CAN (ver figura 5) que são conectados e configurados para comunicar com o controlador/transceptor CAN 22 através dos subconjuntos óticos de transmissão e recepção 26, 28. A colisão de transmissores óticos com números diferentes de bits de estado dominante (isto é, pulsos óticos) é similar a como um sinal CAN dominante deve se comportar, isto é, o transmissor que transmite pulsos óticos mais sucessivos no começo de um quadro CAN vence a arbitragem e continua a transmitir sua mensagem.
[0046] A configuração de componentes apresentados na figura 4A pode ser utilizada para conectar múltiplos controladores/transceptores CAN a uma única estrela ótica refletora. A figura 5 apresenta uma multiplicidade de controladores/transceptores CAN 22a a 22n (onde n é um inteiro igual a três ou mais) acoplados de forma operacional a uma estrela ótica refletora 32. O controlador/transceptor CAN 22a é acoplado de forma operacional à estrela ótica refletora 32 por meio de um conversor de sinal 24a, um subconjunto ótico transmissor 26a, um subconjunto ótico receptor 28a, e um acoplador Y ótico 30a possuindo duas ramificações que são respectivamente, oticamente, acopladas aos subconjuntos óticos de transmissão e recepção 26a, 28a. O controlador/transceptor CAN 22b é acoplado de forma operacional à estrela ótica refletora 32 por meio de um conversor de sinal 24b, um subconjunto ótico transmissor 26b, um subconjunto ótico receptor 28b, e um acoplador Y ótico 30b possuindo duas ramificações que são respectivamente, oticamente acopladas aos subconjuntos óticos transmissores e receptores 26b, 28b. O controlador/transceptor CAN 22n é acoplado de forma operacional à estrela ótica refletora 32 por meio de um conversor de sinal 24n, um subconjunto ótico transmissor 26n, um subconjunto ótico receptor 28n e um acoplador Y ótico 30n possuindo duas ramificações que são respectivamente oticamente acopladas aos
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19/26 subconjuntos óticos transmissor e receptor 20n, 28n. De acordo com a modalidade apresentada na figura 5, cada um dos conversores de sinal 24a a 24n compreende os componentes apresentados dentro do retângulo tracejado na figura 4. Adicionalmente, os acopladores Y óticos são oticamente acoplados aos subconjuntos óticos transmissores e receptores e a estrela ótica refletora por meio de fibras óticas plásticas (POF na figura 5).
[0047] Uma fibra ótica é um guia de onda dielétrico cilíndrico que transmite luz ao longo de seu eixo geométrico. A fibra consiste de um núcleo transparente cercado por uma camada de revestimento transparente (doravante, revestimento), ambos os quais são feitos de materiais dielétricos. A luz é mantida no núcleo pelo fenômeno de reflexo interno total. Para se confinar o sinal ótico ao núcleo, o índice de refração do núcleo é superior ao do revestimento. O limite entre o núcleo e o revestimento pode ser súbito, como na fibra de índice escalonado, ou gradual, como na fibra de índice graduado. As modalidades descritas aqui empregam fibras óticas plásticas. As fibras óticas plásticas possuem uma alta capacidade de transmissão, excelente imunidade a ruído induzido por interferência eletromagnética, pouco peso, alta resistência mecânica, e flexibilidade impressionante. As fibras óticas plásticas também são maiores em diâmetro em comparação com as fibras óticas plásticas. Devido a seus diâmetros maiores, as fibras óticas plásticas possuem maior tolerância à falta de alinhamento da fibra do que as fibras óticas de vidro. Devido a essa grande tolerância à falta de alinhamento, as redes com base em fibra ótica plásticas possuem menor custos de manutenção e instalação. Em plataformas aeroespaciais, as fibras óticas plásticas também reduzem em muito o custo de conectores e componentes de transceptor utilizados em uma rede de aviônicos. Em modalidades alternativas, as fibras óticas de vidro podem ser utilizadas no lugar de fibras óticas plásticas.
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20/26 [0048] De acordo com as modalidades descritas aqui, a estrela ótica refletora 32 é acoplada de forma operacional ao controlador/transceptores CAN 22a a 22n com apenas uma fibra ótica plástica (POF) por controlador/transceptor CAN utilizando acopladores Y óticos 30a a 30/7. Dessa forma, pela utilização da estrela ótica refletora 32, qualquer sinal dominante (um pulso ótico) no barramento CAN pode ser observado pelo receptor do próprio remetente e também por todos os outros receptores no barramento CAN, que elimina todos os remetentes de sinal recessivo.
