Небольшие исследования стандарта Toshiba Link.

Небольшие исследования характеристик оптических передатчиков и приемников,  кабелей стандарта Toslink. 

Small research of the characteristics of optical transmitters and receivers, cables of the Toslink standard.

    

    В теме про цифровую передачу звука по оптике я обещал привести осциллограммы, увидеть джиттер и т.п..

Начал собирать материалы, ставить эксперименты, но информации оказалось больше, чем  я предполагал. Поэтому решил изложить все исследования по оптическим приемникам/передатчикам и кабелям в отдельной теме.

Не претендую на истину, считаем, что это только первый подход. Далее почитаем, изучим, поразмыслим, оценим полученные результаты, исправим допущенные ошибки и будем двигаться дальше. Вопросов у меня самого много, подсказывайте, что еще можно исследовать по теме.

    Всех нас интересует конечная цель - как получить качественный звук. И чем при этом лучше передать цифровую информацию, и вообще возможно ли сделать без потерь? 

Оптика... 

В принципе, оно как бы всем известно - чем лучше оптопередатчик, оптоприемник и чем короче и лучше оптокабель - тем лучше звук. 

Но что такое лучше? Чем лучше? Можно ли верить даташитам? Что сильнее влияет на качество передачи - оптокабель или оптоприемник/оптопередатчик? Где самое слабое звено? Что делать, если возникли проблемы, как их искать и т.д. и т.п..

Вот поэтому мне стало интересно заглянуть с приборами внутрь оптической линии передачи, может чего интересное обнаружится? 

У нас есть три основные составляющие при оптической передаче цифрового звука: передатчик, оптический кабель и оптоприемник. Ясно, что также играет роль, что поступает в оптопередатчик и куда потом направляется и где обрабатывается сигнал с оптического приемника, но здесь я не буду в это углубляться .

Как я уже писал выше, тема обширная и если все свалить в кучу – сам не разберёшься, поэтому составил план исследований, который буду уточнять по мере раскрытия темы. Например, как влияет температура на мощность излучения и чувствительность я исследую чуть позже, когда будет сделан портативный измеритель оптической мощности и т.д. и т.п..  

Начнем с самого простого и будем двигаться к более сложным измерениям и выводам.

Выводы в основном будете делать сами.

План исследований такой:

1. Ресурс оптопередатчиков Toslink.

2. Разработка измерителя оптической мощности оптопередатчиков и затухания оптокабелей.

3. Затухание (общие потери оптической мощности) в оптокабелях.

4. Мощность излучения оптопередатчиков и зависит ли выходная мощность от уровня питающих напряжений (для тех оптопередатчиков, которые могут работать в диапазоне от 3 до 5 вольт).

5. Чувствительность оптоприемников и зависит ли чувствительность от уровня питающих напряжений в диапазоне от 3 до 5 вольт.

6. Уровни входных сигналов для оптического передатчика и уровни выходных сигналов оптического приемника.

7. Зависимость задержки, скорости нарастания/спадания импульсов, искажение ширины импульса от качества оптических приемников/передатчиков и от длины (качества) оптического кабеля.

8. Зависимость величины джиттера от качества оптического приемника/передатчика и длины оптического кабеля. Как влияет заявленная скорость передачи на уровень джиттера на разной скорости передачи (8-16 Mbps). 

9.  Сравнение двух оптических кабелей длиной 1,5 метра.

10. Осциллограммы "почти" исправных оптоприемников/оптопередатчиков, но которые откровенно портили звук. Проблемные оптокабели.

11. Влияние температуры на затухание оптокабелей POF, на мощность оптопередатчиков и чувствительность оптоприемников Toslink.

12. Главный вывод из всего написанного.

Что мы имеем для экспериментов:

Генератор UNI-T UTG2062A

Осциллограф SIGLENT SDS1202X-E

Модуль генератор импульсов на NE555

Оптопередатчики: DLT1111, DLT1120, TOTX147, HKTX179S, GP1FA513TZ, JST1151
Оптоприемники: TORX147PL, GP1FA501RZ, GP1FA550RZ, DLR1111, DLR1150, DLR1160 .

Три оптических кабеля POF:

1. Ноунейм Optic Fiber cable, ODT 0,5 метра

2. Hama Optic Fiber cable, ODT 1,5 метра

3. UnnLink Digital SPDIF Toslink cable 10 метров.

На всех скриншотах осциллографа: желтый цвет – входные импульсы в оптопередатчик, сиреневый цвет – выходные импульсы с оптоприемника.

Измерения производятся так, как это описано в большинстве даташитов на оптоприемники/оптопередатчики:

1. Ресурс оптопередатчиков Toslink.

Вот что обычно пишут в даташитах оптопередатчиков Toslink про ресурс :

При длительном использовании оптического модуля ухудшение характеристик в основном связано со снижением выходной мощности светоизлучателя. Это вызвано естественной деградацией кристалла светодиода, используемого в качестве источника света. На срок службы светоизлучателей большое влияние оказывают условия эксплуатации и среда использования, а также ресурс срока службы, уникальный для каждого типа модуля. Таким образом, при выборе оптического модуля учитывайте условия эксплуатации и выбирайте нужные ресурсные характеристики. В зависимости от условий окружающей среды рекомендуется регулярное обслуживание, например проверка мощности оптического модуля.

Тут почти без комментариев, данных по ресурсу в даташитах не приводится, вычислить сколько работал оптопередатчик нет возможности…

Хороший же совет от производителей насчет регулярного обслуживания - если что-то стало плохо со звуком, проводите обслуживание (измеряйте мощность оптопередатчика) и в случае заниженной мощности и т.п. - меняйте оптопередатчик.

А чем измерить оптическую мощность в домашних условиях?….

2. Разработка измерителя оптической мощности оптопередатчиков и затухания оптокабелей.

Для измерения мощности оптопередатчиков в даташитах обычно предлагаются приборы Advantest Q8221, ANRITSU ML93B или пишут просто: Optical Power Meter must be calibrated to have the wavelength sensitivity of 650 nm (0 dBm=1mW)

Когда посмотрел цены этих и других подобных измерителей, которые могут измерять в диапазоне длин волн 650-700 nm, решил остановиться и не продолжать поиск.

Можно было бы попробовать измерители оптической мощности, которые используются для обслуживание оптических сетей передачи данных, но у них самая нижняя измеряемая длина волны составляет 850 nm, а согласно графиков чувствительности применяемых там InGaAs детекторов, к 600-700 nm чувствительность падает до 0,2-0,3 от максимальной чувствительности. Но так как эти приборы могут измерять до минус 50-70 дБм, то наверное, что-то они показывать будут, и понятно, что показания будут неверные (к примеру, верное значение -20, а показывать будет -50), но надо еще возиться и придумывать переходники под Toslink, поэтому даже ради эксперимента тратиться не стал. И не обольщайтесь, что в некоторых измерителях мощности есть локатор на 650 nm - самая минимальная мощность локатора, как правило, 10 мВт (каюсь - нашел измеритель APM-80T, в котором мощность локатора может быть 1 мВт), а самая большая мощность оптопередатчиков Toslink 0,04 мВт - поэтому можно очень легко повредить оптоприемник Toslink, или вообще его сжечь. 

