CH652880A5 - Anlage zur uebertragung von daten. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Übertragung von Daten. Einige dieser Anlagen verwenden Lichtleitfasern als deren Übertragungsmedium. Es werden oft Daten übertragen, die lange Perioden des einen oder des andern logischen Zustands ("1" oder "0") aufweisen.

Bei einer codierten Datenübertragung über Lichtleitfasern enthält die Anlage üblicherweise einen Sender und einen wechselstromgekoppelten Empfänger mit zusätzlichen Schaltungen zum Umsetzen der Daten in Impulse oder in einen andern, einfachen Code, wodurch es dem Empfänger möglich ist, jenes Signal festzustellen, welches dann in dessen ursprüngliche Form zurückverwandelt wird. Diese zusätzlichen Schaltungen sind jedoch üblicherweise kompliziert und schränken die Verwendung der Datenverbindung ein, indem die Bandbreite der Modulation und die Empfindlichkeit des Empfängers reduziert wird.

Es wurden einige Versuche unternommen, einen Sender und Empfänger mit einem Gleichstrom-Frequenzgang herzustellen. Bei einigen Herstellungsmethoden ist das Codier- und Decodiersystem im Sender bzw. im Empfänger enthalten.

Dies führt jedoch zu komplexen und verhältnismässig teuren Anordnungen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, können gleichstromgekoppelte Sender und Empfänger ohne Codier- und Decodiersysteme verwendet werden, bei heutigen Entwurfsmethoden bestehen jedoch gewisse Schwierigkeiten, insbesondere wenn der

Bereich des Eingangssignals stark variiert. Die erste Schwierigkeit betrifft Gleichstrom-Schwankungen in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur; diese Schwierigkeit kann jedoch durch die Verwendung von Rechenverstärkern und durch sorgfältigen Entwurf überwunden werden.

Die zweite Schwierigkeit ist bereits kritischer und betrifft Datenbreiten-Verzerrungen des Signals, siehe z.B. in Fig. 3. Diese Verzerrung drückt grundsätzlich die Differenz der Verzögerung der Übergänge von "0" auf "1" und von "1" auf "0" aus; das Resultat sind von der ursprünglich übertragenen Impulsbreite abweichende Werte, d.h. am Ausgang des Empfängers stehen schmälere oder breitere als urspünglich ausgesandte Impulse an. Datenbreiten-Verzerrung mit variierenden Eingangssignal-Pegeln schränkt die Verwendbarkeit einer gleichstromgekoppelten Verbindungsleitung ein.

Diese Schwierigkeit kann umgangen werden, indem der Empfänger, welcher die verschiedenen Lichtstrom-Pegel feststellt, mit einem Komparator versehen wird, dessen Schwelle ideal auf den halben Wert des Spitzen-Signalpegels eingestellt wird, so dass die Datenbreiten-Verzerrung sich nicht mehr kritisch auswirkt. Herkömmliche Techniken zur Überwachung des Spitzen-Signalpegels und zur Einstellung der Kom-parator-Schwelle können jedoch nicht für sehr Iange"0"-Zustände verwendet werden, in welchen die Schwellensteuer-Schaltung den nachfolgenden " 1 "-Zustand oder den Spitzen-Signalpegel voraussehen muss.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine «gleichstromgekoppelte» Datenübertragungsanlage aufzuzeigen, die einen einfachen Aufbau, kleine Abmessungen und einen zuverlässigen Betrieb aufweist, wobei auf komplizierte technische Lösungen verzichtet werden kann. Der Ausdruck «gleichstromgekoppelt» besagt, dass Datensignale bis zu einer unteren Grenzfrequenz von 0 Hz übertragbar sind.

Ein weitererZweck der Erfindung ist es, die Datenbrei-ten-Verzerrung zu reduzieren bei nur kleinen Einbussen der Empfindlichkeit in Bezug auf die Geräuschgrenze.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die Wellenformen in einer idealen Datenûbèrtra-gungsanlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer gleichstromgekoppelten Datenübertragungsanlage mit einer Lichtleitfaser als Übertragungsmedium,

Fig. 3 die Wellenformen in einer tatsächlichen Datenübertragungsanlage mit Datenbreiten-Verzerrung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsge-mässen, gleichstromgekoppelten Datenübertragungsanlage mit einer Lichtleitfaser als Übertragungsmedium und mit einem abgeänderten Frequenzgang,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Frequenzkurve der Anlage gemäss Fig. 4 mit abgeändertem Frequenzgang,

Fig. 6 die Wellenformen der Anlage gemäss Fig. 4, und schliesslich

Fig. 7 schematische den optischen Empfänger gemäss Fig. 4.

In der Anlage kann ein optischer Sender mit einem optischen Empfänger über eine Lichtleitfaser gleichstromgekoppelt werden. Beim Sender kann es sich grundsätzlich um einen einfachen Ein/Aus-, beim Empfänger um einen Diffe-rential-Typ handeln, siehe nachfolgend Fig. 2, in welcher eine einfache, herkömmliche, gleichstromgekoppelte Anlage mit einer Lichtleitfaser als optisches Übertragungsmedium zu sehen ist. An der Sendeseite der Anlage wird der Dateneingang durch einen Stromschalter 10 gesteuert, der mit einer lichtemittierenden Diode LED 12 verbunden ist. Das andere Ende dieser Diode ist an eine Vorspannquelle VB angeschlossen.