[0049] A figura 6 é um diagrama representando um acoplador Y ótico 30 de acordo com uma modalidade. O acoplador Y ótico 30 compreende três fibras óticas plásticas 52, 54 e 56. Apesar de não apresentado na figura 6, as faces de extremidade 52a e 54a de fibras óticas plásticas 52 e 54 serão unidas e oticamente acopladas à face de extremidade 56a de uma fibra ótica plástica 56. O acoplador Y ótico 30 é projetado para facilitar a propagação da luz de entrada pelo reflexo interno. A seta T apontando para a direita na figura 6 representa a luz se propagando da esquerda para a direita através do acoplador Y ótico 30 (por exemplo, de um subconjunto ótico de transmissão 26 para uma estrela ótica refletora 32), ao passo que a seta R apontando para a esquerda representa a luz se propagando da direita para a esquerda (por exemplo, da estrela ótica refletora 32 para um subconjunto ótico de recepção 28 associado com o subconjunto ótico transmissor 26). O acoplador Y ótico 30 permite a conexão de fibra singular de um nó CAN à estrela ótica refletora 32. De acordo com um exemplo de uma implementação proposta, uma fibra ótica plástica de diâmetro de 1 mm singular (não ilustrada na figura 6) é utilizada para transmissão de dados bidirecional a partir da fibra ótica plástica 56 de cada acoplador Y ótico 30 para a estrela ótica refletora 32, como observado na figura 5. De forma similar, as ramificações transmissoras e receptoras formadas
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21/26 pelas fibras óticas plásticas 52 e 54 são oticamente acopladas às pontas de fibra ótica plástica de diâmetro de 1 mm, respectivas, que conectam aos subconjuntos óticos transmissor e receptor 26 e 28, respectivamente, como observado na figura 5.
[0050] De acordo com a implementação proposta descrita acima, as fibras óticas plásticas 52, 54 e 56, cada uma possuindo um diâmetro de 1 mm, exceto ao longo das seções de extremidade respectivas de fibras óticas plásticas 52, 54. Cada uma dentre as fibras óticas plásticas 52 e 54 compreende seções de extremidade respectivas onde o material de fibra foi removido para formar faces planas respectivas e faces de extremidade semicirculares respectivas 52a e 54a. As seções de extremidade começam onde as seções transversais circulares de fibras óticas plásticas 52 e 54 transitam para não circular e terminam nas faces de extremidade semicirculares 52a e 54a, respectivamente. Mais especificamente, a seção de extremidade da fibra ótica plástica 52 é formatada para formar uma primeira face lateral que intersecta e é perpendicular à face de extremidade 52a, enquanto a seção de extremidade da fibra ótica plástica 54 é formatada para formar uma segunda face lateral que intersecta e é perpendicular à face de extremidade 54a. Essas faces laterais são unidas em superfícies opostas de uma camada fina de material refletor 58, tal como prata. A camada fina de material refletor 58 impede a interferência cruzada entre as seções de extremidade respectivas das fibras óticas plásticas 52 e 54. As faces de extremidade semicirculares 52a e 54a das fibras óticas plásticas 52 e 54 combinam para formar uma face de extremidade circular que é unida e oticamente acoplada a uma face de extremidade circular 56a da fibra ótica plástica 56 por uma camada de epóxi de índice coincidente (não ilustrado na figura 6). Esse epóxi de índice coincidente elimina o reflexo traseiro na face de extremidade semicircular 54a que pode causar a interferência cruzada do subconjunto ótico
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22/26 transmissor 26 para o subconjunto ótico receptor associado 28 do mesmo nó CAN.
[0051] A construção de um conjunto de feixe POF e estrela ótica refletora de acordo com uma implementação ilustrativa proposta será descrita agora com referência às figuras de 7A a 7C.
[0052] A figura 7A é uma vista explodida ilustrando os seguintes componentes: um feixe de fibras 60 compreendendo uma multiplicidade de (nesse exemplo, sete) fibras óticas plásticas 62 cercada pelas jaquetas protetoras 64 (exceto pelas extremidades brutas visíveis na figura 7A); uma manga de feixe de fibra 66 na qual uma parte de extremidade do feixe de fibra 60 será inserida durante a montagem; uma haste de mistura ótica 68 possuindo um perfil transversal hexagonal; e uma manga de haste de mistura 70 na qual a haste de mistura ótica 68 será inserida durante a montagem. Uma primeira face de extremidade da haste de mistura ótica 66 é polida e será oticamente acoplada às faces de extremidade das sete fibras óticas plásticas 64; uma segunda face de extremidade da haste de mistura ótica 66 é revestida com um filme fino de material refletor que forma um espelho 67.