Как вариант, если кому такой измеритель достанется бесплатно - попробовать откалибровать или попытаться заменить детектор и откалибровать.

Решил сам придумать какой-то простенький и доступный всем оптический измеритель мощности на фотодиоде/фототранзисторе, чтобы можно было оценивать выходную мощность и затухание в оптокабелях методом сравнения полученных значений.

В результате анализа имеющихся в продаже фотопреобразователей (фотодиодов, фототранзисторов, фотосопротивлений), выбор пал на Датчик освещенности TEMT6000 для Ардуино. У него чувствительность в диапазоне 650-700 nm составляет примерно 0,9 от максимальной чувствительности (570 nm).

Фототранзистор TEMT6000 уже установлен на маленькой платке размером 14х8 мм, остается только немного подпилить платку по ширине до 7,5 мм, а по высоте, в зависимости от высоты оптического модуля, и она спокойно вставляется в корпус от неисправного оптоприемника/оптопередатчика Toslink разъема (но не любого, а такого, где установлен оптомодуль с шириной 7,4-7,5 мм и высотой 2,8-3,4 мм).

Попробуем предварительно просчитать, какое напряжение будет падать на резисторе датчика освещенности на TEMT6000 (там стоит 10 кОм), питание 5 вольт.

Исходные данные:

-  максимальная мощность оптопередатчиков -14 дБм, что составляет 0,04 мВт

- размеры фоточувствительной зоны фототранзистора TEMT6000 0,7*0,7 мм (площадь 0,49 мм2). В оптических модулях фотоприемников площадь фоточувствительной зоны примерно такая же, но чтобы собрать в пучок весь свет с оптического волокна POF (его площадь сечения 0,785 мм2), прямо в прозрачном корпусе модуля делается выпуклая линзочка диаметром 1,0-1,16 мм. У TEMT6000 угол половинной чувствительности ±60 градусов и думаю, что его фоточувствительная зона захватит 75-85% излучения от оптического кабеля, и этого будет достаточно.

- теперь хоть как-то приблизительно, ваты переводим в люксы (lx). В онлайн калькуляторах для длины волны 555 nm и светодиодной лампы получается примерно 458 lx.

- согласно графика Figure 1. в даташите на TEMT6000, при 458 lx коллекторный ток через фототранзистор будет примерно 210 микроампер.

- умножаем 210 мкА на 10 кОм и получаем 2,1 вольта.

В принципе, это вполне устраивает. Осталось проверить на практике какое реально будет напряжение, нужен ли нейтральный ослабляющий фильтр или дополнительный каскад усиления и т.п. Чтобы убрать небольшие остатки пульсаций от SPDIF сигнала, параллельно резистору 10 кОм (или в другом удобном месте) припаиваем керамический конденсатор 0,1-0,15 мкФ.

Подключаем оптопередатчик DLT1111 и оптокабель 0,5 метра – вольтметр показывает 2,2 вольта. Подключаю оптокабель 10 метров – 0,62 вольта

Подключаем оптопередатчик TORX147 и оптокабель 0,5 метра – 2,8 вольта.

Подключаюсь через 1,5 метровый оптокабель к домашнему DVD плееру – 3,2 вольта, к телевизору - 3,8 вольта, к спутниковому ресиверу - 3,5 вольта

Предварительный вывод: датчик освещенности TEMT6000 работает в нужном диапазоне светового потока и показывает ощутимую разницу в вольтах между разными оптокабелями и передатчиками.

Так как пока платка TEMT6000 не зафиксирована в корпусе, все собрано на проводках, поэтому показания разнятся и нестабильны - нужно датчик отцентровать в корпусе разьема, закрепить и затянуть в термоусадку, чтобы стороннее освещение не влияло на показания фототранзистора.

Мысли вслух:

Потом можно это всё оформить в небольшую коробочку, поставить стабилизатор на 5 вольт, чтобы можно было питать от напряжений 7-20 вольт.. также можно сразу поставить миниатюрный цифровой вольтметр.., а можно использовать Power Bank.. хотя не каждый PB захочет работать, так как потребление устройства будет всего 20-30 мА... - тогда лучше взять небольшой Li-pol аккумулятор, зарядный модуль для литиевых батарей от 5 вольт, повышающий преобразователь с регулируемым выходом 5,0-5,5 вольт, поставить оптический передатчик, простенький генератор на NE555 с частотой 1-4 сотни кГц, выключатель - и тогда получится автономный измеритель оптической мощности и затухания оптокабелей Toslink. 

Нужен ли раздельный вариант (отдельно автономный измеритель и отдельно автономный оптопередатчик)? К примеру, у автозвуковиков оптокабель уже проложен в автомобиле и вытянуть его целая проблема, а проверить надо. 

Есть над чем подумать. 

Про измеритель оптической мощности, что и как получилось и т.д., можно посмотреть здесь.

Примечания:

1. SFH2400

3. Затухание (общие потери оптической мощности) в оптокабелях.

В данном случае мы измеряем затухание, как общие потери оптической мощности, которые складываются из затухания в оптическом кабеле + затухание в разъемах.

Оптопередатчик TOTX147, частота меандра 200 кГц, питание 3,3 вольта, измеритель оптической мощности на TEMT6000 (уже закрепил и отцентровал в корпусе от неисправного оптоприемника).

В самом начале при измерении затухания оптокабелей, возникла непонятная ситуация:

- 0,5 метра   - 2,02 вольта

- 1,5 метра   - 3,7 вольта

- 10 метров  - 0,95 вольта.

Оптокабель 0,5 метра имеет большее затухание, чем оптокабель 1,5 метра!!!

Оказалось, что в оптокабеле 0,5 метра в одном коннекторе у оптоволокна POF оторвалась шляпка и оптоволокно немного унырнуло вглубь коннектора. А я и не знал.. хотя на памяти было пару моментов с этим оптокабелем, что он вел себя непонятным образом, но потом начинало работать и я думал, что это просто глюк с аппаратурой.

Разобрал коннектор (благо он был разборный), выдавил (массажем) оптоволокно из коннектора, сформировал паяльником шляпку (не дотрагиваясь жалом до оптоволокна) и сделал торец оптоволокна 90 градусов  шкуркой 2500.

Напряжение  на измерителе оптической мощности стало 4,2 вольта.

Теперь всё встало на свои места – чем короче оптокабель, тем меньше затухание.

В начале у оптокабеля 0,5 метра (а затем, ради интереса, у всех остальных) выровнял торцы оптоволокна камнем 2000 grit и немного шкуркой 2500. 

Отполировал пастой ГОИ торцы оптоволокон.

Вот какие получились результаты:

0,5 метра: было 4,2 вольта – стало 4,82 вольта

1,5 метра: было 3,7 вольта – стало 3.95 вольта

10 метров: было 0,95 вольта – стало 0,98 вольта.

Как видим, прирост есть, и довольно ощутимый - точнее, есть ощутимое уменьшение затухания. 

