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Dokumentenidentifikation DE102005013494B4 10.01.2008
Titel Optischer Empfänger
Anmelder Sharp K.K., Osaka, JP
Erfinder Shimizu, Takayuki, Osaka, JP
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 23.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005013494
Offenlegungstag 17.11.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse H04B 10/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen optischen Empfänger, der ein optisches Signal in ein elektrisches Signal wandelt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In üblichen Haushalten herrscht insbesondere die Verwendung einer optischen Faserübertragungsstrecke zum Wandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal in Musikgeräten vor. Bei dieser Verwendung wird eine Faserübertragungsstrecke zum Wandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal verwendet. Über die optische Faserübertragungsstrecke wird ein digitales optisches Signal in Vorrichtungen wie CD-, MD- und DVD-Spieler, Verstärker und andere sowie aus diesen heraus geliefert. In der optischen Faserübertragungsstrecke wird ein Licht emittierendes/empfangendes Bauteil verwendet. Da eine optische Faserübertragungsstrecke in den letzten Jahren in weitem Umfang dazu verwendet wird, Musiksignale zu Laptops, Handys, MP3-Spielern und anderen tragbaren Geräten zu transportieren, ist eine Verringerung des elektrischen Energieverbrauchs zum Verlängern der Batterielebensdauer für ein in einer optischen Faserübertragungsstrecke verwendetes Bauteil erforderlich.

Außerdem ist eine optische Faser hinsichtlich ihrer Leichtigkeit und ihrer Störsignalbeständigkeit hervorragend, und sie wurde bei Faserübertragungsstrecken in Fahrzeugen gemäß dem MOST-(Media Oriented Systems Transport) oder dem IDB1394 (Intellectual transportation system Data Bus)-Standard dem praktischen Gebrauch zugeführt.

Die 7 und 8 veranschaulichen herkömmliche optische Empfänger, die ein Verfahren zum Umschalten von einem Wartemodus in einen Betriebsmodus und umgekehrt durch Bestimmen des Vorliegens eines eingegebenen Lichtsignals nutzen.

Gemäß der 7 verfügt der herkömmliche optische Empfänger über eine Fotodiode PD1 und einen Verstärker AMP1. Die Fotodiode PD1 wird zum Erfassen eines Lichtsignals verwendet. Entsprechend dem Ausgangssignal eines Komparators COMP1 zum Lesen des Ausgangspegels des AMP1 liefert eine Spannungsversorgungsschaltung 103 Spannung an einen AMP2 und einen COMP2 zur Signalverarbeitung, oder sie stoppt die Spannung. Daher schaltet, wenn ein Lichtsignal eintrifft, eine Empfangsschaltung (eine Lichtsignal-Erfassungsschaltung) 101 zum Erfassen einfallenden Lichts eine Empfangsschaltung (Lichtsignal-Erfassungsschaltung) 102 zur Signalverarbeitung von einem Wartemodus in einen Betriebsmodus um.

In der 8 ist ein anderes herkömmliches Beispiel eines optischen Empfängers mit Abschaltfunktion veranschaulicht. Wenn ein Lichtsignal in eine Fotodiode in der 8 gelangt, sorgt R1 für einen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall schaltet p-Kanal-MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) MP1 und MP2, um dadurch Strom an einen Verstärker AMP1 und eine Signalformungsschaltung COMP1 zu liefern, um die Empfangsschaltung in einen Betriebsmodus umzuschalten. Es besteht ein Nachteil dahingehend, dass dieser Fall nicht bei einer Empfangsschaltung angewandt werden kann, bei der die Anode einer Fotodiode mit Masse verbunden ist.

Die Dokumente zu den herkömmlichen Techniken sind Veröffentlichungen von japanischen Patentanmeldungen; Tokukai 2002-280971, veröffentlicht am 27. September 2002 und Tokukai 2000-078091, veröffentlicht am 14. März 2000.

Jedoch benötigt die in der 7 dargestellte Konfiguration eine Stromversorgung während eines Wartemodus, da der Verstärker AMP1 und der COMP1 zum Erfassen von Licht selbst dann arbeiten müssen, wenn kein Lichtsignal eintrifft.

Wenn ein OPIC (optischer IC (registrierte Handelsbezeichnung)) verwendet wird, wird die Vergrößerung der Chipfläche zu einem Mangel, da die Anzahl der Teile auf Grund des Erfordernisses zunimmt, dass eine zusätzliche Fotodiode zum Erfassen eines Lichtsignals bereitgestellt werden muss.

In der Offenlegungsschrift DE 100 33 257 A1 wird in einem Verfahren zum Ein- und Ausschalten von einem an einen Bus angeschlossenen Gerät in einem Kraftfahrzeug ein optischer Empfänger verwendet. Dieser optische Empfänger aktiviert auf ein entsprechendes Eingangssignal hin eine Signalverarbeitungsschaltung. Die hierzu bereitgestellte Detektionsschaltung umfasst einen Integrator zum Aufintegrieren optischer Impulse, gegebenenfalls bis über einen Schwellenwert hinaus.

ZUSMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Empfänger, zu schaffen, bei dem der während eines Wartemodus fließende Strom gesenkt werden kann.

