BE1007216A3 - Optisch transmissiesysteem. - Google Patents

Abstract

In een optisch transmissiesysteem wordt een van een glasvezel (4) ontvangen signaal toegevoerd aan een opto-elektrisch omzetter (8). Om de invloed van parasitaire capaciteiten (9)(11) te verminderen, zijn beide aansluitpunten van de opto-elektrische omzetter via een gelijke impedantie element (24,20,22;30,32) verbonden met een referentiepotentiaal. Hierdoor ontstaat over de opto-elektrische omzetter een symmetrische signaalspanning waardoor de invloed van de capaciteiten 9 en 11 met een factor 2 wordt gereduceerd.

Description

"Optisch transmissiesysteem"

De uitvinding heeft betrekking op een optisch transmissiesysteem omvattende een optische zender die via een optisch kanaal is gekoppeld met een optische ontvanger welke optische ontvanger is voorzien van een opto-elektrische omzetter en van een versterker waarbij een eerste aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter is gekoppeld met een eerste ingang van de versterker .

De uitvinding heeft tevens betrekking op een optische ontvanger voor gebruik in een dergelijk systeem.

Een transmissiesysteem volgens de aanhef is bekend uit de brochure "2610 B Broadband Photodiode Module" van Ortel Corporation, mei 1991.

Een dergelijk transmissie systeem wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de distributie van TV signalen over grotere afstanden. Dit gebeurt onder andere in kabel TV netten voor de transmissie van TV signalen van een veraf gelegen kopstation naar het hoofdverdeelnet van het kabel TV systeem.

Het te verzenden kabel TV signaal bestaande uit een frequentie multiplex van TV en radio signalen wordt gebruikt om een lichtbron in amplitude te moduleren. De lichtbron zal in veel gevallen een halfgeleiderlaser omvatten. Het gemoduleerde lichtsignaal wordt van een optisch kanaal, bijvoorbeeld een glasvezel naar de optische ontvanger verzonden. In de optische ontvanger wordt het lichtsignaal omgezet in een elektrisch signaal dat verder in het kabelnet verdeeld kan worden.

Het kabel TV signaal heeft een frequentie gebied van ± 80 MHz tot 900 MHz. Dit betekent dat het transmissie systeem geschikt moet zijn voor breedbandsig-nalen. Een vaak gestelde eis aan dergelijk transmissiesystemen is een doorlaatband die binnen enkele tienden van dB’s vlak is of volgens een bepaalde helling oploopt met toenemende frequentie.

Hoewel de overdrachtskarakteristiek van het bekende optische transmissiesysteem vlak is binnen 1 dB, is een vlakkere overdrachtskarakteristiek gewenst.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een optisch transmissiesysteem volgens de aanhef waarbij de vlakheid van de overdrachtskarakteristiek is verbeterd.

Hiertoe is de uitvinding gekenmerkt door dat het eerste aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter via een eerste impedantie element is gekoppeld met een referentiepotentiaal, en dat een tweede aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter is gekoppeld met een tweede ingang van de versterker en, via een aan het eerste impenda-ntie-element gelijk tweede impedantie-element, met de referentiepotentiaal.

Door de maatregelen volgens de uitvinding is het door de elektro-optische signaal volledig gebalanceerd ten opzichte van de referentiepotentiaal. Door deze balancering wordt de invloed van parasitaire capaciteiten tussen de aansluitingen van de opto-elektrische omzetter en de referentiepotentiaal op de overdrachtskarakterisHftk aanzienlijk verminderd. Op de beide aansluitpunten van de opto-elektrische omzetter in amplitude even grote maar in fase tegengestelde spanningen ten opzichte van de referentiepotentiaal aanwezig zijn. Hierdoor hebben de parasitaire condensatoren tussen de aansluitingen van de elektro-optische omzetter en de referentiepotentiaal een effect dat vergelijkbaar is met het effect van een condensator die geschakeld is tussen de beide aansluitpunten van de opto-elektrische omzetter, waarbij deze condensator de helft van de capaciteitswaarde van de condensator tussen een der aansluitingen van de opto-elektnsche omzetter en de referentiepotentiaal heeft. Bij het transmissiesysteem volgens de stand van de techniek waar de opto-elektrische omzetter ongebalanceerd is aangesloten heeft de eerder genoemde parasitaire capaciteit een resulterende capaciteit tussen de aansluitingen van de opto-elektrische omzetter tot gevolg die gelijk is aan deze parasitaire condensator.

