Module d'interface fibre optique Fiber Optic click

Transmettre des données série via fibre optique plastique, à l'abri des perturbations électromagnétiques et des différences de potentiel entre équipements : c'est la fonction du Fiber Opt Click (MIKROE-1940). À la différence des liaisons filaires classiques, la fibre optique est insensible aux champs magnétiques, aux décharges électrostatiques et aux bruits industriels. Un transmetteur LED (IF-E97) et une photodiode réceptrice (IF-D91) convertissent les signaux UART en impulsions lumineuses sur câble plastique.

Vue d'ensemble du module Fiber Opt Click MIKROE-1940 avec IF-E97 (LED), IF-D91 (photodiode) et MCP6284 (amplificateur)
(Infographie réalisée par IA)

Spécifications techniques

Le Fiber Opt Click associe deux composants d'Industrial Fiber Optics : l'IF-E97, une LED fibre optique pour la transmission, et l'IF-D91, une photodiode fibre optique pour la réception. Le signal reçu par l'IF-D91 est filtré et amplifié par le MCP6284 de Microchip, un amplificateur opérationnel quad rail-to-rail (4 canaux). Deux supports de connexion pour câble fibre optique avec lentille de précision sont intégrés en bout de carte.

La communication avec la carte hôte s'effectue via les broches UART (TX et RX) du socket mikroBUS™. La broche TX est sélectionnable entre le signal UART TX (par défaut) et le signal PWM via un jumper TX SEL. Le débit typique est de 512 kbps, avec un maximum atteignable de 1 Mbps selon le câblage et l'application. L'alimentation est sélectionnable entre 3,3 V et 5 V via le jumper PWR SEL. Référence fabricant : MIKROE-1940.

Écosystème mikroBUS et plateformes compatibles

Le Fiber Opt Click s'intègre dans tout socket mikroBUS™ normalisé des cartes de développement MikroElektronika. La compatibilité couvre les gammes Clicker, EasyMx PRO, Fusion for ARM et Flip & Click.

Le module acceptant la tension d'alimentation 3,3 V ou 5 V via le jumper PWR SEL, il est compatible aussi bien avec les plateformes à logique 5 V (Arduino UNO, Arduino Mega 2560) que les plateformes 3,3 V (Raspberry Pi, Teensy, micro:bit). Pour les cartes sans socket mikroBUS, un shield d'adaptation est nécessaire (voir la section dédiée ci-dessous). Les compilateurs MikroElektronika (mikroC, mikroBASIC, mikroPASCAL) proposent des exemples pour PIC, ARM, dsPIC, PIC32 et AVR.

Un point incontournable de mise en œuvre : la communication par fibre optique nécessite au moins deux modules Fiber Opt Click (un à chaque extrémité du lien) et un câble en fibre optique plastique compatible, vendu séparément chez Lextronic (longueurs disponibles : 1 m et 10 m).

Pourquoi choisir le module Fiber Opt Click ?

La fibre optique plastique offre un avantage que les liaisons UART filaires classiques ne peuvent pas apporter : l'isolation galvanique naturelle. Le signal lumineux ne conduit pas l'électricité entre les deux équipements. Cela élimine les boucles de masse, les perturbations électromagnétiques dues aux moteurs ou variateurs voisins, et les risques de dommages liés aux surtensions ou différences de potentiel entre armoires.

La simplicité d'implémentation est un autre argument. L'interface reste un UART standard : depuis le point de vue du microcontrôleur, le Fiber Opt Click se comporte comme un lien UART classique. Aucun protocole spécifique, aucune bibliothèque dédiée. Le code existant fonctionne tel quel dès que la liaison est établie.

Il faut cependant garder à l'esprit la contrainte de débit. Le Fiber Opt Click est conçu pour des transmissions typiques jusqu'à 512 kbps, avec un maximum de 1 Mbps dans des conditions optimales. Pour des transmissions à haut débit ou sur de très longues distances, des solutions à base de fibre optique monomode ou multimode verre seraient plus adaptées. Mais pour des liaisons série courtes à moyennes distances dans un environnement électriquement difficile, c'est une solution efficace.