Я то думал, как и все - раз светит, значит всё нормально, производитель сделал оптокабель как положено. А чем можно было увидеть разницу в затухании в стоковом состоянии и  отполированными концами оптокабеля? Правильно, ничем. 

Теперь есть чем.

Измеритель оптической мощности работает и если верить даташиту TEMT6000 и напряжению, которое падает на резисторе 10 кОм, то излучение от оптопередатчика через короткий оптокабель может достигать силы 1000 люкс и даже чуть больше.

Через 10 метровый оптокабель излучение ослабевает примерно до 150-170 люкс и при этом практически все аудиоустройства работают с этим 10 метровым оптокабелем (он у меня выполняет роль проверочного оптокабеля - если с ним не работает или очень плохо работает, тогда я ищу проблему (о каком то качественном звуке здесь речь не идет)).

Подключил оптопередатчик DLT1120, оптокабель 1,5 метра, питание 5 вольт.

Измеритель мощности показывает 2,8 вольта, но если на коннектор оптокабеля  сильно нажать вниз - напряжение увеличивается до 3,5 вольт. Интересная картина. 

Посмотрел внутрь оптопередатчика - даже на глаз видно, что излучающий светодиод не находится строго по центру из-за того, что оптомодуль смещен вверх больше, чем надо (или сам оптомодуль меньше по высоте или в корпусе ниша глубже, чем нужно). Причем такая картина была у всех пяти DLT1120, которые я купил. Однозначно недосмотр ОТК!

Вытянул оптомодуль, подложил скотч толщиной примерно 0,3 мм. Теперь фоточувствительная зона находится точно по центру и измеритель мощности  устойчиво показывает 4,2 вольта.

Потом вспомнил, что у меня где-то лежит китайский пассивный оптический разветвитель (сплиттер) с названием JYFT. 

Он понадобился для одного проекта, в котором надо было раздвоить оптический сигнал на ЦАП фронта и ЦАП саба.  Один выход работал, а второй работал через раз или вообще не работал. Хотя из обеих выходов вроде как светило красным одинаково. Хотел выбросить, но как это обычно у Плюшкиных, просто положил в коробочку для "нужных" вещей - мало ли, вдруг пригодится. В том проекте пришлось сделать активное раздвоение оптики.

Берем два оптокабеля 0,5 метра и 1,5 метра. 

Встык подключаю оптокабели  0,5 метра и 1,5 метра, и к измерителю оптической  мощности - 3,145 вольт. 

Подключаем от оптопередатчика 1,5 метра к сплиттеру. 

Через оптокабель 0,5 метра подключаем измеритель мощности к одному выходу разветвителя - 1,025 вольта, потом ко второму - 0,405 вольта. 

По показаниям измерителя оптической мощности видно, что один выход сплиттера совсем плохой. Ну а в чем там причина: пережато, сплющено оптоволокно - пока неясно.

Разбираем коробочку, диаметр оптических волокон примерно 0,4-0,45 мм (чтобы два оптоволокна смогли уместиться в диаметре 1 мм), 

В любом случае в пассивных сплиттерах поступающая оптическая мощность делится пополам+затухание в разъемах, плюс потери в оптических волокнах по 4 см...,  но чтобы уменьшится до общего затухания, как у 20 метрового оптокабеля!

Ничего тут не исправишь (оптоволокно чем-то сильно приклеено в бронзовых втулочках), но всё равно пусть пока поваляется, может потом попробую из неисправного оптокабеля вытащить оптоволокно и переделать этот сплиттер, чтобы на обеих выходах было одинаковое затухание.

Ожидать каких-либо чудес от пассивных сплиттеров не стоит. 

Я специально нашел даташиты на пассивные сплиттеры, например, Standard 1x2 POF splitter for 1 mm polymer fiber (фирма DieMount GmbN, специализирующаяся на выпуске POF систем), так там excess loss (количество света, потерянного в соединителе сверх собственных потерь) может составлять 0,9-2,5 дБ. То есть, если даже взять среднее значение в 1,4 дБ, то в самом лучшем случае, это как эквивалент 6-8 метрового оптокабеля POF.

Вывод: пассивный сплиттер в любом исполнении и изготовлении - убийца звука.

Теперь, ради интереса, посмотрим как изменятся потери 10 метрового кабеля в сложенном состоянии (сейчас он сложен кольцами диаметром примерно 20 см) и развернутом состоянии. Затухание кабеля меняется от того, даже какого диаметра кольцами скручен оптокабель: 

- в сложенном кольцами состоянии - 0,908 вольта

- в выпрямленном состоянии (только один большой плавный изгиб) - 0,959 вольта.

 

Можно сделать первые выводы:

Во первых, исследования уже оправдали себя, так как я нашел проблему глюков из-за оптокабеля 0,5 метра, отремонтировал оптопередатчики DLT1120, улучшил светопропускание своих оптокабелей и разобрался почему так работал сплиттер.

Во вторых, с помощью такого измерителя оптической мощности на основе Датчика освещенности TEMT6000 (запитав его 5 вольтами и подключив к контакту S вольтметр) можно в комплексе оценивать мощность оптопередатчиков, затухание (исправность) оптокабелей:

< 0,4 вольт - очень плохо

> 0,4 вольта<0,7 вольта - плохо

> 0,7 вольта<1 вольта - удовлетворительно

> 1 вольта<2 вольт - посредственно

> 2 вольт<3 вольт - хорошо

> 3 вольт<4 вольт - очень хорошо

> 4 вольт - отлично!

Примечания:

1. Насыщение фототранзистора TEMT6000 (при 4,97 вольтах питания на 10 кОм)  - 4,905 вольта.  То есть, если излучение больше 1000 lx - фототранзистор полностью открыт, коллекторный ток максимальный.  Чувствительность TEMT6000  - 10 lx, значит показания вольтметра будут 0,05 вольт.. - ну это нам не грозит.

2. Что меандр частотой 10 кГц, что 20 МГц (подаваемые на вход опопередатчика) - показания на TEMT6000 практически одинаковые.

3. При случае, если вдруг в руки попадет откалиброванный измеритель оптической мощности на 650 nm, попробую соотнести какое затухание в dBm соответствует вольтам, то есть попытаюсь сделать калибровку.

4. Меняя скважность импульсов - можно в определенном диапазоне подогнать показания вольтметра под нужное показание, то есть можно, например, подогнать с кабелем 0,5 метра напряжение с 4,8 на 4,6 вольта...

4. Мощность излучения оптопередатчиков и зависит ли выходная мощность от уровня питающих напряжений (для тех оптопередатчиков, которые могут работать в диапазоне от 3 до 5 вольт).

Согласно даташитов, мощность излучения оптопередатчиков стандарта Toslink обычно лежит в пределах от -24 dBm до -14 dBm (-14 дБм соответствует излучаемой мощности 0,04 мВт, а  -24 дБм соответствует излучаемой мощности 3,981 мкВт).

Делаем замеры оптической мощности и сводим в табличку:

№ п/п	Длина оптокабеля	Оптокабель 0,5 метра		Оптокабель 10 метров
	Напряжение питания	3,3 V	5,0 V	3,3 V	5,0 V
1	TOTX147	4,83 V	-	0,92 V	-
2	DLT1111	4,79 V	4,78 V	1,22 V	1,24 V
3	DLT1120	4,82 V	4,83 V	1,26 V	1,28 V

Мощность излучения данных оптопередатчиков практически не зависит от напряжения питания.

