Datenübertragung per Licht Leistung von 5 mW bei einer Reichweite von rund 25 cm

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Precoplat Präzisions Leiterplatten Technik GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Der Li-Fi TinySpot des Fraunhofer IPMS ist für kurze, gerichtete Datenverbindungen konzipiert. Datenrate, Sichtfeld und Reichweite lassen sich innerhalb bestimmter Grenzen an die jeweilige Anwendung anpassen. Allerdings ist er kein universeller Ersatz für Funk oder Kabel.

Optische Datenübertragung ist kein allgemeiner Ersatz für Funk oder Kabel. Sie kann aber dort interessant sein, wo elektrische Kontakte verschleißen oder eine Funkverbindung nicht infrage kommt. Der Li-Fi TinySpot des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS ist für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen gedacht. Sender und Empfänger benötigen einen freien optischen Pfad. Der Li-Fi TinySpot des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS ist laut Kirrbach innerhalb bestimmter Grenzen auf die jeweilige Anwendung abstimmbar.

„Der TinySpot überträgt die Daten im Wesentlichen transparent“, sagt Kirrbach. Kodierung und Aufteilung in Datenframes übernimmt demnach der angeschlossene Mikrocontroller, FPGA oder ASIC. Das beeinflusst auch die Latenz und den Energiebedarf des Gesamtsystems.

Größeres Sichtfeld, geringere Reichweite

Für den TinySpot nennt Kirrbach konfigurierbare Datenraten von unter 1 bis zu 20 Mbit/s. Die Produktseite gibt 10 Mbit/s als typischen Wert an. Beim Sichtfeld gebe es derzeit Konfigurationen von ±6° und ±15°. Ein größeres Sichtfeld gehe mit geringerer Reichweite einher. Die in der Produktkommunikation genannten bis zu 2 m seien keine absolute Grenze: Mit höherer Sendeleistung seien größere Reichweiten möglich, allerdings auf Kosten des Energiebedarfs.

Die Leistungsaufnahme hängt laut Kirrbach stark von der eingestellten Sendeleistung ab. „Die Angabe zur Leistungsaufnahme bezieht sich auf den dauerhaft aktiven Modus.“ Die 5 mW werden demnach bei minimaler Sendeleistung erreicht, die für eine Reichweite von etwa 25 cm ausreicht. Die Versorgungsspannung liegt laut Institut bei rund 2,5 bis 5 V. Wird gerade keine Übertragung benötigt, kann der Mikrocontroller das Modul deaktivieren. Dann sinkt der Ruhestrom auf weniger als 1 µA. Kirrbach bezeichnet dieses Aktivieren nur bei Bedarf als den üblichen Fall für Low-Power-Anwendungen. Je nach Datenrate und Sendeleistung seien Energieverbräuche von wenigen Nanojoule pro Bit möglich.

Schnittstellen sind UART und SPI

Die genannte Latenz von 170 ns ordnet Kirrbach als reine Übertragungslatenz ein. Gemessen worden sei die Zeit vom Ausgang des ersten Mikrocontrollers bis zum Eingang des zweiten. Die Verarbeitung im Controller und die Datenrahmengröße kämen bei einer vollständigen Anwendung hinzu.

Das Modul misst 15 mm x 21 mm x 3,3 mm und wiegt 1 g. Die Pressemitteilung nennt UART und SPI als Schnittstellen. Kirrbach beschreibt die Ansteuerung über übliche Mikrocontroller- oder FPGA-Schnittstellen; das Interface sei UART-ähnlich. Der Transceiver unterstützt außerdem die IrDA-Modi SIR, FIR und VFIR. Das allein belegt jedoch keine Plug-and-play-Kompatibilität mit jeder bestehenden IrDA-Schnittstelle.

Als mögliche Einsatzfelder nennt Fraunhofer IPMS Verbindungen zwischen Leiterplatten, austauschbare oder rotierende Module sowie Elektronik in abgedichteten Gehäusen. Bei einem abgedichteten Gehäuse ist ein optisches Fenster erforderlich. „Umgebungslicht ist eher unkritisch“, schreibt Kirrbach. Stärkere Verschmutzung könne die Reichweite reduzieren oder die Übertragung verhindern. Optische Fenster seien bei kurzen Abständen unproblematisch; bei mittleren Abständen könnten Rückreflexionen entstehen, die der Transceiver selbst detektiert und die die Reichweite verringern können.

Vorteile gegenüber Funk

Kirrbach sieht weitere Einsatzmöglichkeiten dort, wo Funk nicht zulässig oder unerwünscht ist, etwa bei Militär- und Sicherheitsgütern. Eine gerichtete optische Verbindung kann außerdem die Übertragung außerhalb des Lichtpfads erschweren und Interferenzen vermeiden helfen. Sie ist jedoch nicht automatisch eine Sicherheitsgarantie. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umfeld wären die konkreten Zulassungs- und Sicherheitsanforderungen gesondert zu prüfen. Fraunhofer IPMS gibt den Transceiver als Laserklasse 1 an. (heh)

Daten per Licht

Optischer Transceiver überträgt bis zu 20 Mbit/s

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