Um die obige Aufgabe zu lösen, verfügt ein erfindungsgemäßer optischer Empfänger über die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Durch die oben genannte Konfiguration wird das durch das Lichtempfangsbauteil erzeugte Stromsignal in einen Niederfrequenzstrom und einen Hochfrequenzstrom aufgeteilt, und der Niederfrequenzstrom wird in eine Spannung gewandelt. Das Ausgangssignal dieser Spannung aktiviert eine Signalverarbeitungsschaltung. Wenn die sich ergebende, aus dem Niederfrequenzstrom gewandelte Spannung kleiner als ein bestimmter Pegel ist, schaltet das Ausgangssignal die Signalverarbeitungsschaltung in einen Wartemodus um. Demgemäß kann die Signalverarbeitungsschaltung auf Grundlage davon aktiviert werden, wie groß der im Lichtempfangsbauteil erzeugte Niederfrequenzstrom ist. Abweichend von der herkömmlichen Technik benötigt die Erfindung keine Konfiguration, bei der immer ein Strom durch die Schaltung läuft, um während eines Wartemodus Licht zu erfassen. Daher ist es mit der Erfindung möglich, einen optischen Empfänger oder einen optischen Empfänger zur Verwendung bei einer optischen Faserübertragungsstrecke (optischer Empfänger für eine optische Faserübertragungsstrecke) zu schaffen, bei dem der während eines Wartemodus fließende Strom klein ist.

Darüber hinaus wird, durch die oben genannte Konfiguration, das Vorliegen von Licht durch die Tatsache bestimmt, dass das Lichtempfangsbauteil zur Signalverarbeitung Licht empfängt. Demgemäß beseitigt dies das Erfordernis, ein zusätzliches Bauteil zum Erfassen von Licht während eines Wartemodus bereit zu stellen, anders gesagt, eine Fotodiode zum Erfassen von Lichtsignalen. Daher kann im Fall eines OPIC eine Vergrößerung der Chipfläche verhindert werden.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur obigen Konfiguration, so ausgebildet, dass die Filterschaltung über einen Widerstand, einen Kondensator und ein Erdungs-Schaltbauteil verfügt. Der Widerstand und der Kondensator sind so mit dem Lichtempfangsbauteil verbunden, dass dieses über den Kondensator mit der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist. Das Erdungs-Schaltbauteil ist zwischen dem Kondensator und der Signalverarbeitungsschaltung vorhanden, und es wird durch die Vorspannungsschaltung so geschaltet, dass es während eines Wartemodus auf Masse geschaltet ist.

Bei der oben genannten Konfiguration ist das Lichtempfangsbauteil mit einem Widerstand und einem Kondensator in der oben genannten Filterschaltung verbunden. Dies ergibt, zusätzlich zum Vorteil der oben genannten Konfiguration, den Vorteil, dass es eine einfache Konfiguration ermöglicht, ein durch das Lichtempfangsbauteil erzeugtes Stromsignal in einen Niederfreguenzstrom und einen Hochfrequenzstrom aufzuteilen.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration, so ausgebildet dass die Signalverarbeitungsschaltung über eine erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung und eine zweite Strom/Spannung-Wandlerschaltung folgend auf die erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung verfügt, wobei die Eingangsimpedanz der ersten Strom/Spannung-Wandlerschaltung abgesenkt ist, wenn die erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung aktiviert ist.

Bei der oben genannten Konfiguration nimmt die Impedanz ab, wenn die erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung der Signalverarbeitungsschaltung aktiviert wird. Demgemäß wird der Kondensator während eines Betriebsmodus und auch während eines Wartemodus geerdet. Demgemäß ergibt sich, zusätzlich zum Vorteil der oben genannten Konfiguration der Vorteil, dass eine Änderung einer Eigenschaft, wie die der Grenzfrequenz und dergleichen, einer Filterschaltung während eines Wartemodus und eines Betriebsmodus verringert werden kann. Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration, so ausgebildet, dass eine Kompressorschaltung parallel mit einem am Lichtempfangsbauteil angebrachten Widerstand verbunden ist.

Bei der oben genannten Konfiguration ist eine Kompressorschaltung parallel mit einem am Lichtempfangsbauteil angebrachten Widerstand verbunden.

Demgemäß kann selbst dann, wenn ein Lichtsignal entsprechend Licht hoher Intensität eingegeben wird, ein großer Spannungsabfall eines mit dem Lichtempfangsbauteil verbundenen Widerstands verhindert werden. Daher ist es, zusätzlich zum Vorteil der oben genannten Konfiguration möglich, eine Verringerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit hervorgerufen durch eine Zunahme der parasitären Kapazität eines Lichtempfangsbauteils dann zu verhindern, wenn die Vorspannung des Lichtempfangsbauteils abnimmt.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration so ausgebildet, dass eine bidirektionale Kompressorschaltung parallel mit einem Rückkopplungswiderstand der ersten Strom/Spannung-Wandlerschaltung in der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist.

Bei der oben genannten Konfiguration ist eine bidirektionale Kompressorschaltung parallel mit einem Rückkopplungswiderstand der ersten Strom/Spannung-Wandlerschaltung in der Signalverarbeitungsschaltung verbunden.

Demgemäß kann, zusätzlich zum oben genannten Vorteil, eine Zunahme der Verzerrung der Ausgangsimpulsbreite verringert werden, wenn ein Lichtsignal entsprechend Licht hoher Intensität eingegeben wird.