Вот такие крошка дела.., а я таки думал, что пятивольтовые оптопередатчики немного мощнее - теперь буду знать. Но должен отметить, что при изменении напряжения питания изменяется задержка выходного импульса: к примеру, на 5 вольтах с кабелем 1,5 метра задержка переднего фронта была 58 ns, а на 3,3 вольта задержка стала 64 ns.  

Поэтому, на всякий случай, лучше запитывать оптопередатчики максимально допустимым напряжением.

Также от степени разболтанности (выработки) разъемов Toslink сильно зависит сколько излучения попадает в оптокабель и сколько в результате излучения окажется на другом конце оптокабеля.

Если разъемы совсем новые, то при шевелении коннектора оптокабеля напряжение с фототранзистора TEMT6000 (к примеру, было 1,2 вольт), меняется в пределах ±0,02 вольта. А вот если разъем оптопередатчика Toslink старый и разбитый (коннектор оптокабеля может принимать положения чуть влево, чуть вправо и т.д.), то напряжение на измерителе меняется от 0,8 до 1,4 вольта.

К сожалению, большая часть корпусов/разъемов оптоприемников/оптопередатчиков/оптокабелей CP-1201 (JIS F05 (JIS C5974-1993 F05)) изготовлены из довольно мягкого пластика, где в первую очередь стесываются/вырабатываются бугорки и углубления, которые должны удерживать оптокабель от выпадения. Если кабель сильно потянули в сторону, то перекашивается вообще весь корпус и разъем болтается и выпадает с гнезда, а есть много случаев, когда умудряются воткнуть кабель с разворотом коннектора на 180 градусов!

Единственно спасает от всего, это когда (это я не удержался и язвлю.. фраза из рекламы оптокабелей) - Позолоченные наконечники обеспечивают максимальную защиту от коррозии!

Ну, а если серьёзно, в случае, если разбит разъем Toslink - или менять на новый, или закреплять/уплотнять коннектор оптокабеля, чтобы он сидел в разъеме плотно и не шевелился.

5. Чувствительность оптоприемников и зависит ли чувствительность от уровня питающих напряжений в диапазоне от 3 до 5 вольт.

Думал пока этот пункт пропустить. Надо еще придумать и сделать какой-то регулируемый источник излучения 650 nm или что-то подобное, чтобы можно было увидеть, при каком значении излучения и на каких скоростях приема будут пропадать импульсы на выходе оптоприемника. 

В целом картина для большинства оптоприемников такая: с увеличением напряжения питания (с 3,0 до 5,0 вольт) на даташитной максимальной заявленной скорости передачи данных оптоприемника (например, 16 Mbps) чувствительность незначительно увеличивается (2-3 dBm).  

А если далее увеличивать скорость передачи данных, то чувствительность начинает резко падать, то есть чем выше скорость, тем оптоприемник становится тупее.

Поэтому, если приемник расчитан на питание 3-5 вольт, то лучше его запитывать пятью вольтами.

А может и не надо делать регулируемых источников излучения, может вполне достаточно проверить связку оптопередатчик-оптокабель-оптоприемник и всё?

Собственно только именно эта проверка и предлагается в даташитах на оптоприемники.
Поэтому при проверке оптоприемников смотрим, есть на выходе импульсы с 10 метровым оптокабелем на максимальной скорости передачи - значит всё хорошо. По крайней мере, с 3-5 метровыми оптокабелями точно всё будет работать на отлично.

И тут я вспомнил про неисправный пассивный оптический разветвитель (сплиттер), о котором я писал в 3 разделе. А если попробовать? 

Собрал схему измерений, задал меандр 6 Мгц, используем 1,5 метровый и 0,5 метровый оптокабели и этот сплиттер JYFT.

GP1FA501RZ - на выходе оптоприемника импульсы есть от двух выходов сплиттера

GP1FA550RZ - на выходе оптоприемника импульсы есть от двух выходов сплиттера

DLR1111 - на выходе оптоприемника импульсы есть от двух выходов сплиттера

DLR1150 - на выходе оптоприемника импульсы только от одного выхода сплиттера (там, где выход 1 вольт)

DLR1160 - на выходе оптоприемника импульсы только от одного выхода сплиттера (там, где выход 1 вольт)

TORX147PL - на выходе оптоприемника нет импульсов от обоих выходов сплиттера  (появляются только если соединить оптокабеля встык (без сплиттера)).

Интересно как попало с этим сплиттером, почти в точку по нужному затуханию! Потом попробую с двумя 1,5-2,0 метровыми оптокабелями, чтобы разделить по чувствительности первые три оптоприемника.

Вывод ясен, собственно я и расположил оптоприемники в порядке ухудшения чувствительности.

Теперь сплиттер будет как вариант экспресс-теста проверки/отбраковки оптоприемников в аудиоаппаратуре (чтобы не таскать с собой 10 метровый оптокабель): если не работает ни от одного выхода сплиттера - значит оптоприемник тупой-претупой и т.д..

6. Уровни входных сигналов для оптического оптопередатчика и уровни выходных сигналов оптического приемника.

Уровни входных сигналов для оптического передатчика согласно даташитов составляют от 2,0-2,1 вольта. Пару раз только попадались оптопередатчики, которые никак не хотели работать при входных импульсах ниже 2,6-2,7 вольта (5 вольтовое питание).

Но страшного ничего тут нет, так как обычно на вход оптопередатчика поступают импульсы с TTL уровнем.

С оптоприемниками та-же картина. В даташитах указывается, что минимальный уровень выходных импульсов может быть от 2,4-2,7 вольта и типовой уровень 3,5-3,6 вольта. Хотя на выходе многих оптоприемников тот же самый уровень, что и величина питающего напряжения. Причем, если на выходе оптоприемника импульсы амплитудой 2,5-3,0 вольта, то после них, как правило, ставится формирователь или используется приемник SPDIF, у которого чувствительность от 2 вольт.

7. Зависимость задержки, скорости нарастания/спадания импульсов, искажение ширины импульса от качества оптических приемников/передатчиков и от длины (качества) оптического кабеля.

Обычно в даташитах хороших и так себе оптоприемников/оптопередатчиков:
-  Задержка выходного импульса по отношению к входному не должна превышать 100 ns
- Искажения ширины импульса (Pulse Width Distortion) в связке оптопередатчик+оптоприемник не должны превышать 15-25 ns
- Скорость нарастания/спадания импульсов на выходе у разных оптоприемников, согласно даташитов, не должны быть хуже, чем входной импульс на 20%, или от уровня 10% до уровня 90% не больше 25-40 ns.
Осциллограммы входных/выходных фронтов импульсов, меандр 96 кГц, oптоприемник и оптопередатчик DLT1111 и DLR1150, только разной длины оптокабели.

Искажения ширины импульса в норме и на разных длинах оптокабеля получились такие: ширина выходного импульса больше входного всего на 5-6 ns.