De lagere capaciteit bij het transmissiesysteem volgens de uitvinding uit zich in een vergroting van de vlakheid van de overdrachtskarakteristiek. Bovendien is de bandbreedte van het transmissiesysteem volgens de uitvinding aanzienlijk groter dan de bandbreedte van het bekende systeem.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt doordat de opto-elektrische omzetter via een transformator is gekoppeld met de versterker.

Het gebruik van een transformator tussen de opto-elektrische omzetter en de versterker maakt een optimale aanpassing tussen de opto-elektrische omzetter en de versterker mogelijk door een geschikte keuze van de transformatieverhouding.

Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt doordat de transformator een voor een deel gemeenschappelijke primaire en secundaire wending heeft.

Het gebruik van een gemeenschappelijke wikkeling voor zowel de primaire wikkeling als voor de secundaire wikkeling resulteert in een eenvoudige fabricage van de transformator.

Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is gekenmerkt doordat de transformator twee deeltransformatoren omvat waarvan de primaire wikkelingen in serie geschakeld zijn en waarbij de eerste ingang van de versterker is gekoppeld met een aftakking van de primaire wikkeling van de eerste deeltransformator, en de tweede ingang van de versterker is verbonden met een aftakking van de primaire wikkeling van de tweede deeltransformator.

Door de transformator uit te voeren als twee identieke deeltransformatoren waarvan de primaire wikkelingen in serie geschakeld zijn, waarbij de secundaire wikkeling van de transformatoren gelegen is tussen twee aftakkingen van de beide deeltransformatoren, wordt op eenvoudige wijze een volledig symmetrische transformator verkregen.

De uitvinding zal nu nader toegelicht worden aan de hand van de figuren.

Hierin toont:

Fig. 1 een optisch transmissiesysteem volgens de stand van de techniek;

Fig. 2 een optisch transmissiesysteem volgens de uitvinding;

Fig. 3 een uitvoeringsvorm van de transformator volgens de uitvinding;

Fig. 4 de mechanische constructie van een der deeltransformatoren voor gebruik in de transformator volgens Fig. 3;

Fig. 5 een constructie van de combinatie van de deeltransformatoren volgens Fig 3;

Fig. 6 een gemeten overdrachtskarakteristiek van een optische transmissiesysteem volgens de stand van de techniek;

Fig. 7 een gemeten overdrachtskarakteristiek van een optisch transmissiesysteem volgens de uitvinding.

In het transmissiesysteem volgens Fig. 1 wordt het te verzenden signaal toegevoerd aan een optische zender 2. Een uitgang van de optische zender 2 is via een optisch kanaal, zijnde hier een glasvezel 4, verbonden met een ingang van een optische ontvanger 6. In de optische ontvanger 6 is de ingang optische gekoppeld met de opto-elektrische omzetter, zijnde hier een fotodiode 8.

Een eerste aansluitpunt van de fotodiode 8, zijnde de anode is verbonden met een punt van referentiepotentiaal verder te noemen aarde. Een tweede aansluitpunt van de fotodiode 8 zijnde de kathode, is verbonden met een eerste aansluitpunt voor een spoel 10. Een tweede aansluitpunt van de spoel 10 is verbonden met een eerste aansluitpunt van een wikkeling van een transformator 12. Een tweede aansluitpunt van de wikkeling van de transformator 12 is verbonden met aarde. Een parasitaire capaciteit 9 tussen de anode van de foto-diode 8 en aarde is gestippeld getekend.

Een aftakpunt van de wikkeling van de transformator 12 is verbonden met een eerste aansluitpunt van een primaire wikkeling van een transformator 14. Een tweede aansluitpunt van de primaire wikkeling van de transformator 14 is verbonden met aarde. Een eerste aansluitpunt van een secundaire wikkeling van de transformator 14 is verbonden met een eerste uitgang van een versterker 16, terwijl een tweede aansluitpunt van de transformator 14 is verbonden met een tweede ingang van de versterker 16. De uitgang van de optische ontvanger 6 wordt gevormd door de uitgang van de versterker 16.

Het te verzenden signaal, bijvoorbeeld een frequentie multiplex CATV signaal wordt door een elektro-optische omzetter, zijnde meestal een laser, omgezet in een intensiteit gemoduleerd lichtsignaal. Dit gemoduleerd lichtsignaal wordt via de glasvezel 4 getransporteerd naar de optische ontvanger 6.