[0053] A figura 7B é uma vista isométrica de um conjunto de feixes de fibras e estrela ótica refletora parcialmente montado possuindo os componentes apresentados na figura 7A. A parte de extremidade do feixe de fibras 60 (parte de extremidade essa que inclui as extremidades brutas das fibras óticas plásticas 64) é cercada pela manga de feixes de fibras 66. A parte axial da manga de feixes de fibras 66 que recebe as extremidades brutas das fibras óticas plásticas 64 possui uma superfície interna afunilada na parte axial da manga de feixes de fibra que restringe as extremidades brutas das fibras óticas plásticas 64. A haste de mistura ótica 68 é cercada pela manga de haste de mistura 70. A figura 7B ilustra que a manga de feixe de fibra 66 e a manga de haste de mistura 70 são separadas por um espaço. Na montagem fiPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 109/160
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23/26 nal, as faces de extremidade da manga de feixe de fibra 66 e a manga de haste de mistura 70 se apoiarão uma na outra e as faces de extremidade das fibras óticas plásticas 64 serão unidas e oticamente acopladas à face de extremidade 65 da haste de mistura ótica 66.
[0054] A figura 7C ilustra uma vista isométrica dos componentes de um conjunto de feixe de fibra e estrela ótica refletora totalmente montado de acordo com a implementação ilustrativa proposta parcialmente apresentada nas figuras 7A e 7B. Na montagem final, as faces de extremidade da manga de feixe de fibras 66 e manga de haste de mistura 70 se apoiam uma na outra. Adicionalmente, as faces de extremidade das fibras óticas plásticas 64 são unidas, e acopladas oticamente à face de extremidade 65 da haste de mistura ótica 66 por uma camada de epóxi de índice coincidente (não visível na figura 7C). A função da haste de mistura ótica 66 é misturar todos os modos eletromagnéticos que se propagam a partir de qualquer uma das setes fibras óticas plásticas 64 de modo que, seguindo o reflexo pelo espelho 67, a radiação eletromagnética refletida seja distribuída uniformemente para todas as sete fibras óticas plásticas 64. A manga de feixe de fibras 66 e a manga de haste de mistura 70 são, por sua vez, cercadas por um alojamento externo tipo estrela 72.
[0055] A figura 8 é um diagrama representando a geometria de vários componentes do conjunto de feixe de fibra e estrela ótica refletora totalmente montado apresentado na figura 7C. Os diâmetros externos da manga de feixe de fibras 66 e manga de haste de mistura 70 são iguais. O alojamento externo tipo estrela 72 é um cilindro circular possuindo um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo das mangas. O alojamento externo tipo estrela 72 é fornecido com um furo de acesso 74 para a injeção de adesivo entre o alojamento externo tipo estrela 72 e as mangas. A manga de feixe de fibra 66 compreende duas seções cilíndricas circulares possuindo diâmetros internos relativaPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 110/160
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24/26 mente menores e relativamente maiores, respectivamente. A seção cilíndrica circular possuindo o diâmetro interno relativamente maior cerca uma parte protegida do feixe de fibras 60, ao passo que a seção cilíndrica circular possuindo o diâmetro interno relativamente menor cerca as extremidades brutas das fibras óticas plásticas 64. Em uma implementação proposta, as fibras óticas plásticas 64 possuem um diâmetro externo de 1 mm. O diâmetro interno da manga de haste de mistura 70 é indicado pelo círculo tracejado na figura 8. O perfil transversal da haste de mistura ótica 66 é indicado pelo hexágono tracejado dentro do círculo tracejado na figura 8. A localização das faces de extremidade das sete fibras óticas plásticas 64 dentro do hexágono tracejado representa o fato de todas as fibras serem oticamente acopladas à primeira face de extremidade 65 da haste de mistura ótica 66. [0056] De acordo com uma implementação proposta ilustrativa, cada conversor de sinal 24 (ver figura 4A) é eletricamente acoplado a um conversor de mídia ótico-elétrica respectivo. Cada conversor de mídia ótico-elétrica compreende um transmissor respectivo que possui um laser para converter sinais elétricos recebidos de um conversor de sinal respectivo 24 em sinais óticos a serem enviados para a haste de mistura ótica 66 da estrela ótica refletora 32; e um receptor respectivo que possui um fotodetector que converte sinais óticos recebidos a partir da haste de mistura ótica 66 em sinais elétricos a serem enviados para o conversor de sinal respectivo 24.