Außerdem wird bei der oben genannten Konfiguration eine bidirektionale Kompression ausgeführt. Dies ermöglicht es, dass der Schwellenwert exakt 50% des Signals ausmacht. Daher ergibt sich, zusätzlich zum Vorteil der oben genannten Konfiguration, der Vorteil, dass die Verzerrung der Ausgangsimpulsbreite verringert werden kann.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration so ausgebildet, dass die Strom/Spannung-Wandlerschaltung über einen Stromspiegel zum Verstärken des Stroms, einen Widerstand zur Spannungswandlung und einen Komparator zum Ausgeben einer Anweisung an eine Vorspannungsschaltung verfügt, wenn die Spannung am Widerstand zur Spannungswandlung einen bestimmten Spannungspegel überschreitet, um die Signalverarbeitungsschaltung in einen Betriebsmodus umzuschalten.

Bei der oben genannten Konfiguration wird der Strom durch einen Stromspiegel verstärkt, der Strom wird durch einen Widerstand in eine Spannung gewandelt, und es ist ein Komparator angeschlossen. Der Komparator gibt eine. Anweisung an eine Vorspannungsschaltung aus, um eine Signalverarbeitungsschaltung in einen Betriebsmodus umzuschalten, wenn die Spannung am Widerstand einen bestimmten Spannungspegel überschreitet. Demgemäß ist es, zusätzlich zum Vorteil der oben genannten Konfiguration möglich, die Signalverarbeitungsschaltung auf das Vorliegen eines Lichtsignals hin unter Verwendung einer einfachen Konfiguration in einen Betriebsmodus umzuschalten.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration, so ausgebildet, dass das Komparator-Ausgangssignal des optischen Empfängers als Statussignal nach außen ausgegeben wird.

Durch die oben genannte Konfiguration wird das Ausgangssignal des Komparators als Statussignal nach außen ausgegeben. Demgemäß kann, zusätzlich zum Vorteil der oben genannten Konfiguration, die Vielseitigkeit verbessert werden, da es möglich ist, fallabhängig, einen Prozess zum Verzögern des Ausgangssignals des Komparators und dergleichen hinzuzufügen.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger ist, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration, so ausgebildet, dass das Ausgangssignal des Komparators über eine Verzögerungsschaltung mit einer Zeitkonstante, die größer als die Zeit ist, die die Signalverarbeitungsschaltung dazu benötigt, stabil zu werden, als Statussignal nach außen ausgegeben wird.

Bei der oben genannten Konfiguration wird das Ausgangssignal des Komparators über eine Verzögerungsschaltung mit einer Zeitkonstante, die größer als die Zeit ist, die die Signalverarbeitungsschaltung dazu benötigt, stabil zu werden, als Statussignal nach außen ausgegeben. Demgemäß ergibt sich der Vorteil, dass das System dadurch stabiler sein kann, dass ein Statussignal als Signal ausgegeben wird, das einen mit einem Anschluss AUS verbundenen (direkt oder indirekt) Mikrocomputer (Controller) aktiviert, nachdem die Signalverarbeitungsschaltung ausreichend stabil wurde.

Der optische Empfänger verfügt, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration, über eine Ausgangssignal-Steuerschaltung zwischen dem Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung und einem Signalausgangsanschluss, wobei diese Ausgangssignal-Steuerschaltung dazu dient, dafür zu sorgen, dass der Signalausgangsanschluss ein Signal von der Signalverarbeitungsschaltung nur dann ausgibt, wenn das Tastverhältnis und die Frequenz des von der Signalverarbeitungsschaltung auszugebenenden Signals einem spezifizierten Tastverhältnis und einer spezifizierten Frequenz entsprechen, wie sie ein Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung zeigt, wenn ein eingegebenes Lichtsignal ein spezifiziertes und gewünschtes, korrektes Modulationssignal ist.

Bei der oben genannten Konfiguration ist zwischen dem Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung und einem Signalausgangsanschluss eine Ausgangssignal-Steuerschaltung angeschlossen. Nur dann, wenn das Tastverhältnis und die Frequenz des von der Signalverarbeitungsschaltung auszugebenden Signals einem spezifizierten Tastverhältnis bzw. einer spezifizierten Frequenz entsprechen, wie sie ein Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung aufweist, wenn ein eingegebenes Lichtsignal ein spezifiziertes und gewünschtes, korrektes Modulationssignal ist, wird die Ausgangssignal-Steuerschaltung eingeschaltet, und es wird ein Signal an einen Signalausgangsanschluss ausgegeben. Demgemäß kann der Signalausgangsanschluss nur dann, wenn ein eingegebenes Lichtsignal ein korrektes Modulationssignal ist, wie es spezifiziert wurde und gewünscht ist, ein Ausgangssignal übertragen. Daher kann, zusätzlich zum Vorteil der Konfiguration, ein überflüssiges Ausgangssignal vermieden werden, und die Effizienz kann verbessert werden.

Der erfindungsgemäße optische Empfänger verfügt, zusätzlich zur oben genannten Konfiguration, über ein Monitorterminal zum Überwachen der Intensität von Licht, das in ein Lichtempfangsbauteil eintritt, sowie einen Stromspiegel und einen Widerstand. Der Stromspiegel und der Widerstand sind miteinander verbunden.

Bei der oben genannten Konfiguration, wird die Intensität eines Lichtsignals, das in das Lichtempfangsbauteil gelangt, überwacht. Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen kann die Vielseitigkeit verbessert werden, da es möglich ist, fallabhängig, einen Prozess zum Verzögern des Ausgangssignals des Komparators hinzuzufügen und dergleichen zeigt sich.

Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Konfiguration eines erfindungsgemäßen optischen Empfängers.

2 ist ein Signalverlauf eines fotoelektrischen Stroms eines Lichtempfangsbauteils.

3 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration eines erfindungsgemäßen optischen Empfängers.

4 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration eines erfindungsgemäßen optischen Empfängers.

5 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration eines erfindungsgemäßen optischen Empfängers.

6 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration eines erfindungsgemäßen optischen Empfängers.

7 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration eines herkömmlichen optischen Empfängers.

8 ist ein Schaltbild einer beispielhaften Konfiguration eines herkömmlichen optischen Empfängers.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN [Ausführungsform 1]

Die 1 ist ein Blockdiagramm eines optischen Empfängers 1, um einen beispielhaften erfindungsgemäßen optischen Empfänger zu zeigen. Ein Lichtempfangsbauteil 11 wandelt ein Lichtsignal, das über ein Faserkabel oder dergleichen von außen her transportiert wurde, in ein Stromsignal. Das Stromsignal vom Lichtempfangsbauteil wird durch eine Nieder-/Hochfrequenzstrom-Filtertrennschaltung 12 in eine Niederfrequenzkomponente in einem Stromsignal, die nahezu einer Gleichspannungskomponente entspricht und eine Hochfrequenzkomponente aufgeteilt, die eine Datenreihe enthält.

Die Niederfrequenzkomponente wird durch eine Strom/Spannung-Wandlerschaltung 13 von einem Strom in eine Spannung gewandelt, in einen Komparator 14 eingegeben und in eine Vorspannungsschaltung 15 eingegeben.

Unter Bezugnahme auf die 2 wird eine Stromkomponente des Lichtempfangsbauteils detaillierter erläutert. Ein in der 2 dargestellter Stromsignalverlauf des Lichtempfangsbauteils tritt dann auf, wenn ein durch Zweiphasenmarkierungs-Modulation erhaltenes Lichtsignal in das Lichtempfangsbauteil eintritt. Die Zweiphasenmarkierung wird für eine optische Faserübertragungsstrecke für digitale Audiosignale, bei MOST in Fahrzeugen und dergleichen verwendet. Der Signalverlauf in der 2 erscheint dann, wenn die Reihe eintreffender Daten "1001101011" ist.

Dieser Stromverlauf des Lichtempfangsbauteils wird unter Verwendung einer Filterschaltung in eine Niederfrequenzkomponente und eine Hochfreguenzkomponente aufgeteilt. Der Stromverlauf ist ursprünglich binär und verfügt über einen hohen und einen niedrigen (null) Pegel. Unter Verwendung der Filterschaltung wird eine Gleichstromkomponente (eine Strom-Niederfrequenzkomponente) (ein Stromverlauf A) zum Stromverlauf addiert, wobei ein binärer Signalverlauf mit demselben Absolutwert und der entgegengesetzten Polarität vorliegt, um eine Strom-Hochfrequenzkomponente zu belassen. Daher bildet der Stromverlauf des Lichtempfangsbauteils die Summe aus einem Stromverlauf A und einem Stromverlauf B. Der Stromverlauf A entspricht der Niederfrequenzkomponente. Wenn die Länge der Datenreihe ausreichend lang ist, bildet sie eine Gleichstromkomponente. Der Stromverlauf B bildet eine Hochfrequenzkomponente, und es handelt sich um ein Information tragendes Signal einer Datenreihe.

Wenn ein Lichtsignal in das Lichtempfangsbauteil eintritt und der Stromverlauf desselben dergestalt ist, wie es in der 2 dargestellt ist, wird der dem Stromverlauf A entsprechende Niederfrequenzstrom durch die Strom/Spannung-Wandlerschaltung 13 in eine Spannung gewandelt, wie oben erläutert. Wenn die Spannung einen bestimmten Pegel überschreitet, wird das Ausgangssignal des Komparators 14 invertiert. Demgemäß wird die Vorspannungsschaltung 15 von einem Wartemodus in einen Betriebsmodus umgeschaltet. Im Ergebnis wird ein Vorstrom an einen ersten Verstärker 16, einen zweiten Verstärker 17 und einen Komparator 18 geliefert, um eine Signalverarbeitungsschaltung 20 zu aktivieren.

Andererseits wird der Hochfrequenzstrom mit einer Datenreihe durch den ersten Verstärker 16 von einem Strom in eine Spannung gewandelt, und er wird durch den zweiten Verstärker 17 weiter verstärkt. Dann wird der Signalverlauf der so verstärkten Spannung durch den Komparator 18 geformt. Danach wird die Spannung als digitales Signal an einen Signalausgangsanschluss 19 ausgegeben.