Скорость нарастания/спадания выходных импульсов в норме и даже лучше, чем у входного.

Видим, что с увеличением длины оптокабеля увеличивается задержка и при 10 метровом оптокабеле задержка стала 106 ns.

Посмотрим, изменится ли что-то после замены оптопередатчика.

С оптопередатчиком TOTX147 задержка уменьшилась и стала 103 ns, а вот с оптопередатчиком DLT1120 увеличилась до 135 ns.

Теперь посмотрим, как изменится задержка с оптоприемниками GP1FA501RZ, GP1FA550RZ, DLR1160.

Задержка особо не менялась, изменения по переднему фронту были на уровне 105-113 ns.

Для информации: типичная величина задержки для наиболее распространенных оптических кабелей составляет около 4-5 ns/m, значит задержка в 10 метровом оптокабеле составляет примерно 50 наносекунд.

То есть тут всё нормально, даже с 10 метровым оптокабелем задержка оптопередатчик-оптоприемник не превышает 100 ns.

8. Зависимость величины джиттера от качества оптического приемника/передатчика и длины оптического кабеля. Как влияет заявленная скорость передачи на уровень джиттера на разной скорости передачи (8-16 Mbps).

Включаем в осциллографе SDS1202X-E "фосфорный" режим и смотрим на то, что у нас ранее ускользало от взгляда.

Пока рассматриваем и измеряем амплитуду джиттера (peak-to-peak). Насчет измерения частотных характеристик джиттера - пока отложу, исследовать этот вопрос буду позже.

 

Точно также (с разной длиной оптокабелей) делаем измерения джиттера переднего фронта выходного импульса, только используем оптопередатчик DLT1120:

Уровень джиттера не больше тех значений, которые указаны в дашитах (± 15 ns).

Чем длиннее оптокабель (больше затухание), чем хуже оптопередатчик (меньше выходная мощность) и хуже оптоприемник (плохая чувствительность и  малая полоса пропускания) - тем больше джиттер.

Величина джиттера и задержки практически не меняются от десятков килогерц вплоть до частоты меандра в 15-16 MГц, 

Далее до 25 МГц (выше 25 МГц генератор UTG2062A мендр уже не выдает) импульсы искажаются, а когда выходные импульсы уже становятся длительностью 30 ns и меньше, то  у некоторых оптоприемников выходные импульсы превращаются в сплошной джиттер.

Немного про тестовые сигналы.

В даташитах оптприемников/оптопередатчиков для тестирования параметров выходных импульсов (задержки, скорости нарастания/спадания импульсов, искажение ширины импульса и т.п.) указывается тестовый сигнал NRZ, Так сложилось в цифровой передаче данных, что когда написано NRZ, считается, что скорость передачи данных вдвое превышает тактовую частоту, Но в случае использования меандра, у нас получается только один бит за один такт, т. е. битовая скорость равна периоду тактовой частоты Поэтому, в качестве тестового сигнала можно использовать меандр, что во многих даташитах на оптопередатчики/оптоприемники собственно и указано. Например, в даташите на DLT1111 указано, что нужно использовать сигнал 16 Mbps NRZ "1010" successive pattern, а в даташите на PLR135 - 16 Mbps NRZ "0101" successive signal input и т.д..

Как я уже писал выше - величина джиттера и задержки с указанными на скриншотах оптопередатчиками/оптоприемниками не меняются от десятков килогерц, вплоть до частоты меандра в 15-16 MГц. А чем выше частота, тем сильнее при тестировании появляется необходимость в хороших коаксиальных кабелях и щупах, правильном согласовании/нагрузке, хороших соединениях, экранировке, разводки земель и т.д. и т.п. В условиях проведения экспериментов при использовании беспаечной макетной платы, проводочков без всякой экранировки, без правильной развязки земли и т.п. - входные/выходные сигналы выглядят очень некрасиво - с сильными выбросами на фронтах, всякими блуждающими наводками - всё прыгает, пляшет, тяжело засинхронизировать и т.п.. Поэтому для красивой картинки, чтобы легче было исследовать оптоприемники/оптопередатчики и для общего понимания что увеличивается, насколько увеличивается и т.д.  и я в начале экспериментов использовал сигнал в 96-192 кГц, тем более это всем знакомые цифры :).  

Вот для примера скриншоты осцилографа (здесь я  включил цвет и увеличил послесвечение до 5 секунд), где я сделал тест на 96 кГц и на 8 МГц (ничего не меняя в подключении, только переключал частоту генератора и подстраивал курсоры в осциллографе). 

На скриншотах видно, что джиттер что на 96 кГц, что на 8 МГц остается одинаковым.

Далее, конечно, я соберу стенд с короткими проводками и буду производить измерения на максимальных частотах тестового сигнала. 

Для определения уровня джиттера в даташитах некоторых оптприемников/оптопередатчиков указывается, что надо использовать Bifaze mark PRBS 3-8 Mbps. Это бифазный сигнал с псевдослучайной двоичной последовательностью. Есть специальные приборы (анализаторы спектра и сигналов для проверки оптических линий связи), есть генераторы, которые могут выдавать такой сигнал и т.п..

Генератор UTG2062A такого сигнала выдать не может, но я перепробовал все возможные варианты частотной модуляции (FSK), фазовой модуляции (PSK), широтно-импульсной модуляции (PWM) и т.д.  В основном джитттер  так и оставался без изменения, за исключением небольшого увеличения в режиме фазовой модуляции.  На скриншотах ниже (синхронизация внешняя от генератора, в привязке к переднему фронту) видно, что по сравнению с обыкновенным меандром, в режиме PSK джиттер увеличился примерно на 0,7 ns. 

Такое небольшое изменение величины джиттера непринципиально, поэтому и на обыкновенном  меандре можно спокойно измерять джиттер и оценивать качество оптоприемников/оптопередатчиков, что собственно и отражено в даташитах многих оптоприемников/оптопередатчиков (например, в даташитах оптоприемников/оптопередатчиков cерий PLT/PLR так и указано, что нужно использовать  16 Mbps NRZ "0101" successive signal input, в даташите на HKTX179S - 12,5 Mb/s NRZ, Duty 50% и т.д.). 

Ну и вишенка на торте - при тестировании в качестве стандартного оптического кабеля предлагается использовать оптический кабель длиной один метр. Прямо так во многих даташитах и пишут - Standard optical fiber cable (1 meter).  То есть мы тестируем на 1 метре (параметры классные), а вы можете использовать хоть 5, хоть 10 метров - сами и виноваты, что звук плохой.

Заявленные максимальные скорости работы (8-16 Mbps) оптоприемников/оптопередатчиков  можно легко проверить.

Например, у оптоприемников TORX147PL, DLR1111, DLR1150, DLR1160 в даташитах заявлено, что их максимальная скорость передачи 15-16 Mbps, а у GP1FA501RZ, GP1FA550RZ – 8 Mbps.

На выходах оптоприемников TORX147PL, DLR1111, DLR1150, DLR1160 выходные импульсы присутствуют вплоть до 17-19 МГц и только потом начинает сильно увеличиваться джиттер (с кабелем 10 метров), у оптопередатчиков DLT1111, DLT1120 ситуация точно такая-же. А вот у оптоприемников GP1FA501RZ, GP1FA550RZ уже после 5 МГц начинает сильно расти джиттер, а к 9 МГц импульсы просто пропадают. 