Diese lichtemittierende Diode ist optisch an ein Ende

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einer Lichtleitfaser 14 gekoppelt, deren anderes Ende mit einem optischen Empfänger verbunden ist. Bei dem Empfänger kann es sich um eine Photodetektor-Diode oder einen PIN-Detektor 16 handeln. Der Schalter 10 und die Diode 12 sind dazu da, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen, welches zwischen den Dioden 12 und 16 in optischer Form übertragen wird. Das Ausgangssignal aus der Diode 16 wird einem Verstärker 18 zugeführt; das andere Ende des Detektors 16 ist mit der Vorspannungsquelle VB verbunden. Um die Daten zu regenerieren, ist der Ausgang des Verstärkers 10 mit einem Komparator 20 verbunden, welcher das vom Verstärker gelieferte Signal mit einer Referenzspannung VREF vergleicht. Der Schwellwertpegel des Komparators wird üblicherweise am halben Wert des Spitzen-Signalpegels gehalten, so dass sein Ausgangssignal dann praktisch dem Dateneingang zum Stromschalter 10 entsprechen sollte.

Die idealisierten Wellenformen werden in Fig. 1 gezeigt, wobei die Eingangsdaten auf der Sendeseite gleich sind wie die Ausgangsdaten der Empfangsseite und der Komparator-Schwellwert auf dem halben Wert des Spitzen-Signalpegels gehalten wird, um ein derartiges Resultat zu liefern. Allerdings wäre unter solchen Umständen eine extreme Datenbreiten-Verzerrung vorhanden, im Falle einer praktische optimalen Bandbreite des Empfängers, d.h. einer solchen Bandbreite, welche gerade eine Datenübertragung ohne Verstärkung des Rauschens höherer Frequenzen ermöglichen würde. Dies ist klar aus Fig. 3 ersichtlich, wo der Komparator-Schwellwert tiefgesetzt ist. Während der Datenausgang bei einem kleinen empfangenen Signal annehmbar ist, zeigt er bei einem grossen Signal eine beträchtliche Datenbreiten-Verzerrung, die unannehmbar ist.

Um Datenbreiten-Verzerrung bei einem breiten Bereich von Eingangssignal-Pegeln in einer gleichstromgekoppelten Übertragungsanlage zu verhindern, müssen die in Fig. 4 schematisch angegebenen, erfindungsgemässen Massnahmen verwirklicht werden. Auch in dieser erfindungsgemässen Anlage ist der Sender mit dem Empfänger gleichstromgekoppelt; die Überweisungszeichen der mit jenen aus der Fig. 2 identischen Teilen sind gleich, jedoch mit einem Strich versehen.

Der Empfänger ist gegenüber jenem aus Fig. 2 abgeändert, es handelt sich um einen Differentialtyp mit einem Verstärker 18', welcher einen niedrigen Eingangsdrift aufweist, um Gleichstrom-Instabilität zu verhindern. Dem Verstärker folgt ein Komparator 20', dessen Schwelle gerade über dem Niederpegel-Rauschen eingestellt ist. Dies ist aus Fig. 6 ersichtlich, die Wellenformen der Anlage gemäss Fig. 4 zeigt. Ein Frequenzgang-Entzerrernetzwerk 22 ist zwischen den Verstärker 18' und den Komparator 20' geschaltet; dieser Entzerrer ändert den Frequenzgang des Empfängers in gewünschter Weise derart, dass ein Überschwingen bei der Signaländerung von einem hohen auf einen niedrigen Pegel stattfindet. Eine Kurve des abgeänderten Frequenzgangs ist in Fig. 5 zu sehen. Das Signal kreuzt die Komparatorschwelle zu einer Zeit in Bezug auf den Wechsel des Datenzustands, welche auch bei grossen Änderungen des Eingangssignalpegels in Grenzen gehalten werden kann, siehe Fig. 6.

Für den kleinsten feststellbaren Signalpegel schwingt das 'Signal ungefähr gleich auf beide Seiten der Schwelle aus.

Dies ruft angesichts der Symmetrie keine Datenbreiten-Ver-zerrung im Falle eines kleinen Signals hervor. Bei grossen

Signalen tritt ein definiertes Verzerrungsmaximum auf. Dieses Maximum kann durch den Grad des Überschwingens gesteuert werden und die Optimierung der Grösse des Überschwingens ist teilweise ein Kompromiss zwischen der Verzerrung und der Empfindlichkeit. Übermässige Verstärkung oder Bandbreite im Empfänger kann eine proportional grössere Rauschverstärkung hervorrufen als die Signalverstärkung ist, wodurch die Empfindlichkeit reduziert wird; dies sollte in Betracht gezogen werden.