Wenn die Zufuhr eines Lichtsignals zum Lichtempfangsbauteil gestoppt wird, verschwindet der Stromverlauf (wie er in der 2 dargestellt ist) desselben. Im Ergebnis werden eine Strom-Niederfrequenzkomponente und eine Strom-Hochfrequenzkomponente, wie sie unter Verwendung der Filterschaltung aus dem Stromverlauf abgetrennt werden, zu "immer null". So liefert auch die Strom/Spannung-Wandlung der Strom-Niederfrequenzkomponente unter Verwendung der Strom/Spannung-Wandlerschaltung 13 immer die Spannung null "immer 0". Dies erfüllt nicht "die Bedingung des Überschreitens eines bestimmten Pegels". Dann stoppt die Invertierung des Ausgangssignals des Komparators 14, und dadurch wird die Vorspannungsschaltung 15 von einem Betriebsmodus in einen Wartemodus umgeschaltet. Dies stoppt die Zufuhr des Vorstroms zum ersten Verstärker 16, zum zweiten Verstärker 17 und zum Komparator 18. Im Ergebnis stellt die Signalverarbeitungsschaltung 20 den Betrieb ein, und sie tritt in einen Wartemodus ein. Auf diese Weise stoppt die Vorspannungsschaltung 15 während eines Wartemodus die Zufuhr des Vorstroms an jeden Block der Signalverarbeitungsschaltung. Das heißt, dass kein Strom an die Abschnitte zum Ausgeben eines Signals (Strom-Hochfrequenzkomponente), das einer Datenreihe entspricht, ausgegeben wird, wenn in einen Wartemodus eingetreten wird. Genauer gesagt, bleibt die Stärke des Stromflusses so niedrig wie der Leckstrom eines Bauteils.

Auf diese Weise wird, durch Erfassen einer Strom-Niederfrequenzkomponente eines übertragenen Signals, der optische Empfänger in einen Betriebsmodus umgeschaltet, wenn ein Lichtsignal in das Lichtempfangsbauteil eintritt, und er wird in einen Wartemodus umgeschaltet, wenn keine Eingabe eines Lichtsignals auftritt. Dies ermöglicht es, einen optischen Empfänger zu erhalten, der über einen kleinen Verbrauch elektrischer Energie verfügt. Dieser optische Empfänger ist für Batteriebetrieb geeignet. Das Lichtempfangsbauteil und der optische Empfänger können als OPIC in Form eines monolithischen IC ausgebildet werden. Dies ist zum Verkleinern des Empfängers von Vorteil.

(Ausführungsform 2)

Wie es in der 3 dargestellt ist, wird durch das Lichtempfangsbauteil PD1 ein moduliertes Lichtsignal in ein Stromsignal gewandelt. Wenn sich der optische Empfänger in einem Wartemodus befindet, befindet sich eine Gatespannung eines n-Kanal-MOSFET (MN1) auf hohem Pegel. Durch Einschalten des MN1 wird einer der Anschlüsse des Kondensators C1 auf den Pegel Masse geerdet. Die Filterschaltung verfügt über einen Widerstand R1 und den Kondensator C1, der durch Einschalten des MN1 geerdet wird. Die Filterschaltung überträgt, an den Widerstand R1, eine Strom-Niederfrequenzkomponente des im Lichtempfangsbauteil fließenden Stroms, wohingegen sie eine Strom-Hochfrequenzkomponente des Stroms an den Kondensators C1 überträgt.

Detailliert erläutert, bildet der im Widerstand R1 fließende Strom ein Stromsignal, das über ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz fc übertragen wird, wie durch die folgende Formel berechnet wird: fc = 1/(2&pgr;·(R1 + Vt/IDC_PD)·C1) mit

Vt:
k·T/q
K:
Boltzmannkonstante
T:
Absolute Temperatur
q:
Elektrische Elementarladung
IDC_PD:
Gleichstromkomponente, die im Lichtempfangsbauteil PD1 fließt)

Der in den Kondensator C1 fließende Strom wird zu einem Stromsignal, das über ein Hochpassfilter übertragen wird, das über eine durch die obige Formel berechnete Grenzfrequenz fc verfügt.

Da das Tastverhältnis eines durch Zweiphasenmarkierungs-Modulation erhaltenen Signals auf 50% gehalten wird (Zweiphasenmarkierungs-Modulation wird häufig für optische Faserkommunikationsvorgänge wie bei einer optischen Faserübertragungsstrecke für digitale Audiosignale, einer Faser in einem Fahrzeug gemäß dem MOST-Standard, und dergleichen verwendet), wird das Signal durch die Filterschaltung in eine Gleichstromkomponente und eine Wechselstromkomponente aufgeteilt (im Fall eines Zweiphasenmarkierungs-modulierten Signals von 25 Mbps wird das Signal in eine Wechselstromkomponente von 50 MHz und eine Wechselstromkomponente von 25 MHz aufgeteilt).

Der durch den Widerstand R1 fließende Gleichstrom wird durch einen Widerstand R3 in eine Spannung gewandelt, nachdem die Richtung des Stroms durch einen Stromspiegel geändert wurde, der über pnp-Transistoren QP1 und QP2 verfügt.

Wenn das einfallende Licht schwach ist (wenn der Spannungsabfall an R1 klein ist) kann die Vorspannung VR des Lichtempfangsbauteils PD1 auf den hohen Wert Vcc-Vbe eingestellt werden (z. B. wird bei Vcc = 5 V, wenn angenommen wird, dass die Spannung Vbe des QP1 0,6V beträgt, VR 4,4 V). So wird die parasitäre Kapazität klein, wenn das Lichtempfangsbauteil PD1 eine Fotodiode ist. Dies bildet einen Vorteil zur Beschleunigung und zur Absenkung von Störsignalen.

