CN1294710C - 包括光源的发送器电路和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发送器电路，其包括光源(20)且被设置成响应来自第一(11)和第二(12)电路点的平衡电输入信号来操作所述光源以发送光通信信号。所述发送器电路包括从所述第一(11)和第二(12)点分别延伸的第一(21)和第二(22)电路支路。所述光源(20)被连接在所述电路支路(21，22)之间。被定位在所述电路支路(21，22)上的部件被加以选择，以便于发送器电路以对称形式被形成，以便于在正常操作条件下，平衡的驱动电压处于电路支路(21，22)上光源(20)的连接点(13，15)之间，且以便于驱动光源(20)的调制电流基本上仅取决于所述连接点(13，15)之间的电压差。本发明还涉及一种包括这样发送器电路的通信系统。

Description

包括光源的发送器电路和通信系统

发明背景及现有技术

本发明涉及一种发送器电路，其包括光源且被设置成响应来自第一和第二电路点的电输入信号来操作所述光源以发送光通信信号，在所述电路点之间，预计存在一个平衡的电输入信号。本发明还涉及一种包括这一发送器电路的通信系统。

上述提到种类的不同发送器电路是公知的。这样的发送器电路经常被用在电讯系统和数据通信系统内，用于响应于电信号来发送光信号。光信号通常在一个或多个光纤中被发送。电输入信号通常作为一对电导线中，例如在一双绞线中的平衡信号而存在。这样的一对导线具有某一特征阻抗，例如100Ω。为了避免所不需要的反射，这样的一对电导线在其末端点应该被连接到对应于所述特征阻抗的负载上。

应该注意到：平衡信号意味着存在于导线对上的信号是如此这般，以便于在所述两个导线上对应点的电压具有相同的量值，但是相对于参考电位具有相反极性。这个参考电位通常是地电位。对于非平衡信号(或“单端的”)意味着信号即电压变化仅存在于一个导线上，而另一个导线，或参考电位则处于恒定电位，通常在地电位上。

在具有平衡信号的一对导线上，由于噪声或其它现象，可能出现一个被叠置在所述两个导线上的信号，即所谓的共模信号，此信号可能随时间而变化。这个信号经常是所不希望存在的，且因此应该被抑制。这经常是借助于例如变压器、平衡-不平衡变换器(平衡-不平衡变换器是一种将平衡信号转换成非平衡信号的设备)及差动放大器而完成。

同样当平衡电信号即将被转换成光信号时，这种所不希望存在的被叠置信号需要被抑制，以便于发送所述光信号的光源将被正确地操作。根据现有技术，这一直通常是通过将平衡电信号到非平衡电信号的第一转换而完成。

图1示出现有技术的一个实例。在此电平衡的输入信号存在于双绞线30上。借助于平衡-不平衡变换器41和变压器42，所述平衡信号被转换成非平衡信号。该电路还包括一个适合于双绞线30特征阻抗的端接阻抗43。其后紧接着是一个或多个电路44，其产生一个适当的偏置电流和调制电流，其中总电流驱动光源20。

同样EP-A-0 542 480示出发送器电路的一个实例。所述发送器电路包括用于驱动光射二极管的一个放大器和两个微分器。

现有公知的方案相对复杂且昂贵，因为它们经常包括相对复杂且昂贵的部件，如有源部件或变压器。此外，公知的发送器电路经常具有相对高的电流消耗。

应该注意到：有源部件意味着产生增益或开关的部件，例如晶体管、集成电路以及二极管。

发明概述

本发明的一个目的是获取较典型公知的发送器电路更为简单的发送器电路。另一个目的是所述发送器电路应该具有高的功能稳定性，且它应该可以经济地加以生产。

根据具有如此发送器电路的本发明，这些目的得以实现，所述类型的发送器电路已经在上述第一段中被加以描述，且其包括从所述第一点经由第三点延伸到至少第四点的第一电路支路，且其中所述发送器电路包括从所述第二点经由第五点延伸到至少第六点的第二电路支路，其中所述光源被连接在所述第三和第五点之间，其中被定位在所述第一和第二电路支路上的部件被这样加以选择，以便于发送器电路以对称形式被形成，以致于在正常操作条件下，所述平衡的驱动电压是处于所述第三和第五点之间，所述平衡的驱动电压仅取决于所述第一和第二点之间的电压差，其中同样通过光源的调制电流仅取决于所述电压差。