Applications pour du prototypage : cas d'usage

Liaison série isolée entre deux équipements industriels

Dans un tableau de commande où deux automates ou cartes de développement partagent des données série mais sont alimentés par des sources différentes, le Fiber Opt Click permet d'établir le lien sans aucun risque de boucle de masse. Chaque équipement reste électriquement indépendant.

Communication dans un environnement à fort champ électromagnétique

À proximité de convertisseurs de fréquence, de moteurs à courant continu ou d'équipements de soudure, les câbles de données classiques captent des perturbations qui corrompent les transmissions UART. Le câble fibre optique plastique est totalement immunisé contre ces interférences, quelle que soit la proximité des sources.

Isolement d'une liaison série entre PC et microcontrôleur

Lors du débogage d'une application embarquée connectée à un réseau électrique, interposer deux Fiber Opt Click entre le PC et la carte microcontrôleur isole le port USB de l'ordinateur des potentiels du circuit testé. Un simple câble fibre optique plastique de 1 m suffit.

Réseau local optique en laboratoire ou FabLab

Plusieurs microcontrôleurs ou modules communiquant entre eux via des liens point à point en fibre optique plastique forment un réseau local optique simple. La topologie est en étoile ou en chaîne, avec un Fiber Opt Click à chaque nœud. La faible latence et la résistance aux interférences font de ce setup un environnement de développement propre pour les tests de protocoles série.

Liaison audio numérique ou signal de commande

Le Fiber Opt Click peut également servir de lien pour des signaux numériques audio (impulsions PCM, MIDI, S/PDIF simplifié) ou des commandes de déclenchement isolées, dans des contextes où le courant de boucle d'une liaison filaire poserait des problèmes de bruit ou de sécurité.

Mise en œuvre pas à pas

L'installation physique demande un minimum de préparation : le module se clippe sur un socket mikroBUS™, et le câble fibre optique plastique s'insère dans les connecteurs à lentille de précision en bout de carte. Vérifier que la fibre est bien engagée dans les deux connecteurs (TX et RX) pour éviter les pertes optiques.

Avant démarrage, sélectionner la tension d'alimentation via le jumper PWR SEL (3,3V ou 5V selon la carte hôte) et vérifier la position du jumper TX SEL (UART par défaut). Du côté du firmware, configurer simplement le port UART à la vitesse souhaitée : 9600 bps pour une communication fiable sur câble plastique standard, jusqu'à 512 kbps pour les transmissions rapides.

Un point important : la fibre optique plastique utilisée ici est une fibre à saut d'indice large cœur. Sa plage d'atténuation et ses performances dépendent de la longueur du câble et de la qualité de la coupe à chaque extrémité. Pour des câbles longs (5 m ou plus), réduire le débit pour conserver des marges suffisantes. Des exemples de code sont disponibles pour les compilateurs MikroElektronika sur LibStock.

Utilisation avec Arduino, Raspberry Pi, micro:bit et Teensy

Ce Click Board™ se connecte aux plateformes non-mikroBUS via un shield d'adaptation mikroBUS. Ce shield assure le lien mécanique entre le format Click Board et les connecteurs standards des cartes de développement.

Le jumper PWR SEL du Fiber Opt Click s'adapte à la tension de la carte hôte. Avec un Arduino UNO ou Arduino Mega 2560 (5V logique), régler PWR SEL sur 5V. Avec un Raspberry Pi (3,3V logique), régler sur 3,3V. Le Teensy 3.x/4.x (3,3V) et la micro:bit (3,3V) sont également compatibles avec le jumper en position 3,3V.

Sur Arduino, le module s'utilise directement avec la bibliothèque Serial. Sur Raspberry Pi, le port série (/dev/ttyAMA0 ou /dev/ttyS0) est accessible en Python ou en C. Rappel : un deuxième Fiber Opt Click (et son câble) est indispensable pour compléter le lien optique.

