CN101411097A - 光学数据总线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在设备的两个模块(2，3)之间进行无线信号传输的光学数据总线(1)。设备、特别是无线电设备的模块(2，3)分别配备有发送器(5)和接收器(6)，并且分别配备有处理器(7)，其中发送器(5)是激光二极管(40)，并且接收器(6)是对准由激光二极管(40)发射的激光束(9)的光电元件(41)。

Description

光学数据总线系统
本发明涉及一种光学数据总线系统。
DE 197 15 636 A1公开了一种用于无线光学传输数据信息、语音信息、音调信息以及图像信息的装置，该装置即使在恶劣的天气情况下如雾、毛毛雨或者雷阵雨的情况下也可以跨越超过2.5km的距离。根据DE 19715 636 A1的装置包括至少一个圆柱形的发送模块、圆柱形的接收模块、发送光学系统、接收光学系统、导航辅助装置以及可以在其纵轴上移动的目标装置(其中该目标装置设置在发送光学系统和接收光学系统之间)、一个或多个电路板、一个或多个混合单元以及一个或多个校准装置。
在DE 197 15 636 A1中描述的用于无线光学传输的装置中不利的是，该装置必须被费事地校准，以便牢固地安装光学传输段。为此需要校准装置，根据所需的校准的精度，为该校准装置设置有多个机械或者精密机械的部件。此外，必须保证曾经校准过的传输段借助锁紧装置保持稳定并且不会在一定的使用时间之后又偏移。针对校准和锁紧的机械开销引起用于无线光学传输的装置的提高的位置需求或者增大的结构开销，使得不可能将这种类型的装置集成到模块化构建的设备中，因为在现有技术中已公开的用于校准和锁紧的措施由于提高的位置需求而不适合被构建到另一设备中。
因此，本发明的任务是实现一种用于无线传输的数据总线系统，该系统可以毫无问题地集成到另外的模块化构建的设备中，而不会导致用于校准和锁紧的附加开销。
根据本发明，该任务通过根据权利要求1所述的用于在两个模块之间进行无线信号传输的光学数据总线系统来解决。
在从属权利要求中所述的措施涉及根据本发明的光学数据总线的有利的改进方案。
有利的是，在发送器中设置有激光二极管，而在接收器中设置有对准激光二极管所发射的激光束的光电元件，特别是光电二极管。
根据本发明的用于无线信号传输的系统的光学数据总线分别应用在设备的两个模块之间，其中这些模块有利地分别配备有发送器和接收器，使得能够实现在两个彼此对置的模块之间的双向连接。
此外有利的是，分别设置处理器用于从电学控制信号转换到适于光学调制的调制信号或者用于从光学调制信号转换到控制信号，使得信号的相应转换以高速进行。
有利的是，激光二极管是VCSEL(垂直腔面发射二极管)激光二极管，其垂直于所限定平面发射相干的光束，其中相干光束的方向可以通过在发送器内VCSEL激光二极管的倾斜的或者还旋转的布置来改变，而无需在发送器或者整个装置中附加的校准开销。
此外有利的是，所发射的激光束的波长处于人眼可见的频谱范围中，使得用户可以通过简单的视觉检验来确保所发射的激光束照射与发送器对置的光电元件的敏感区域。
此外有利的是，在发送器内集成了用于扩展所发射的激光束的透镜，使得所发射的激光束经历限定的发散，其中提高了光学传输段的空间容差，并且当光电二极管针对发送器的取向并非完美时，所发射的激光束于是也射到光电二极管的敏感区域。
此外有利的是，在接收器内集成有用于将所接收的激光束聚束的透镜，使得保证了在光电元件上所接收的激光束的强度足以用于重建所传输的有用信号。
此外有利的是，在限定的优选方向内进行无线信号传输的空间扩展，使得根据本发明的光学数据总线对于用户而言容易安装。
此外有利的是，实际的有用信号(其例如是电控制信号)调制到光学信号上，使得减小了关于高频有用信号的电磁兼容性的开销，其中调制后的光学信号在接收侧又被解调，由此可以将有用信号作为电信号转发或者进一步处理。
此外有利的是，模块分别封装在优选为金属的壳体中，并且在发送器或者接收器的区域中具有对于激光束透明的窗，其中金属壳体用于屏蔽周围的高频信号。
根据本发明的光学数据总线的另一优点在于，借助无线信号传输的数字数据信息交换可以具有高的数据率，其中数据率例如可以为至少16Mbit/s并且高于在红外接口上可能的最高的数据率。