Der Stromspiegel kann so ausgebildet sein, dass das Verhältnis QP1:QP2 der Emitterflächen 1:N beträgt, wodurch der Strom unter Verwendung des so ausgebauten Stromspiegels um das N-fache verstärkt werden kann. Wenn die Spannung am Widerstand R3 eine Schwelle für den Komparator COMP1 überschreitet, wird das Ausgangssignal desselben von hohem auf niedrigen Pegel umgeschaltet, um die Vorspanungsschaltung 15 zu aktivieren. Durch die Aktivierung der Vorspannungsschaltung 15 wird ein Vorstrom an die Signalverarbeitungsschaltung 20 geliefert, die über den AMP1, AMP2, AMP3 und COMP2 verfügt. Im Ergebnis wird die Signalverarbeitungsschaltung 20 aktiviert (wird in einen Betriebsmodus geschaltet). Außerdem wird MN1 durch die Änderung der Gatespannung des n-Kanal-MOSFET (MN1) auf den niedrigen Pegel ausgeschaltet. Durch dieses Ausschalten wird eine Wechselstromkomponente, die ein über den Kondensator C1 übertragenes moduliertes Signal enthält, in eine Strom/Spannung-Wandlerschaltung eingegeben. Die Strom/Spannung-Wandlerschaltung ist ein Strom/Spannung-Wandlungsverstärker mit dem AMP1, RF1 und CF1.

Wenn der AMP1 aktiviert wird, wird die Eingangsimpedanz des Strom/Spannung-Wandlungsverstärkers klein. Dadurch bleibt der Kondensator C1 selbst dann geerdet, wenn MN1 ausgeschaltet ist. Ein anderer Vorteil entsteht dadurch, dass die Filterschaltung mit dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 eine kleine Änderung von Eigenschaften wie der Grenzfrequenz und dergleichen während eines Wartemodus und eines Betriebsmodus zeigt.

Ferner ist das Lichtempfangsbauteil PD2 ein Attrappen-Lichtempfangsbauteil mit derselben Fläche wie der des Lichtempfangsbauteils PD1. Ein Sperren des Lichtempfangsbauteils PD2 unter Verwendung einer Kathodenelektrode desselben ist von Wirkung, um ein Signal aus einem Störsignal zu erhalten, das eine ähnliche Phasenkomponente wie eine Komponente elektromagnetischer Störungen oder einer Störung durch eine Stromquellenleitung ist. Durch Anschließen von Elementen, an das Attrappen-Lichtempfangsbauteil PD2, die den Elementen entsprechen, die mit dem Lichtempfangsbauteil PD1 verbunden sind (R2 = R1, C2 = C1, MN2 = MN1, AMP2 = AMP1, Rf2 = Rf1, Cf2 = Cf1), kann ein optische Empfänger realisiert werden, der beständig gegen Störungen von Stromquellen und störendes Rauschen ist.

Das durch den AMP1 in eine Spannung gewandelte Signal wird über den Kondensator C3 in den AMP3 eingegeben. Widerstände Rref1 und Rref2 sind über eine Konstantspannungsquelle Vref mit einem Eingangsanschluss des Verstärkers AMP3 verbunden, und es handelt sich um Widerstände, die zum Einstellen des Betriebspunkts des Eingangs des AMP3 verwendet werden. Das oben genannte Signal wird durch den AMP3 verstärkt. Dann wird sein Signalverlauf durch den Komparator COMP2 geformt. Danach wird dieses Signal als digitales Signal an einen Anschluss AUS ausgegeben.

Zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der COMP1 von hohem auf niedrigen Pegel umschaltet, und dem Zeitpunkt, zu dem die Vorspannungsschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung aktiviert werden, besteht eine Zeitverzögerung. Demgemäß ist die Konfiguration dergestalt, dass der Ausgang des COMP1 über eine Verzögerungsschaltung 25, deren Dämpfungszeitkonstante auf eine Zeit eingestellt ist, die länger als die Zeit ist, die zum Stabilisieren des Ausgangssignals der Signalverarbeitungsschaltung erforderlich ist, mit einem Anschluss STATUS verbunden ist. Bei dieser Konfiguration wird der Anschluss STATUS invertiert, wenn ein Lichtsignal eingegeben wird und die Ausgabe des Signals ausreichend stabil wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, das Lichtsignal als Aktivierungssignal für einen mit einem Anschluss AUS verbundenen Mikrocomputer zu verwenden.

Bei einer Verbindung, bei der ein CMOS-Schmidt-Trigger und ein Inverter miteinander verbunden sind, fließt nur dann ein Strom, wenn der Ausgang invertiert ist. Unter Verwendung der in Klammern in der 3 dargestellten Verbindung an Stelle des Komparators COMP1 wird es möglich, den Stromverbrauch des optischen Empfängers zum Zeitpunkt, zu dem kein Lichtsignal eintritt, im Wesentlichen auf null zu senken.

(Ausführungsform 3)

Zusätzlich zur in der 3 dargestellten Konfiguration ist eine Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wie folgt beschaffen, wie es in der 4 dargestellt ist. Ein durch das Lichtempfangsbauteil PD1 fließender Niederfrequenzstrom wird durch einen Stromspiegel mit den pnp-Transistoren QP1 und QP4 verstärkt. Dann wird der Niederfrequenzstrom durch einen Widerstand Rmon in eine Spannung gewandelt, und er wird über einen Puffer B an einen Anschluss MONITOR ausgegeben. Dies ermöglicht es, die Stärke eines in das Lichtempfangsbauteil PD1 eintretenden Lichtsignals zu überwachen. Darüber hinaus kann der optische Empfänger, da er einen Stromspiegel und einen Fensterkomparator enthält, so aufgebaut werden, dass er nur dann in einen Betriebsmodus umgeschaltet wird, wenn ein Lichtsignal innerhalb eines bestimmten Bereichs in das Lichtempfangsbauteil eintritt.