Fig. 7 zeigt schematisch den optischen Empfänger aus Fig. 4. Die Photodetektor-Diode D führt einen Strom i, der proportional ist zum einfallenden Lichtstrom. Dieser Strom i wird dem invertierenden Eingang von Verstärker 26 und einer Parallelanordnung einer Diode 28, eines Widerstands 30 und eines Kondensators 32 zugeführt. Der nichtinvertierende Eingang des erwähnten Verstärkers ist über Widerstand 34 mit Erde verbunden.

Der Verstärker 26 weist wegen der Widerstände 36 und 38 und dem Kondensator 40 in der Rückkoppelungsschleife eine bandformende Wirkung auf, welche eine erhöhte Verstärkung mit der Frequenz im obern Bereich der Empfängerbandbreite zur Folge hat, wie oben beschrieben.

Der Ausgang des Verstärkers 26 ist über den Widerstand 42 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 44 verbunden, dessen Rückkopplungsschleife mit Kondensator 46 und Widerstand 48 an den invertierenden Eingang des erwähnten Verstärkers und an Erde über Widerstand 50 angeschlossen ist. Die Kondensatoren 32 und 46 bewirken eine Herabsetzung der Verstärkung oberhalb des Empfängerbandes, um die Rauschverstärkung ausserhalb der Signalbandbreite zu beschränken. Die Code 28 dient als nichtlineares Rückkopplungselement, welches das maximale Ausgangssignal aus dem Verstärker begrenzt und so den Grosssignalbereich des Empfängers erhöht. Widerstände 52 und 54 bilden eine Verschiebungssteuerung, die die Verstärkerverstimmung kompensiert. Der Verstärker 44 verstärkt den Signaipegel des Verstärkers 26, um ihn an den Eingang eines Spannungskom-parators 56 anzupassen. Der Referenzpegel Vi des Komparators wird durch Widerstände 58 und 60 eingestellt und sollte ein wenig über 0 Volt liegen.

Die vorher erwähnte Schaltung ist verhältnismässig einfach, jedoch wirksam in gleichstromgekoppelten Datenübertragungsanlagen, wenn mit herkömmlichen Techniken verglichen, und kann, einmal eingestellt, ohne weitere Justierungen betrieben werden. Der Verwender kann den Überschwingungsgrad gemäss der gegebenen Situation bestimmen, wodurch die Vielseitigkeit der Anlage noch erhöht wird. Z.B. wurde herausgefunden, dass ein Überschwingen von ungefähr 50% eine Reduzierung der Datenbreiten-Verzerrung auf ungefähr 10% der maximalen Verzerrung bei NRZ-Datenra-ten (NRZ= No Return to Zero, Ohne Rückkehr zu Null) bis zu einer Bandbreite von 3 dB zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung kann auch zur Regenerierung von Daten in Fällen verwendet werden, in welchen die Entscheidungsschwelle nicht bekannt ist. Es geht hierbei um einen beliebigen Datenempfänger, der einen Träger, wie z.B. Funk-, Mikrowellen- und optische Datenübertragungswege feststellen kann. Zusätzlich sind auch Verwendungen im Bereich von wechselstromgekoppelten Empfängern sowie Daten-Wiedergaben vom Magnetband denkbar.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Anlage zur Übertragung von Daten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sendemittel (10', 12') vorhanden ist, das in Abhängigkeit von einem an seinem Eingang anstehenden Dateneingangs-Signal ein sendeseitiges Datenausgangssignal über ein Übertragungsmedium (14') an den Eingang eines Empfangsmittels (16', 18', 22,20') liefert, wobei dieses seinerseits in Abhängigkeit vom letztgenannten Signal das Datenausgangssignal der Anlage abgibt, und dass das Empfangsmittel ein Frequenzgang-Entzerrungsmittel (22) enthält zum vorbestimmten Überschwingen des an seinem Eingang anstehenden Datensignals beim Wechsel dieses von einem in den anderen logischen Zustand, um auf diese Weise die Daten-breiten-Verzerrung zu reduzieren.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Daten-Übertragungsmedium eine Lichtleitfaser (14') ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemittel lichtemittierende Mittel (12') enthält, deren Ausgangssignale sich proportional zum Pegel der Eingangssignale ändern, und dass das Empfangsmittel weiter Photode-tektor-Mittel (16') enthält, deren Ausgangssignale sich proportional zu deren empfangenen Signalen ändern, wobei die Lichtleitfaser (14') zwischen die Lichtemittierenden Mittel (12') und die Photodetektor-Mittel (16') gekoppelt ist.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Mittel eine Diode (12') und die Photodetektor-Mittel eine photoempfindliche Diode (16') sind.
5. 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsmittel weiter eine Verstärkerschaltung (18') und einen Komparator (20') aufweisen, derart, dass das im Entzerrungsmittel (22) überschwingende, vom Ausgang der Verstärkerschaltung stammende Datensignal dem Eingang des Kom-parators zugeführt und dort mit einer Referenzspannung (Vref) verglichen wird, um das Daten-Ausgangssignal der Anlage zu liefern.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenhöhe des Komparators über 0 Volt und das Überschwingen im Bereich von 50% liegt.