此外，根据本发明的光学数据总线具有改进的电磁兼容性的优点，因为可以将电连接保持得非常短，并且一个传输方向的发送器和接收器的组件被电去耦。
通过短的电连接，有利地简化了模块的布局和构造。
上述任务的根据本发明的解决方案的实施例是以下描述和附图的主题。其中：
图1示出了使用了根据本发明的光学数据总线的、敞开的无线电设备的示意图；
图2示出了在图1中所示的无线电设备的两个相邻模块的示意图，包括根据本发明的光学数据总线的示意图；
图3示出了在相邻的模块中的根据本发明的光学数据总线的示意图。
图1示出了敞开的设备4的示意图，该设备在该实施例中使用了根据本发明的光学数据总线1的无线电设备。
具有根据本发明的光学数据总线1的应用的设备4具有网络部分15、在图2中所示的主电路板11(母板)以及前面板16，该前面板设置有操作元件17、通风槽18以及监视器19。在前面板16之后设置有网络部分15，该网络部分包含末级放大器20或者集成的交流电压源21、带有通风元件的散热器22以及直流电压源23。
在网络部分15旁，紧接在前面板16之后是主电路板11，多达11个模块2、3例如高频模块、控制模块或者用于数字信号处理的模块可以设置在该主电路板上。用于最多11个模块2、3的区域由隔离壁24划分界限，这些隔离壁与模块2、3平行地安装。在这些隔离壁24之后是区域25，其用于另外的数据总线的电缆线路或者附加的接口端子26。
分别在两个相邻的模块2、3之间设置有根据本发明的光学数据总线1。根据本发明的光学数据总线1用于分别在设备4的两个模块2、3之间进行无线信号传输，其中模块2、3分别配备有发送器5和接收器6，并且分别配备有处理器7，用于将电控制信号转换为适合于光学调制的调制信号或者用于将光学调制信号转换为电控制信号。这在图3中示出。
根据本发明的光学数据总线1的发送器5是激光二极管40，而根据本发明的光学数据总线1的接收器6是对准激光二极管所发射的激光束9的光电元件或者光电二极管41，其频谱敏感性包含所发射的激光束9的频谱范围。根据本发明的光学数据总线1的激光二极管40可以优选是VCSEL(垂直腔面发射激光器)激光二极管，该激光二极管垂直于模块2、3内或者激光二极管40内限定的平面发射波长在780nm和850nm之间的相干光束。
在发送器5内集成有透镜8用于扩展激光束9，使得所发射的激光束9经历限定的扩散，并且用于校准根据本发明的光学数据总线1的容差范围被扩展。
在根据本发明的光学数据总线1的接收器6内集成有用于将激光束9聚束的透镜10，使得在接收器9中保证了到达的激光束9有足够的强度。
借助根据本发明的光学数据总线1的无线信号传输是双向的，其中在两个相邻的模块2、3之间分别安装有点对点连接，并且模块2不仅与右边相邻的模块3而且与在此未进一步示出的左边相邻模块都具有点对点连接。在两个相邻模块2、3之间的无线信号传输的空间扩展在限定的优选方向内进行。
在无线信号传输之前，激光二极管40的高频光学信号借助有用信号来调制。该调制后的信号随后被传输至相邻的模块2、3，其中该信号在接收器6又被解调。仅仅被重建的有用信号通过处理器7以及设置在发送器5和接收器6之间的电路板31被转发或者进一步处理。
图2示出了在图1中所示的设备4的两个相邻模块2、3的示意图，其中相邻的模块2、3借助两个模块插头27与主电路板11(母板)电连接。在模块2、3的正面28和背面29上分别设置有示意性示出的发送器5或者接收器6，使得模块2、3不仅可以与其右边的邻居而且可以与其左边的邻居通过双向连接来交换数据，其中该双向连接借助根据本发明的光学数据总线1来建立。在图2中分别仅仅示出了发送器5和接收器6的壳体12。
设备4中的模块2、3的牢固的固定例如可以通过如下方式来实现：在各个模块2、3的模块壳体或者金属壳体43的侧面内安装有引导槽30，该引导槽在封闭设备4的整个壳体时从后面配合滑动条，该滑动条处于整个壳体的壳体盖的内侧并且在此未进一步示出。
图3在相邻的模块2、3的方向上示出了根据本发明的光学数据总线1的示意图，其中模块2、3分别封装在金属壳体12中，并且金属壳体12在发送器5或者接收器6的区域中具有窗14，该窗由对于发送器5发射的激光束9透明的材料构成。合适的材料例如是透明的塑料如PMMA。但是也可能的是，开口保持敞开。
在此借助无线信号传输以例如至少16Mbit/s的高数据率来进行数字数据的信息交换，其中可实现的数据率至少对应于借助红外辐射的光学传输段的最大可能数据率。