(Ausführungsform 4)

Wie es in der 5 dargestellt ist, ist ein Lichtempfangsbauteil mit einer Kompressionsschaltung mit einer Diode D1 und einem Widerstand R4 zusätzlich zur in der 3 dargestellten Konfiguration versehen. Diese Anordnung ermöglicht es, einen Abfall der Vorspannung des Lichtempfangsbauteils PD1 zu verhindern, da diese Konfiguration selbst dann, wenn Licht hoher Intensität eintritt, verhindert, dass ein Spannungsabfall am Widerstand R1 größer wird. Im Allgemeinen wird der Widerstandswert des Widerstands R4 so eingestellt, dass er ungefähr 1/10 desjenigen des Widerstands R1 beträgt.

Durch Anbringen einer Kompressionschaltung mit einem DF1, DF2, RF3 und CF3 an einem Strom/Spannung-Wandlungsverstärker mit dem AMP1, RF1 und CF1 ist es möglich, selbst dann, wenn ein Lichtsignal entsprechend Licht hoher Intensität eingegeben wird, eine große Verzerrung der Ausgangsimpulsbreite zu verhindern.

Insbesondere spezifiziert der MOST-Standard für Fasern zur Verwendung in Fahrzeugen, dass der Bereich des Eingangslichts von –2 dBm bis –23 dBm betragen sollte, was größer als der herkömmliche Eingangsbereich für Eingangslicht für eine optische Faserübertragungsstrecke für herkömmliche digitale Audiosignale von –14 dBm bis –24 dBm ist. Daher verfügt die Konfiguration mit Kompressionsschaltung über einen größeren Dynamikbereich, und sie ist demgemäß ziemlich wirkungsvoll.

Ferner ist der Eingang durch C1 Wechselspannunge-gekoppelt. Das Signal mit einem Tastverhältnis von 50 das durch Zwaiphasenmarkierungs-modulation erhalten wurde, wird interaktiv durch Df1 und Df2 bidirektional komprimiert. Dadurch wird der Schwellenwert genau 50 des Signals. Dies ermöglicht in Vorteilhafter Weise eine Verringerung der Verzerrung der Ausgangsimpulsbreite.

(Ausführungsform 5)

Wie es in der 6 dargestellt ist, sind zusätzlich zur in der 3 dargestellten Konfiguration eine Ausgangssignal-Steuerschaltung 27 zum Steuern, ob ein Ausgangssignal zu übertragen ist oder nicht, eine Tastverhältnis-Detektorschaltung 28 zum Erfassen des Tastverhältnisses des Ausgangssignals eines Komparators COMP2 sowie eine Frequenzdetektorschaltung 29 zum Erfassen der Frequenz des Ausgangssignals des Komparators COMP2 vorhanden. Die Ausgangssignal-Steuerschaltung 27 befindet sich zwischen einem Komparator COMP2 und einem Anschluss AUS. AND1 führt unter Verwendung eines Ausgangssignals der zwei Detektorschaltungen (28 und 29) und eines von einer Vorspannungsschaltung 15 über eine Verzögerungsschaltung 25 übertragenen Aktivierungssignals eine UND-Operation aus. Ein durch die UND-Operation erhaltenes Signal wird über einen Anschluss STATUS ausgegeben und als Steuersignal für die Ausgangssignal-Steuerschaltung 27 verwendet.

Die jeweiligen zwei Detektorschaltungen (28 und 29) speichern die Ausgangsdaten des Tastverhältnisses und der Frequenz vom Komparator COMP2, wie sie als zu erhaltend angenommen werden, wenn ein eingegebenes Lichtsignal ein korrekt moduliertes Signal ist, wie es spezifiziert wurde und erwünscht ist. Das heißt, dass diese Ausgangsdaten betreffend das Tastverhältnis und die Frequenz als Bezugswerte für die zwei Detektorschaltungen (28 und 29) spezifiziert werden. Die zwei Detektorschaltungen (28 und 29) erfassen, ob das eingegebene Tastverhältnis und die eingegebene Frequenz des Ausgangssignals des Komparators COMP2 identisch mit dem spezifizierten Tastverhältnis und der spezifizierten Frequenz sind. Nur dann, wenn die Tastverhältnisse und die Frequenzen identisch sind, bestimmen die zwei Detektorschaltungen (28 und 29), dass ein eingegebenes Lichtsignal ein spezifiziertes, moduliertes Signal ist, und sie geben ein wahres (hohes) Signal aus.

Dies ermöglicht es, einen solchen Aufbau zu schaffen, dass ein Signalausgangsanschluss ein Ausgangssignal nur dann überträgt, wenn das eingegebene Lichtsignal ein spezifiziertes, moduliertes Signal ist.

Wie oben beschrieben, wird, bei dieser Erfindung, die Signalverarbeitungsschaltung auf Grundlage davon aktiviert, wie groß der Niederfrequenzstrom eines durch ein Lichtempfangsbauteil erzeugten Stromsignals ist. Das heißt, dass die Erfindung so aufgebaut ist, dass eine Gleichstromkomponente (eine Komponente eines Niederfrequenzstroms) des Lichtempfangsbauteils erfasst wird und die Empfangsschaltung von einem Abschaltmodus als Wartemodus in einen Betriebsmodus und umgekehrt abhängig vom Erfassungsergebnis umgeschaltet wird. Die so aufgebaute Erfindung ermöglicht es, den Stromverbrauch des optischen Empfängers im Wesentlichen auf null (entsprechend dem Leckstrom eines Bauteils) zu senken, während kein Lichtsignal eintritt.