利用本发明则获得这样的优点，即平衡信号并不需要被转换成非平衡信号。由此根据本发明的电路可以利用简单且非昂贵的部件而实现。

应该注意到：“正常的操作条件”意味着发送器电路工作在对于发送器电路来说是正常的电压和电流内，正如已经提到的，在所述发送器电路中可能也在平衡的电信号中存在所不希望的叠置电压。然而，例如极限电压峰值可以被视为组成了非正常操作条件。

根据本发明的优选实施例，所述第一和第二电路支路以镜面对称形式而形成，这样被设置在所述第一电路支路上部件的电特性对应于被设置在所述第二电路支路上部件的相同电特性。

如果第一和第二电路支路包括在相应电路支路内的对应位置上具有完全相同值的部件，则优选地可以取得这个镜面对称。然而，部件的电特性彼此相对应的特点意味着：只要两个电路支路的电特性相同，则并没有必要使两个电路支路上的部件完全相同。例如，被设置在一个电路支路中两个节点之间部件的共同电学特性应该对应于被设置在第二电路支路中对应两个节点之间部件的同样共同电学特性。

因为发送器电路靠这个对称而形成，所以利用简单的部件，有可能在到光源的整个路途上维持一个平衡信号。此外，实现了所述光源仅靠上述提到的第一和第二电路点之间的电压差来调制。由此，通过所述光源的电流不取决于存在于所述第一和第二电路点上可能的共模信号。

根据本发明的另一个实施例，发送器电路被如此设置，以便于第一恒定电压处在所述第四点，且第二恒定电压处于所述第六点。据此，以简单的方法可以获得通过光源的适当的偏置电流。

根据本发明的另一实施例，发送器电路被如此设置，以便于至少所述第一和第二恒定电压之一是可调节的。由此，偏置电流可以简单地被加以调节，而不影响调制电流。

根据本发明的另一实施例，发送器电路包括被设置在所述第一和第三点之间的所述第一电路支路上的第一电容器、以及被设置在所述第二和第五点之间的所述第二电路支路上的第二电容器，其中所述第一和第二电容器具有基本上相同的值。通过这些电容器，以简单的方法防止了由所述第四点和所述第六点之间的电压差所引起的直流电被传导经过光源。因此，可以依靠简单的方法确定通过光源的偏置电流。此外，由于没有直流电被传导经过光源，所以能量得到节省。

根据本发明的另一实施例，发送器电路包括在所述第一和第三点之间的所述第一电路支路上的第一电阻、以及被设置在所述第二和第五点之间的所述第二电路支路上的第二电阻，其中所述第一和第二电阻具有基本上相同的值。借助于这些电阻，平衡输入信号的电压与通过光源的调制电流之间的关系可以被加以调节，以便于获得对光源的一个适当调制。

根据本发明的另一实施例，发送器电路包括设置在所述第三和第四点之间的所述第一电路支路上的第三电阻、以及被设置在所述第五和第六点之间的所述第二电路支路上的第四电阻，其中所述第三和第四电阻具有基本上相同的值。借助于这些电阻，光源两端的电压被加以调节，以便于获得通过光源的一个适当的偏置电流。

根据本发明的另一实施例，被设置在所述第一和第二电路支路上的所有部件都是无源部件。因此，以简单的方法且利用非昂贵的部件，则获得了本发明的优点。优选地，没有变压器或磁部件被用于发送器电路中。如上已经提到的，同样没有平衡-不平衡变换器被使用。