从根据图1和图3的示意图中可以看到，第一模块2的发送器5与第二模块3的接收器6仅仅距离几厘米，使得光学点对点连接不被屏蔽。
相对于传统的借助电信号的信息交换，光学传输具有以下优点：通过两个组件2和3的电去耦，得到更好的EMV(电磁兼容性)特性，因为可以将电连接保持为非常短，特别是在处理器7和光学发送器5或接收器6之间的电连接保持为非常短。通过短的电连接，简化了两个组件2、3的布局和构造。在用于高速电学数据总线的高频信号情况下，在整个线路长度上必须将线路阻抗保持精确。特别是在插头插座连接中，这一点在电连接的情况下只能有条件地或者以昂贵的连接器来实现。
本发明并不局限于所示的实施例，并且特别是也可以应用在具有彼此通信的、不同的高频部件的支架(Rack)内，例如移动无线电测试器中，并且在那里例如按照IEC标准形成测量总线。

Claims (18)

1.一种用于在设备(4)的两个模块(2，3)之间进行无线信号传输的光学数据总线系统(1)，其中模块(2，3)分别配备有至少一个发送器(5)和/或至少一个接收器(6)，并且其中发送器(5)是激光二极管(40)，并且接收器(6)是对准由激光二极管(40)发射的激光束(9)的光电元件(41)。
2.根据权利要求1所述的光学数据总线系统，其特征在于，所述光电元件(41)是光电二极管。
3.根据权利要求1或2所述的光学数据总线系统，其特征在于，激光二极管(40)是垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，激光二极管(40)垂直于模块(2，3)的纵向延伸发射相干光束。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，发送器(5)发射波长小于850nm但大于780nm的激光束(9)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，在发送器(5)内集成有用于扩展所发射的激光束(9)的透镜(8)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，在接收器(6)内集成有用于将所接收的激光束(9)聚束的透镜(10)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，无线信号传输是双向的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，无线信号传输的空间延伸在优选的方向内进行。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，借助有用信号对高频光学信号进行调制。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，对接收到的调制过的光学信号进行解调。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，至少两个模块(2，3)相邻地设置在设备(4)内。
13.根据权利要求12所述的光学数据总线系统，其特征在于，模块(2，3)通过主电路板(11)彼此相连。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，模块(2，3)的发送器(5)或者接收器(6)分别封装在金属壳体(12)中。
15.根据权利要求14所述的光学数据总线系统，其特征在于，金属壳体(12)在发送器(5)或者接收器(6)的区域(13)中具有窗(14)，该窗由对于激光束(9)透明的材料构成。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，借助无线信号传输以至少16Mbit/s的高数据率进行数字数据的信息交换。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，第一模块(2)的发送器(5)与第二模块(3)的接收器(6)仅仅距离几厘米。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的光学数据总线系统，其特征在于，设备(4)是无线电设备。
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