При передаче формата 44,1/16 общая скорость цифрового потока составляет около 3 Mbps, при передаче формата 192 кГц  общая скорость цифрового потока составляет 11-12 Mbps.

По жизни получается, что на частотах дискретизации 44,1 кГц -  все оптоприемники/оптопередачики работают, разница начинается на 96 кГц и выше  - одни не работают, другие работают, третьи работают, но неустойчиво (ясно, что тут еще зависит от длины (качества) оптокабеля..

Так как всегда нужен запас по скорости передачи данных, то при выборе оптоприемников/оптопердатчиков по даташитам, лучше придерживаться следующих рекомендаций:

Для передачи цифрового аудиосигнала с частотой дискретизации 192 кГц нужны оптоприемники/оптопередатчики с максимальной скоростью передачи 25 Mbps.

Для передачи цифрового аудиосигнала с частотой дискретизации 96 кГц нужны оптоприемники/оптопередатчики с максимальной скоростью передачи 13-16 Mbps.

Оптоприемники/оптопередатчики с максимальной скоростью передачи 6-8 Mbps годятся.. разве  только для 44,1-48 кГц в бюджетных аудиосистемах.

Да, есть оптоприемники/оптопередатчики с заявленной скоростью 15-16 Mbps, которые устойчиво работают на 192 кГц, но это можно вычислить только уже в реальных условиях методом натурного испытания.

Из чего выбирать, что выбирать? Есть много разных фирм, производящих оптическую продукция для Toslink, например: Everlight, Aixin, Cliff Electronic, Toshiba, Solteam, Good Take, Avago...

Конечно, есть и оптоприемники/оптопередатчики со скоростью передачи данных в 25 Mbps. Но многие модели уже не производятся, а те, которые выпускаются - найти и купить их тяжело. Например, еще можно купить PLT237/T10WH, DLR2153, DLR2180.

Попробуем теперь измерить какую максимальную скорость поддерживают отптопередатчики, которые у меня есть на данный момент (заодно измерить и реальную мощность излучения).

Некоторые данные из даташитов и результаты измерений по оптопередатчикам, я свел в табличку (в качестве оптоприемника, методом перебора, был выбран тот, который лучше всего работал до 25 МГц - DLR1150):

Теперь для наглядности посмотрим глазковые диаграммы, по которым сразу будет видно, как работают конкретные оптоприемники/оптопередатчики, что происходит с "глазком" (далее глаз)  с разными оптопередатчиками на частоте 25 мГц с оптокабелем 1,5 метра, и что происходит с некоторыми отопередатчиками с оптокабелем длиной 10 метров, при увеличении частоты меандра.

Тип осциллограммы "Точки", послесвечение 1 секунда, оптоприемник DLR1150, остальное написано на картинках и рассматриваем скриншоты и данные на них.

Выводы очевидны и банальны -  чем длиннее оптокабель, чем больше скорость цифрового потока - тем джиттер больше и больше (тем звук хуже и хуже). 

И чем короче кабель (качественнее) - тем джиттер оптоприемника меньше.

По оптопередатчикам: смотрим таблички, картинки, скриншоты  - делаем выводы и выбираем лучшие.

По оптоприемникам я уже не буду выкладывать скриншоты, а просто напишу выше какой частоты полностью закрывается глаз (оптокабель 1,5 метра) и расположу в порядке от лучшего к худшему.   

DLR1150         > 25 МГц

TORX147PL   > 25 МГц

DLR1160         > 21 МГц

GP1FA501RZ  > 19 МГц

GP1FA550RZ  > 13 МГц

DLR1111          > 7 МГц

Итак: гарантировано будут работать на 192 кГц: 

- оптоприемники: DLR1150, DLR1160, а также TORX147PL (но только с коротким (качественным) оптокабелем). 

- оптопередатчики: DLT1111, HKTX179S, а также JST1151 (но только с коротким (качественным) оптокабелем). 

Приметки:

1. Оптопередатчик T6 (никакой другой маркировки на коорпусе нет) выпаян с какого то спутникового ресивера, так и валялся, потому что не знал, что он из себя представляет.

2. По оптопередатчику JST1151: у меня их 2 штуки, они совершенно новые, один показывает мощность излучения 2,468, второй 3,145 вольта, поэтому тоже надо будет разобраться - возможно в одном неправильно стоит оптомодуль. (Прим. - разбирался, оптомодуль стоит нормально, а мощность излучения разная. Это говорит о том, что согласно даташита разброс допускается и если нужно выбрать для себя самый мощный - то только реальные замеры.)

У остальных оптопередатчиков, (если их несколько штук одного названия), разброс небольшой -  максимум ±0,1 вольта.

3.  Самый лучший по мощности излучения оказался оптопередатчик HKTX179S: с оптокабелем 1,5 метра показания были больше 4,905 вольта, поэтому измерил с 10 метровым кабелем - 1,915 вольта.  С оптокабелем 1,5 метра глаз закрывается после 24 мГц.

Хоть оптомодуль внутри корпуса этого оптопередатчика и шевелится, но на выходную мощность это не оказывает влияния. А когда оптопередатчик будет припаян на плату, все шевеления прекратятся, поэтому можно не обращать на это внимания.

4. Если будут где попадаться другие типы оптопредатчиков/оптоприемников - буду дополнять тему про их выходную оптическую мощность/чувствительность и т.п.

9. Сравнение двух оптических кабелей длиной 1,5 метра.

Попробуем сравнить обыкновенный оптический кабель S/PDIF (Hama Optic Fiber cable, ODT, 1,5) и обыкновенный оптический кабель ADAT и S/PDIF, 250 Mbps (VEGGIEG TS07-1.5).

Для информации: протокол ADAT может транспортировать 8 каналов цифрового аудио разрешением 24 бит и частотой дискретизации до 48 кГц или четыре канала с частотой дискретизации до 96 кГц.

Интересно, удастся ли увидеть какую-то значительную разницу, все-таки написано 250 Mbps? Пока предположу, что по затуханию разница будет, а вот насчет задержек, джиттера - большие сомнения.

То что я увидел........... (позволю себе немного эмоций) - это просто ЖЕСТЬ! На заборе тоже написано... В пакете с этим Адат 250 Мбпс даже лежит сертификат на кабель!!! Вот тебе, бабушка, и Юрьев день!  

А теперь смотрим скриншоты глазковых диаграмм, на них все подписано.

Глаз с оптокабелем VEGGIEG TS07-1.5 есть только до 16 МГц, далее глаз потихоньку закрывается.

Затухание (общие потери) кабелей:

Hama Optic Fiber cable, ODT, 1,5 m – 4,478 вольт
VEGGIEG TS07-1.5 m – 1,425 вольт

То есть характеристики и затухание у оптокабеля VEGGIEG TS07 почти такие-же, как и у 10 метрового оптокабеля!!!

Когда немного успокоился, стал думать, что делать дальше. 