根据本发明的另一实施例，发送器电路包括一个第三电路支路，其在所述第一电路支路上的一点与所述第二支路上的对应点之间延伸，其中第三电路支路包括至少被设置成作为端接电阻的第五电阻。由此，所述电路的阻抗可以被调节到将平衡的电信号传导到所述第一和第二点的一对导线的特征阻抗。

根据本发明的另一实施例，所述第三电路支路包括具有基本上相同的值、且被设置成共同作为端接电阻的第五和第六电阻，其中发送器电路被这样设置，以便于第三恒定电压是处于所述第三电路支路上的所述第五和第六电阻之间。因此，获得了所谓的共模端接，这意味着被叠置到两个所述第一和第二电路点上可能的信号被端接，这减少了反射和其它干扰现象的出现。

根据本发明的另一实施例，发送器电路包括瞬时保护，其被连接到所述第一和第二电路支路上且被设置成保护光源免受所不希望的电压脉冲。由此，所述电路可以保护免受例如静电放电。

根据本发明的另一实施例，发送器电路包括第三电容器和第四电容器，所述第三电容器被设置在所述第一点和所述第一电容器之间的所述第一电路支路上，以及所述第四电容器具有基本上与所述第三电容器相同的值，且其被设置在所述第二点与所述第二电容器之间的所述第二电路支路上，其中所述第三电路支路在被定位在所述第一和第三电容器之间的所述第一电路支路上的一点与被定位在所述第二和第四电容器之间所述第二电路支路上的一点之间延伸。借助于这些第三和第四电容器，输入信号被AC耦合。这与上面提到的第三恒定电压和第五与第六电阻一道意味着：输入信号可以被调节成在一间隔内结束，其中瞬时保护工作良好。

正如上面已经提到的那样，本发明的另一目的是获得一个有利的通信系统。这个目的利用一个通信系统而实现，所述通信系统包括至少一对被设置成传导平衡电信号的电导线、被设置成传导以光学形式的所述信号的光导体、根据任何一项前述实施例的发送器电路以及接收器单元，其中所述电导线对被连接到所述第一和第二点上，所述光导体被设置成接收且传导来自所述光源的光，且所述接收器单元被设置成接收来自光导体的所述光。当然，通信系统还包括另一发送器电路和另一接收器单元，其被设置成使双向通信在通信系统中成为可能。

附图的简要说明

图1示出根据现有技术的发送器电路。

图2示出根据本发明实施例的发送器电路及示意性的通信系统。

图3示出根据图2的发送器电路的等效电路。

图4示出根据本发明另一实施例的发送器电路。

图5示出本发明所优选实施例的原理。

本发明实施例的说明

图2示出根据本发明的发送器电路及通信系统。在所示出的实例中，所述通信系统包括导线31、32的双绞线30。这些导线被连接到发送器电路的第一11和第二12点。应该注意到：非双绞线30的其它类型导线也是可能的。例如，带状线缆或仅仅是在电路卡上的两个导线也是由此可想得到的。平衡的电输入信号被传导到第一11和第二12点。发送器电路将这个信号转换成一个从光源20被发送的光信号。所述通信系统包括一个接收器单元37和一个将来自光源20的光传导到所述接收器单元37的光导体35。

所述发送器电路具有第一电路支路21和第二电路支路22。第一电路支路21经由第三点13从第一点11延伸到第四点14。第二电路支路22经由第五点15从第二点12延伸到第六点16。光源被连接在第三点13和第五点15之间。第一电路支路21包括被彼此先后串联在第一点11和第三点13之间的第一电容器C₁和第一电阻R_M1。以相对应的方式，第二电路支路22包括被串联在这个第二点12与第五点15之间的第二电容器C₂和第二电阻R_M2。