Außerdem ist durch die Erfindung ein optischer Empfänger realisiert, der dadurch hinsichtlich des Absenkens des Energieverbrauchs wirksam ist, dass er kein Abschaltsignal von außen benötigt, um niedrigen Energieverbrauch zu erzielen.

Darüber hinaus ist die Erfindung auch dazu anwendbar, einen optischen Empfänger zu erhalten, bei dem die Stärke eines Stromflusses während eines Wartemodus verringert ist.

Nachdem die Erfindung auf diese Weise beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und alle Modifizierungen, wie sie dem Fachmann ersichtlich sind, sollen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.


Anspruch[de]
Optischer Empfänger mit einer Signalverarbeitungsschaltung zum Ausführen eines Ausgabeprozesses für von einem Lichtempfangsbauteil empfangene Daten, mit

– einer Filterschaltung zum Abtrennen eines Niederfrequenzstroms und eines Hochfrequenzstroms aus einem durch das Lichtempfangsbauteil erzeugten Stromsignal,

– einer Strom/Spannung-Wandlerschaltung zum Wandeln des Niederfrequenzstroms in eine Spannung; und

– einer Vorspannungsschaltung zum Aktivieren der Signalverarbeitungsschaltung auf ein Ausgangssignal der Strom/Spannung-Wandlerschaltung hin,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Filterschaltung mit der Signalverarbeitungsschaltung derart verbunden ist, dass der mit der Filterschaltung abgetrennte Hochfrequenzstrom der Signalverarbeitungsschaltung zugeführt wird.
Optischer Empfänger nach Anspruch 1, bei dem:

– die Filterschaltung einen Widerstand, einen Kondensator und ein Erdungs-Schaltbauteil aufweist, wobei der Widerstand und der Kondensator so mit dem Lichtempfangsbauteil verbunden sind, dass dieses über den Kondensator mit der Signalverarbeitungsschaltung verbunden ist, und das Erdungs-Schaltbauteil zwischen dem Kondensator und der Signalverarbeitungsschaltung vorhanden ist und es durch die Vorspannungsschaltung so umgeschaltet wird, dass es während eines Wartemodus auf Masse umgeschaltet ist.
Optischer Empfänger nach Anspruch 2, bei dem:

– die Signalverarbeitungsschaltung über eine erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung und eine zweite Strom/Spannung-Wandlerschaltung folgend auf die erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung verfügt, wobei die Eingangsimpedanz der ersten Strom/Spannung-Wandlerschaltung abgesenkt ist, wenn die erste Strom/Spannung-Wandlerschaltung aktiviert ist.
Optischer Empfänger nach Anspruch 3, mit:

– einer Kompressorschaltung, die parallel zum am Lichtempfangsbauteil angebrachten Widerstand geschaltet ist.
Optischer Empfänger nach Anspruch 3, mit:

– einer bidirektionalen Kompressorschaltung, die parallel zu einem Rückkopplungswiderstand der ersten Strom/Spannung-Wandlerschaltung in der Signalverarbeitungsschaltung geschaltet ist.
Optischer Empfänger nach Anspruch 1, bei dem die Strom/Spannung-Wandlerschaltung Folgendes aufweist:

– einen Stromspiegel zum Verstärken eines Stroms;

– einen Widerstand zur Spannungswandlung und

– einen Komparator zum Ausgeben einer Anweisung an die Vorspannungsschaltung, wenn die Spannung am Widerstand zur Spannungswandlung einen bestimmten Spannungspegel überschreitet, um die Signalverarbeitungsschaltung in einen Betriebsmodus umzuschalten.
Optischer Empfänger nach Anspruch 7, mit einer Ausgangssignal-Steuerschaltung zwischen dem Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung und einem Signalausgangsanschluss, wobei diese Ausgangssignal-Steuerschaltung dazu dient, dafür zu sorgen, dass der Signalausgangsanschluss ein Signal von der Signalverarbeitungsschaltung über sie nur dann ausgibt, wenn das Tastverhältnis und die Frequenz des von der Signalverarbeitungsschaltung auszugebenden Signals einem spezifizierten Tastverhältnis bzw. einer spezifizierten Frequenz entsprechen, wie sie ein Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung aufweist, wenn ein eingegebenes Lichtsignal ein spezifiziertes und gewünschtes, korrektes Modulationssignal ist. Optischer Empfänger nach Anspruch 6, bei dem:

– das Ausgangssignal des Komparators als Statussignal nach außen ausgegeben wird.
Optischer Empfänger nach Anspruch 7, bei dem:

– das Ausgangssignal des Komparators über eine Verzögerungsschaltung mit einer Zeitkonstante, die länger als die Zeit ist, die die Signalverarbeitungsschaltung dazu benötigt, stabil zu werden, als Statussignal nach außen ausgegeben wird.
Optischer Empfänger nach Anspruch 6, mit:

– einem Monitoranschluss zum Überwachen der Intensität von in das Lichtempfangsbauteil eintretendem Licht;

– einem weiteren Stromspiegel und

– einem weiteren Widerstand, wobei der weitere Stromspiegel und der weitere Widerstand miteinander verbunden sind.






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