De foto-diode 8 zet het ontvangen lichtsignaal weer om in een elektrisch signaal. Dit elektrisch signaal wordt via de transformator 12 en door de transformator 14 doorgegeven aan de versterker 16. De parasitaire capaciteit 9 die parallel is geschakeld aan de fotodiode 8 bepaalt in belangrijke mate het hoogfrequent gedrag van de optische ontvanger. De waarde van de zelfinductie van de spoel 10 is zodanig gekozen dat de overdrachtsfunctie een gewenste vlakheid vertoont. De transformator 12 is aanwezig teneinde de uitgangsimpedantie van de diode 8 aan te passen aan een belas-tingsimpedantie van 75 0.

De transformator 14 zet het asymmetrisch signaal aan de uitgang van de transformator 12 om in een symmetrisch signaal dat door de versterker 16 tot een gewenst niveau versterkt kan worden. De versterker 16 kan bijvoorbeeld van het type BGY685 of BGY787 zijn dat geleverd wordt door Philips Semiconductors.

In de optische ontvanger volgens Fig. 2 is de kathode van de fotodiode 8 verbonden met een eerste aansluitpunt van een weerstand 24, een eerste aansluitpunt van een spoel 10 en een eerste aansluitpunt van een (parasitaire) condensator 9. Een tweede aansluitpunt van de weerstand 24 is verbonden met een eerste aansluitpunt van een weerstand 20 en met een eerste aansluitpunt van een weerstand 22. Een tweede aansluitpunt van de weerstand 20 is verbonden met aarde, terwijl een tweede aansluitpunt van de weerstand 22 is verbonden met een positief aansluitpunt van een spanningsbron 26. Een negatief aansluitpunt van de spanningsbron 26 is verbonden met aarde.

De anode van de foto-diode 8 is verbonden met een eerste aansluitpunt van een weerstand 30, met een eerste aansluitpunt van een primaire wikkeling van een transformator 28 en met een eerste aansluitpunt van een (parasitaire) condensator 11. Een tweede aansluitpunt van de weerstand 30 is verbonden met een eerste aansluitpunt van een weerstand 32 en met een eerste aansluitpunt van een weerstand 34. Een tweede aansluitpunt van de weerstand 34 is verbonden met een testpunt. Een tweede aansluitpunt van de capaciteiten 9 en 11 is eveneens verbonden met aarde.

Een tweede aansluitpunt van de spoel 10 is verbonden met een tweede aansluitpunt van de primaire wikkeling van de transformator 28. De aansluitingen van de secundaire wikkeling van de transformator 28 zijn verbonden met ingangen van de versterker 16 die aan zijn uitgang het uitgangssignaal van de optische ontvanger levert.

De spanningsbron 26 levert in combinatie met de spanningsdeler gevormd door de weerstanden 20 en 22 een sperspanning aan de fotodiode 8. Door de impedantie gezien vanaf de kathode van de foto-diode 8 naar de aarde gelijk te maVpn aan de impedantie gezien vanaf de anode van de foto-diode naar aarde, wordt bereikt dat de stroom die door de foto-diode 8 geleverd wordt bij aanwezigheid van een optisch ingangssignaal, wordt omgezet in een spanning die symmetrisch is ten opzichte van aarde.

De parasitaire condensatoren 9 en 10 kunnen nu vervangen gedacht worden door een enkele condensator met de helft van de capaciteitswaarde, omdat deze voor het anti-symmetrische in serie geschakeld zijn. Omdat deze parasitaire capaciteit een aanzienlijke invloed hebben op de hoogfrequent eigenschappen van de optische ontvanger zal de reductie van de effectieve parasitaire capaciteit door het symmetrisch maken van het ingangsdeel van de optische ontvanger, de hoogfrequent eigenschappen van de ontvanger aanzienlijk verbeteren.

De transformator 28 zorgt voor het aanpassen van de uitgangsimpedantie van de opto-elektnsche omzetter aan de ingangsimpedantie van de versterker 16. De spoel 10 die eventueel instelbaar is dient voor het verkrijgen van een zo vlak mogelijk overdrachtskarakteristiek. De versterker 16 kan van het type BGY685 of BGY787 zijn. Aan de uitgangen van de versterker 16 is het uitgangssignaal van de optische ontvanger beschikbaar.

In fig. 3 bestaat de transformator 28 uit twee in serie geschakelde deeltransformatoren 40 en 42. Deze deeltransformatoren hebben een secundaire wikkeling die een deel (hier de helft) van de primaire wikkeling omvat. Deze opbouw van de transformator 28 heeft als voordeel dat de transformator 28 volledig symmetrisch is.