[0057] Os componentes de nó CAN que são adequados para uso nas aplicações descritas acima são comercialmente disponíveis a partir da Texas Instruments, Inc., (tal como o transceptor CAN SN65HVD26X).
[0058] O barramento CAN ótico descrito aqui utiliza uma fibra singular para transmitir e receber, um comprimento de onda singular para transmitir e receber, e uma estrela ótica transmissora passiva para eviPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 111/160
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25/26 tar falha eletrônica de ponto único, como em uma estrela ativa. De acordo com uma implementação proposta, um POF de 1 mm de diâmetro, singular, é utilizado para transmissão bidirecional de dados de uma LRU para a estrela ótica refletora por meio de um acoplador Y ótico com alto isolamento entre as ramificações de transmissão e recepção que também são oticamente acopladas a um par de pontas POF de 1 mm de diâmetro. O conjunto fornece um barramento de fibra ótica simples sem quaisquer conectores entre a estrela ótica refletora passiva e as pontas POF, nenhuma junção e nenhum terminador. O barramento CAN ótico resultante funciona de forma independente da velocidade de barramento selecionada e independente da distância entre a estrela ótica refletora e os nós CAN dentro das LRUs.
[0059] O barramento CAN ótico descrito aqui pode ser empregado em qualquer plataforma móvel (carro, tanque, aeronave, helicóptero, espaçonave, etc.) ou plataforma fixa (maquinário industrial, etc.) para eliminar EME e reduzir o peso, tamanho e tempo de fabricação associados com as limitações dos barramentos CAN elétricos.
[0060] Enquanto os sistemas de rede ótica foram descritos com referência a várias modalidades, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalências podem ser substituídas para elementos sem se distanciar dos ensinamentos apresentados aqui. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitas para se adaptar os conceitos e reduções à prática descrita aqui para uma situação em particular. De acordo, pretende-se que a presente matéria coberta pelas reivindicações não seja limitada às modalidades descritas.
[0061] Como utilizado nas reivindicações, o termo guia de onda ótico inclui pelo menos um dentre os seguintes tipos de elementos configurados para orientar a propagação de radiação eletromagnética através do guia de onda: fibras óticas, conectores óticos, acopladores
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Y óticos e hastes de mistura óticas.
[0062] Adicionalmente, a estrutura correspondente (descrita acima) que realiza a função de conversão de sinais elétricos diferenciais em pulsos óticos (como mencionado nas reivindicações) compreende o conversor de sinal 24 e o subconjunto ótico transmissor 26 e equivalências dos mesmos; e a estrutura correspondente (descrita acima) que realiza a função de conversão de pulsos óticos em sinais elétricos diferenciais (como mencionado nas reivindicações) compreende o conversor de sinal 24 e o subconjunto ótico receptor 28 e equivalências dos mesmos.
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Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de comunicações de dados, caracterizado por compreender:
    uma pluralidade de nós de rede de área de controlador que opera eletricamente;
    uma pluralidade de conversores de sinal eletricamente acoplados aos nós de rede de área de controlador respectivos dentre a pluralidade de nós de rede de área de controlador, cada conversor de sinal compreendendo o conjunto de circuitos elétricos que converte os sinais diferenciais em sinais digitais, e vice-versa;
    uma pluralidade de subconjuntos óticos transmissores eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico transmissor compreendendo um transmissor respectivo que converte sinais digitais de um conversor de sinal respectivo em pulsos óticos;
    uma pluralidade de subconjuntos óticos receptores eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico receptor compreendendo um receptor respectivo que converte os pulsos óticos em sinais digitais que são enviados para um conversor de sinal respectivo; e uma rede de fibra ótica acoplada oticamente aos transmissores e receptores, para permitir que a pluralidade de nós de rede de área de controlador se comunique entre si, onde a rede de fibra ótica compreende uma estrela ótica refletora.