Так как этот 250-и мегабитный кабель, по сути, надо выкидывать - решил заняться торцами оптоволокна. Шкурка 2500,  паста ГОИ и 5 минут времени.

Измерил - стало 2,512 вольт. 

Глаз  теперь есть до 20 МГц. 

Ну ладно, на частоте 96 кГц будет работать, а собственно для протокола ADAT больше и не надо, ибо он  не так и страшен. 

Согласно протокола ADAT  8 каналов 24-битных аудиоданных с частотой выборки 48 кГц, имеют поток данных 12,288 Мбит/с, далее применяется метод кодирования NRZI, и в результате скорость передачи составляет всего 6,144 Мбит/с.  

Для информации - при передаче данных по шине USB, тоже используется код NRZI.

Возникло очень много вопросов к качеству продаваемых оптокабелей. 

Решил пока временно остановится, собрать разные оптокабеля у всех своих знакомых, в магазинах и  протестировать какие там реальные затухания и т.п.,  после чего отпишусь и выложу замеры. 

Думаю, что будет очень много интересного, так как до сих ни одна.., точнее, я нигде не встречал таких тестов, или вообще каких либо упоминаний о величине затухания кабелей Toslink. Только охи и ахи при прослушивании.  

Мне не нужны полные параметры оптического кабеля согласно ГОСТ 26814-86 (хотя этот ГОСТ вроде уже отменен - лень искать действующий документ), достаточно просто указывать затухание кабеля в дБ и всё! 

И вот представьте, как бы было: надо выбрать из двух пятиметровых кабелей, один стоит 100 уе и затухание 1,2 дБ, второй стоит 15 уе с затуханием 0,75 дБ. Конечно я выберу кабель за 15 уе!

Воооот, поэтому мы и не увидим никогда в продаваемых оптокабелях такого параметра, как затухание в дБ. 

Протестировал много разных оптокабелей и дешевых и дорогих.

Кто-то был очень рад, что у него отличный кабель, где-то удалось исправить положение полировкой торцов оптокабеля, а кому-то пришлось выбросить свой оптокабель и идти покупать новый. 

Общий вывод - цена, фирма, красивая упаковка и т.п. - отнюдь не мерило качества оптокабелей.

Как отличный пример, ниже приведу замеры оптокабелей AudioQuest OptiLink Pearl (и это в скрученном кольцами (как они лежат в упаковке) состоянии:

3 метра     - 5,048

5 метров   - 4,685

8 метров   - 3,962

12 метров - 3,431

16 метров - 2,880

И замеры оптокабелей Supra ZAC Toslink Optical :

1 метр   - 5,067

4 метра - 5,042

Примечания:

1. Потом надо подумать, что сделать с моим измерителем оптической мощности, так как у него максимальное значение принимаемой мощности излучения составляет 5,096 (может получится растянуть начало диапазона - или оптопередатчик поставить послабее, или изменить скважность импульсов..).

10. Осциллограммы "почти" исправных оптоприемников/оптопередатчиков, но которые откровенно портили звук. Проблемные оптокабели.

Здесь буду по мере обнаружения приводить исследования плохо работающих оптоприемников/оптопередатчиков. Жалко, что раньше их просто выкидывал, но сейчас буду каждый раз перед выбрасыванием проводить их исследования.

1. Оптический передатчик.

Сам оптопередатчик Noname (нет ни одной надписи), стоял в китайской андроидной магнитоле и было непонятно, почему с одними ЦАПами и аудиопроцесорами он работает на 44,1 кГц (но всё равно со звуком многое было не так), а с некоторыми аудиопроцессорами (не буду тут писать бренды) ну очень плохо работал - весь звук был пронизан сплошным ВЧ потрескиванием, сильными искажениями, вплоть до срыва звука на качественных треках.

Смотрим на испытательном стенде: импульсы в норме, фронт в норме, джиттер в норме, а вот с задержкой, длительностью выходных импульсов и скоростью передачи обнаружился непорядок.

Задержка выходного импульса (без учета задержки в оптокабеле) была примерно 170-175 ns, длительность входного импульса 5,2 мкс, а выходного 5,46 мкс. Увеличение ширины выходного импульса на 2,46 мкс или на 2460 наносекунд.

Ясно, что тут даже не сравнимо: где 25 ns по даташиту и где 2460 ns - в 100 раз в сторону ухудшения!

На контрольном оптоприемнике у выходных импульсов, начиная с 2,1 МГц, сильно увеличивается джиттер и на частотах меандра выше 2,5-2,6 МГц глаз закрывается и импульсы пропадают! Есть интересный момент: если быстро сразу включить частоту 4-5 МГц, то импульсы на выходе оптоприемника есть, но через 0,5 секунды глаз закрывается и импульсы резко пропадают.

Неисправность отопередатчика подтверждается.

2.  Проблемный оптокабель.

Как только у меня в руках оказался измеритель оптической мощности, я вспомнил про непонятную ситуацию с одним автомобилем. Эта история тянется очень давно и примерно такая: в автомобиле со звуком  не совсем хорошо - сцена неглубокая, неширокая, послезвучий нет и т.д. и т.п.. А аудиоаппаратура очень хорошая и при проверке у меня показывает отличное звучание. 

Решил я проверить в этом автомобиле оптокабель (его длина 5 метров).

Затухание 1,214 и если слегка изгибать один конец оптокабеля иногда допрыгивает до 2,2.

Оптокабель был полностью снят и я начал с ним экспериментровать. Наконечники (коннекторы) оптокабеля условно-неразборные (то есть не залитые).  

Оптокабель с одной стороны светит на лист белой бумаги красивыми узорчиками. 

Массажем с этой стороны оптокабеля выдавил оптоволокно, но обратно оно ну никак не заходит. Потянул за кончик оптоволокна и вытянулся кусочек длиной ровно 5 сантиметров. 

Понятно, значит оптокабель был сломан сразу за разъёмом.

Разобрал наконечник, обрезал оптокабель, высвободил примерно 2 см оптоволокна от оболочки, вставил оптоволокно в коннектор, зажал оболочку в наконечнике, залил термоклеем, собрал коннектор, заплавил оптоволокно, выровнял торец и заполировал. 

Вот так выглядит вытянутый кусочек оптоволокна (одел на него кусочек оболочки, чтобы удобнее было сфотографировать сломанный кончик):

А вот так выглядит сломанный кончик оптоволокна:

Измеряем, затухание стало  4,445.

Теперь оптокабель опять стал отличным!

Проблема с оптокабелем решена.

3. 

Примечания:

1. 

11.  Влияние температуры на затухание оптокабелей POF, на мощность оптопередатчиков и чувствительность оптоприемников Toslink.

До этого все измерения проводились в домашних условиях, температура +22-23°С.

Сейчас измерения производятся уже собранным измерителем оптической мощности, ссылка во 2 пункте.

Взял два кабеля 1,5 метра и положил в морозилку холодильника на час.

Не знаю, что я ожидал увидеть, но почему то думал, что всё будет наоборот. Видимо затухание оптокабеля POF, в зависимости от температуры, носит какой-то кривой характер.