In fig. 4 is de mechanische constructie van een deel-transformator volgens fig. 3 getekend. De deeltransformator bestaat uit een ringkem 50 waarop een bifilaire wikkeling bestaande uit wikkelingen 51 en 52 is aangebracht. De beide wikkelingen 51 en 52 zijn in serie geschakeld, en de middenaftakking wordt gevormd door het knooppunt tussen de wikkelingen 51 en 52.

In de transformator volgens Fig. 5 zijn de deeltransformatoren als het ware op een enkele kern samengebracht. Het voordeel hiervan is dat er slechts een enkele kern nodig is. Doordat de twee deelwikkelingen een tegengestelde wikkelzin hebben heeft een gelijkstroom door beide deelwikkeleingen geen voormagnetisatievan de kern tot gevolg. Een dergelijke gelijkstroom ontstaat vaak als basisstroom voor de transistoren die in de versterker 16 aanwezig zijn. In Fig. 6 is de overdrachtskarakteristiek getekend van een optische ontvanger volgens de stand van de techniek. Uit fig. 6 blijkt duidelijk dat de overdrachtskarakteristiek variaties van ruim ldB in de dooriaat-band vertoont, terwijl de maximale frequentie (-ldB) ongeveer 735 MHz bedraagt.

In Fig. 7 is de overdrachtskarakteristiek getekend van een optische ontvanger volgens de uitvinding. Uit Fig. 7 blijkt dat de overdrachtskarakteristiek vlak is binnen 0.5 dB binnen de doorlaatband, terwijl de maximale frequentie (-1 dB) nu ongeveer 1GHz bedraagt.

Claims (10)

1. Optisch transmissiesysteem omvattende een optische zender die via een optisch kanaal is gekoppeld met een optische ontvanger welke optische ontvanger is voorzien van een opto-elektrische omzetter en van een versterker waarbij een eerste aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter is gekoppeld met een eerste ingang van de versterker , met het kenmerk dat het eerste aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter via een eerste impedantie element is gekoppeld met een referentiepotentiaal, en dat een tweede aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter is gekoppeld met een tweede ingang van de versterker en, via een aan het eerste impendantie-element gelijk tweede impedantie-element, met de referentiepotentiaal.

2. Optische transmissiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de opto-elektrische omzetter via een transformator is gekoppeld met de versterker.

3. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de transformator een voor een deel gemeenschappelijke primaire en secundaire wending heeft.

4. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de transformator twee deeltransformatoren omvat waarvan de primaire wikkelingen in serie geschakeld zijn en waarbij de eerste ingang van de versterker is gekoppeld met een aftakking van de primaire wikkeling van de eerste deeltransformator, en de tweede ingang van de versterker is verbonden met een aftakking van de primaire wikkeling van de tweede deeltransformator.

5. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de wikkelingen van beide deeltransformatoren zich op een enkele kern bevinden en dat de wikkelzin van de wikkelingen van de eerste deeltransformator tegengesteld is aan de wikkelzin van de wikkelingen van de tweede deeltransformator.

6- Optisch transmissiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de ontvanger is voorzien van een bron voor het verkrijgen van een voorspanning over de opto-elektrische omzetter.

7. Optische ontvanger voorzien van een opto-elektrische omzetter waarbij een eerste aansluitpunt van de opto-elektnsche omzetter is gekoppeld met een uitgang van de optische ontvanger, met het kenmerk dat het eerste aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter via een eerste impedantie element is gekoppeld met een referentiepotentiaal, en dat een tweede aansluitpunt van de opto-elektrische omzetter is gekoppeld met een tweede uitgang van de optische ontvanger en, via een aan het eerste impedantie element gelijk tweede impedantie element, met het punt van referentiepotentiaal.

8. Optische ontvanger volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de opto-elektrische omzetter via een transformator is gekoppeld met de uitgang van de optische ontvanger.

9. Optische ontvanger volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de transformator een voor een deel gemeenschappelijke primaire wikkeling en secundaire wikkeling omvat.

10. Optische ontvanger volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de transformator een eerste en een tweede deeltransformator omvat waarvan de primaire wikkelingen in serie geschakeld zijn en waarbij de eerste uitgang van de optische ontvanger is gekoppeld met een aftakking van de primaire wikkeling van de eerste deeltransformator en waarbij de tweede uitgang van de optische ontvanger is gekoppeld met een aftakking van de primaire wikkeling van de tweede transformator.