  2. 2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a rede de fibra ótica compreender adicionalmente uma pluralidade de acopladores Y óticos acoplados oticamente à estrela ótica refletora, cada acoplador Y ótico compreendendo ramificações de transmissão e recepção que são respectivamente oticamente acoplaPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 114/160
    2/7 das ao transmissor e receptor associados com um conversor de sinal respectivo adicionalmente onde a ramificação de transmissão de cada acoplador Y ótico compreende uma primeira fibra ótica possuindo uma primeira face lateral, a ramificação de recepção de cada acoplador Y ótico compreendendo uma segunda fibra ótica possuindo uma segunda face lateral que confronta a primeira face lateral, e cada acoplador Y ótico compreende adicionalmente uma camada de material refletor disposta entre a primeira e segunda faces laterais das ramificações de transmissão e recepção.
  3. 3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a primeira fibra ótica possuir uma primeira face de extremidade, a segunda fibra ótica possuir uma segunda face de extremidade, e cada acoplador Y ótico compreender adicionalmente uma terceira fibra ótica possuindo uma face de extremidade que é oticamente acoplada às primeira e segunda faces de extremidade.
  4. 4. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de cada acoplador Y ótico compreender adicionalmente uma camada de epóxi de índice coincidente disposta entre as primeira e terceira faces de extremidade e entre as segunda e terceira faces de extremidade.
  5. 5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o acoplador tipo estrela refletora compreender uma haste de mistura ótica e um espelho disposto em uma extremidade da haste de mistura ótica.
  6. 6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um dentre a pluralidade de nós de rede de área de controlador compreender um controlador de rede de área de controlador respectivo e um transceptor de rede de área de controlador respectivo eletricamente acoplado ao controlador de rede de área de controlador respectivo, os controladores de rede de área de controlador
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    3/7 sendo configurados para comunicar, utilizando arbitragem no sentido de bit adicionalmente onde cada conversor de sinal compreende:
    um primeiro amplificador possuindo terminais de entrada diferenciais respectivamente conectados aos terminais CANH e CANL de um transceptor de rede de área de controlador respectivo e um terminal de saída;
    ou uma porta OR possuindo primeiro e segundo terminais de entrada e um terminal de saída;
    uma primeira porta AND possuindo um primeiro terminal de entrada conectado ao terminal de saída do primeiro amplificador, um segundo terminal de entrada configurado e conectado para receber um bit invertido a partir do terminal de saída da porta OR, e um terminal de saída conectado a um subconjunto ótico transmissor respectivo;
    uma segunda porta AND possuindo um primeiro terminal de entrada conectado para receber um bit invertido a partir do terminal de saída da primeira porta AND, um segundo terminal de entrada conectado a um subconjunto ótico receptor respectivo e um terminal de saída conectado ao primeiro terminal de entrada da porta OR; e um segundo amplificador possuindo um terminal de entrada conectado ao terminal de saída da segunda porta AND, um primeiro terminal de saída conectado ao terminal CANH do transceptor de rede de área de controlador respectivo, e um segundo terminal de saída configurado e conectado enviando um sinal de voltagem invertido para o terminal CANL do transceptor de rede de área de controlador respectivo.
  7. 7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender adicionalmente um registro de mudança possuindo um terminal de entrada conectado ao terminal de saída da segunda porta AND e um terminal de saída conectado ao segundo terminal de entrada da porta OR.
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    4/7
  8. 8. Sistema de comunicações de dados, caracterizado por compreender:
    uma pluralidade de dispositivos elétricos configurados para enviar e receber sinais elétricos representando dados, onde cada um dos dispositivos elétricos compreende um controlador de rede de área de controlador respectivo configurado para difundir mensagens utilizando a arbitragem no sentido de bit para determinar a prioridade de mensagem e um transceptor de rede de área de controlador respectivo eletricamente acoplado ao controlador de rede de área de controlador respectivo;
    uma pluralidade de conversores de sinal eletricamente acoplados aos transceptores de rede de área de controlador respectivos dentre a pluralidade de transceptores de rede de área de controlador, cada conversor de sinal compreendendo um conjunto de circuitos elétricos que converte os sinais diferenciais em sinais digitais e viceversa;
    uma pluralidade de subconjuntos óticos transmissores eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico transmissor compreendendo um transmissor respectivo que converte sinais digitais de um conversor de sinal respectivo em pulsos óticos;
    uma pluralidade de subconjuntos óticos receptores eletricamente acoplados aos conversores de sinal respectivos dentre a pluralidade de conversores de sinal, cada subconjunto ótico receptor compreendendo um receptor respectivo que converte os pulsos óticos em sinais digitais que são enviados para um conversor de sinal respectivo; e uma rede de fibra ótica oticamente acoplada aos transmissores e receptores para permitir que a pluralidade de nós de rede de área de controlador se comunique entre si, onde a rede de fibra ótica
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    5/7 compreende uma estrela ótica refletora.