№ п/п	Название оптокабеля	Температура, °С
		+23	-12	+40
1	Hama Optic Fiber cable, 1,5	4,860	4,991	4,710
2	VEGGIEG TS07-1.5	3,012	3,143	2,905

Пока мы видим, что чем выше температура, тем больше затухание оптокабеля, но не существенное. 

А вот с оптопередатчиками...

Мощность оптопередатчиков:

№ п/п	Название оптопередатчика	Температура, °С
		+22	-12	+40
1	GP1FA513TZ	3,675	3,958	2,560
2	DLT1120	4,337	4,532	3,864
3	JST1151	3,222	3,484	3,012
4	DLT1111	4,584	4,716	3,882
5	TOTX147	3,200	3,410	2,310
6	T6?	3,164	3,332	2,204

Чем выше температура, тем выходная мощность оптопередатчиков меньше.

По оптоприемникам - буду охлаждать/нагревать чуть позже, возможно они частично компенсируют температурные проблемы оптокабеля и оптопередатчиков. 

По крайне мере, так пишут в некоторых источниках. Но пока ничего хорошего в этом случае не вижу.... даже если мощность оптопередатчика падает, а чувствительность оптоприемника возрастает, то и возрастает джиттер (а если нет запаса по мощности и затуханию, то звуку становится плохо ..).

Да, так и есть - при нагревании чувствительность оптоприемников немного возрастает, а при охлаждении чувствительность уменьшается.  

Эксперимент проводил так (см. пункт 5): собрал схему с сплиттером и двумя оптокабелями 0,5 и 1,5 метра: DLR1150,  DLR1160 - на выходе оптоприемника импульсы только от одного выхода сплиттера (там, где выход 1 вольт). 

При нагревании  оптоприемников до 40 градусов - импульсы есть с двух выходов сплититера, а при охлажденнии до минус 12 градусов - импульсов нет с обоих выходов сплиттера.  

На этом остановился и все эксперименты по влиянию температуры закончил.

Примечания:

1.

 

12.  Главный вывод из всего написанного.

1. То, что мы видим телепания фронта/спада на выходе оптоприемника - это суммарный джиттер, который складывается из всех джиттеров, начиная с генератора, осциллографа, оптопередатчика, оптокабеля, оптоприемника и заканчивая периодическим и случайным от всего электромагнитного, которое окружает нас.

Ну и кто же тут главный гад?

Об этом уже давно отлично сказал Мусатов Константин, я специально нашел его высказывание с форума и приведу его здесь целиком:

Джиттер появляется в приемнике, который переводит оптические сигналы в электрические. Уровень шума в нем весьма велик, что порождает большой джиттер. Если кабель имеет меньше потерь, то это снижает джиттер. Однако, гораздо большее влияние может оказывать разъем. Небольшие люфты в нем могут вызывать снижение уровня сигнала. А если еще вибрации кабеля будут в такт с музыкой, то люфт приведет к модуляции джиттера сигналом.

Я попробую это описать немного расширено. Точной/официальной информации как внутри устроены оптопередатчики/оптоприемники Toslink я не нашел, лишь только кусочки/обрывки информации на разных ресурсах.

Всё начинается в оптопередатчике. Электрический сигнал в виде прямоугольных импульсов с уровнем ТТЛ поступает в оптопередатчик на схему управления светодиодом. Так как светодиод так устроен, что не может включиться мгновенно, то фронты световых импульсов затягиваются. И у разных оптопередатчиков разная выходная мощность.

Я попробовал с помощью TEMT6000 и других фотодиодов/фототранзисторов, которые нашел у себя, заглянуть на другой конец оптокабеля (то есть без всякой обработки и формовки, которые делаются в оптоприемнике Toslink). Там не то что импульсы с затянутыми фронтами - там по сути (а на самых высоких частотах еще хуже) вообще кривые растянутые треугольные импульсы. И чем больше затухание кабеля, тем больше затягиваются фронты, уширяются и тем раньше импульсы превращаются в кривой треугольник (но какого-то либо значимого джиттера я здесь не увидел, но чуток есть). Скриншоты этих импульсов здесь приводить не буду, так как не совсем уверен в увиденном, да и не хочу никого не расстроить (реальная правда столь беспощадна, что неподготовленные умы могут дрогнуть и вообще отказаться от звука через оптику). Единственно, только прикреплю общепринятые картинки для понимания происходящего в оптокабеле.

Как деформируются импульсы в зависимости от длины оптокабеля:

И как искажаются импульсы в оптокабеле:

Также, каждый может увидеть сам - это как иногда оптоволокно POF издевается над светом (тут и дефекты изготовления, и структурная неоднородность, врожденная модовая дисперсия, микроизгибы и т.д. и т.п.) - см. Примечание 1.

Итак, оптические сигналы через оптокабель кое-как поступили на оптоприемник. В оптоприемнике фотодатчик (неважно, это фототранзистор или фотодиод) также обладает инерционностью и шумами. Далее АРУ (возможно трансимпедансный усилитель с усилителем ограничителем) в оптоприемнике должна вытянуть полученные импульсы до установленной амплитуды для дальнейшей обработки и всё это поступает на формирователь импульсов. Не берусь судить какие в Toslink стоят формирователи по фронту и спаду (один раз видел такую информацию: оптоприемник POF содержит микролинзу, фотодиод с усилителем и триггером Шмидта) и как они реагируют на шумы, но судя по всему, какой-то помехоустойчивостью и стабильностью они все-таки обладают, иначе не видать бы нам звука вообще.

Но любой формирователь на то он и формирователь, какие ему задали пороги, так он их тупо и отрабатывает, и неважно что это - сигнал, шум и т.п.. Зацепил все что угодно выше заданного порога - сформировал фронт, зацепил что-то ниже порога - сформировал спад. Вот и начинает прыгать начало выходного импульса и конца тоже. Джиттер родился и вырос одновременно. Вот и сказочке конец, а кто слушал молодец!

2. Думаю, теперь многое стало понятно, что надо делать, чтобы получить максимальное качество звука при передаче его по оптике.

Примечания:

1. Засвечиваем в торец оптокабеля Toslink мощным белым светодиодом (например, мощным светодиодным фонариком) и в темной комнате светим другим концом оптокабеля на лист белой бумаги:

-  у короткого оптокабеля с небольшим затуханием видно яркое белое пятно света с еле проглядывающими концентрическими кругами и узорчиками.

- у оптокабеля такой-же длины, но с большим затуханием, видны множественные концентрические слабые темные круги и узоры-завитушки, с явно более яркой серединой пятна.

-  чем длиннее оптокабель (больше затухание), тем темнее концентрические круги и видны другие темные узоры, яркий только центр пятна (иногда это вообще точка), а выходящий свет пятна уже не белый, а желтоватого цвета.

С красным светом та-же самая картина, только темные круги и узоры кажутся более размытыми. И это всё означает, что этот оптокабель плохой или оптоволокно внутри повреждено (треснуло, начало расслаиваться и т.п.).

У хорошего оптокабеля будет просто яркое пятно (у длинного оптокабеля будет прослабленна яркость по краям).

2. 

Тема еще не закончена, возможно будут дополнения.