Fiber Opt Click MIKROE-1940 utilisable avec Arduino, Raspberry Pi, Teensy et micro:bit via shield d'adaptation mikroBUS™
(jumper PWR SEL selon la tension logique de la carte) - (Infographie réalisée par IA)

Résumé des caractéristiques techniques

• Transmetteur optique : IF-E97 (LED fibre optique, Industrial Fiber Optics)
• Récepteur optique : IF-D91 (photodiode fibre optique, Industrial Fiber Optics)
• Amplificateur : MCP6284 (quad op-amp rail-to-rail 4 canaux, Microchip)
• Interface hôte : UART (TX/RX via mikroBUS) ou PWM (jumper TX SEL)
• Débit typique : 512 kbps (max : 1 Mbps)
• Connecteur fibre : 2 supports lentille de précision (TX + RX)
• Type de fibre : Fibre optique plastique (câble vendu séparément)
• Tension d'alimentation : 3,3 V ou 5 V (jumper PWR SEL)
• Format : mikroBUS Add-on Board
• Référence fabricant : MIKROE-1940

Questions fréquentes sur le Fiber Opt Click

Peut-on utiliser un seul Fiber Opt Click ?

Non. La communication par fibre optique est point à point : il faut un module à chaque extrémité du câble. Le Fiber Opt Click dispose d'un transmetteur (IF-E97) et d'un récepteur (IF-D91), mais pour établir un lien bidirectionnel complet, deux modules sont nécessaires (un côté A et un côté B), reliés par deux câbles fibres (un pour chaque sens de transmission).

Le câble fibre optique est-il fourni avec le module ?

Non. Le câble en fibre optique plastique est vendu séparément. Lextronic propose des câbles compatibles de 1 m et 10 m dans la gamme MikroElektronika. Ces câbles sont conçus pour s'insérer directement dans les connecteurs à lentille de précision du Fiber Opt Click.

Quel débit peut-on atteindre avec ce module ?

Le débit typique fiable est de 512 kbps. Dans des conditions optimales de câblage et de coupe de fibre, il est possible d'atteindre 1 Mbps. Ces valeurs dépendent de la longueur du câble, de la qualité de coupe des extrémités et du débit d'horloge UART configuré sur le microcontrôleur.

Ce module est-il immunisé contre les interférences électromagnétiques ?

Oui. La fibre optique plastique ne conduit pas l'électricité : les signaux lumineux qui transitent dans le câble sont insensibles aux champs magnétiques, aux décharges électrostatiques, aux perturbations d'alimentation et aux sources d'interférence radiofréquence. C'est précisément l'avantage de la fibre optique par rapport aux liaisons série filaires classiques.

Le module assure-t-il une isolation galvanique ?

Oui. Puisque la transmission se fait par lumière et non par courant électrique, les deux équipements connectés via le Fiber Opt Click sont complètement isolés électriquement. Aucun courant ne circule entre les masses des deux systèmes via la fibre.

Peut-on utiliser ce module avec une longueur de fibre de 10 m ?

Oui, des câbles de 10 m sont disponibles et compatibles. La longueur accroît l'atténuation du signal, ce qui peut limiter le débit maximal atteignable. À 10 m, il est recommandé de travailler à des débits modérés (9600 bps à quelques dizaines de kbps) pour assurer la fiabilité de la transmission.

Le Fiber Opt Click est-il compatible avec le protocole MIDI ?

Le MIDI utilise une liaison UART à 31 250 bps, bien en dessous du débit maximum du Fiber Opt Click. La compatibilité est donc possible en théorie, avec adaptation du câblage. Cependant, le MIDI standard utilise une boucle de courant 5 mA avec optocoupleur, pas une liaison optique directe. Une vérification de la compatibilité électrique au niveau connecteur reste nécessaire selon le contexte.

Notes d'applications Lextronic

Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 1)
Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 2)
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Les modules Click™ Board sont utilisés dans les établissements scolaires !
Lextronic propose également désormais aux professeurs de recevoir (par email) et sur simple demande différents TP leur permettant de mettre en oeuvre divers modules Click Board avec une platine arduino UNO.

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