  9. 9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a rede de fibra ótica compreender adicionalmente uma pluralidade de acopladores Y óticos oticamente acoplados à estrela ótica refletora, cada acoplador Y ótico compreendendo ramificações de transmissão e recepção que são respectivamente oticamente acopladas ao transmissor e receptor associados com um conversor de sinal respectivo, adicionalmente onde a ramificação de transmissão de cada acoplador Y ótico compreende uma primeira fibra ótica possuindo uma primeira face lateral, a ramificação de recepção de cada acoplador Y ótico compreende uma segunda fibra ótica possuindo uma segunda face lateral que confronta a primeira face lateral, e cada acoplador Y ótico compreende adicionalmente uma camada de material refletor disposto entre a primeira e segunda faces laterais das ramificações de transmissão e recepção.
  10. 10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o acoplador de estrela refletora compreender uma haste de mistura ótica e um espelho disposto em uma extremidade da haste de mistura ótica adicionalmente onde cada um dentre a pluralidade de dispositivos elétricos é uma unidade substituível de linha respectiva.
  11. 11. Sistema de comunicações de dados, caracterizado por compreender:
    uma pluralidade de dispositivos elétricos configurados para enviar e receber sinais elétricos representando dados, onde cada um dos dispositivos elétricos compreende um controlador de rede de área de controlador respectivo configurado para difundir mensagens utilizando arbitragem no sentido de bit para determinar a prioridade de mensagem, e um transceptor de rede de área de controlador respectivo eletricamente acoplado ao controlador de rede de área de controlaPetição 870180015635, de 27/02/2018, pág. 118/160
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    Q/7 dor respectivo;
    meios para converter os sinais elétricos diferenciais em pulsos óticos;
    meios para converter pulsos óticos em sinais elétricos diferenciais; e uma rede de fibra ótica compreendendo uma estrela ótica refletora e uma multiplicidade de guias de onda ótica que acoplam oticamente a estrela ótica refletora aos meios para converter sinais elétricos diferenciais em pulsos óticos e aos meios de conversão de pulsos óticos em sinais elétricos diferenciais.
  12. 12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a multiplicidade de guias de onda ótica compreender adicionalmente uma pluralidade de acopladores Y óticos oticamente acoplados à estrela ótica refletora, cada acoplador Y ótico compreendendo ramificações transmissoras e receptoras que são respectivamente, oticamente, acopladas a um transmissor associado com um meio respectivo de conversão de sinais elétricos diferenciais em pulsos óticos e um receptor associado com um meio respectivo para converter os pulsos óticos em sinais elétricos diferenciais adicionalmente onde a ramificação de transmissão de cada acoplador Y ótico compreende uma primeira fibra ótica possuindo uma primeira face lateral, a ramificação receptora de cada acoplador Y ótico compreende uma segunda fibra ótica possuindo uma segunda face lateral que confronta a primeira face lateral, e cada acoplador Y ótico compreende adicionalmente uma camada de material refletor disposta entre as primeira e segunda faces laterais das ramificações transmissora e receptora.
  13. 13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o acoplador tipo estrela refletora compreender uma haste de mistura ótica e um espelho disposto em uma extremidade da haste de mistura ótica.
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  14. 14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de cada um dentre a pluralidade de dispositivos elétricos ser uma unidade substituível de linha respectiva.
  15. 15. Método para a comunicação de rede de área de controlador entre uma pluralidade de nós, caracterizado por compreender:
    difundir uma mensagem de uma dentre a pluralidade de nós, a mensagem compreendendo a transmissão de sinais elétricos diferenciais representando uma sequência de bits de acordo com um protocolo de comunicação que emprega a arbitragem no sentido de bit em resposta à detecção de colisão;
    converter os sinais elétricos diferenciais de transmissão em pulsos óticos;
    orientar os pulsos óticos na direção de e para dentro de uma estrela ótica refletora;
    refletir pulsos óticos dentro da estrela ótica refletora; orientar pulsos óticos refletidos na direção da pluralidade de nós;
    converter pulsos óticos refletidos em sinais elétricos diferenciais de recepção;
    receber os sinais elétricos diferenciais receptores em cada nó.
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