此外，第一电路支路21包括被设置在第三点13和第四点14之间的第三电阻R_B1。第四点14被设置成处在第一恒定电压V_A。在所示出的实例中，这个第一电压V_A是地电位。此外，第二电路支路22包括被设置在第五点15和第6点16之间的第四电阻R_B2。所述发送器电路被如此设置，以便于第二恒定电压V_B处在第六点16。所述第一V_A和第二V_B恒定电压之一可以被适当地加以调节。例如，第二恒定电压V_B可能是可调节的。因此，通过光源20的偏置电压可以被简单地加以调节，而不影响调制电流。

所述发送器电路还包括第三电路支路23。这个第三电路支路23从第一电路支路21上的点17延伸到第二电路支路22上的点18。在所述第三电路支路23上设置一个端接电阻R_T。通过适当选择这个端接电阻R_T，使所述电路的阻抗可以适合于被连接到发送器电路的传导对30的特征阻抗。被定位在第一21和第二22电路支路上的部件被如此选择，以便于所述发送器电路以对称形式被形成。所述对称是如此这般，以便于平衡的驱动电压处在第三13和第五点15之间。所述平衡的驱动电压不依赖存在于输入信号上，即在所述第一11和第二12两个点上可能的叠置电压。通过这个方式，响应于分别被连接到第一11和第二12点上两个导线31、32之间的电压差，光源20被精确被加以调制。

获得所述对称的最简单方法是：被设置在第一电路支路21上不同节点之间的部件的电特性对应于被设置在第二电路支路22上对应位置处的部件的同样电特性。如果第一电容器C₁与第二电容器C₂具有相同的值、第一电阻R_M1与第二电阻R_M2具有相同的值、且第三电阻R_B1与第四电阻R_B2具有相同的值，则这个目的可以简单地被加以实现。

本发明的一个优点是分别被设置在第一11和第四点14之间以及在第二12和第六点16之间的相应电路支路21、22上的所有部件可以是无源部件。在所示出的情况下，这些部件仅包括电容器和电阻。因此，还避免了使用变压器或更昂贵的磁部件。

通过选择第二恒定电压V_B、第三电阻R_B1和第四电阻R_B2，则通过光源20的适当偏置电流被加以选择。通过适当选择第一电阻R_M1和第二电阻R_M2，则在平衡输入信号的电压与通过光源20的调制电流之间的比例因数被加以选择。第一C₁和第二C₂电容器防止叠置的电压以直流电的形式到达光源20。

为了示出通过光源20的电流不依赖于在传导对31、32上可能叠置的电压，则参考图3。图3示出根据图2的发送器电路的等效电路。例如可以使用光发射二极管或激光器二极管作为光源20。这种光源20的一个简单模型是一个与电阻R_S串联的独立电压源V_S。Z_M1对应于与第一电阻R_M1串联的第一电容器C₁。以对应的方式，Z_M2对应于与第二电阻R_M2串联的第二电容器C₂。在图2中同样电流I₁、I₂和I_s以及电压V₁、V₂、U₁和U₂被标明。

参考图3，可以形成下述方程式。

$I_1=\frac{V_1-U_1}{Z_{M1}}...\left(1\right)$

U₂＝U₁+V_S+I_S·R_S                                       (2)

$I_2=\frac{V_2-U_2}{Z_{M2}}...\left(3\right)$

$I_S=\frac{V_B-U_2}{R_{B2}}+I_2...\left(4\right)$

$I_S=\frac{U_1}{R_{B1}}-I_1...\left(5\right)$

因为所述发送器电路被对称地加以形成，所以同样实现下述等式。

R_B＝R_B1＝R_B2                                           (6)

Z_M＝Z_M1＝Z_M2                                           (7)

借助于(1)至(7)，可以导出下述表达式。

$I_S=\frac{(V_2-V_1)R_B-V_S(R_B+Z_M)+V_B{Z}_M}{R_B(2Z_M+R_S)+Z_M{R}_S}...\left(8\right)$

从(8)中可清楚地看出：通过光源的电流仅取决于V₂和V₁之间的差。如果，例如V₂和V₁两者均突然地例如增加100V，则通过光源的电流并不受到影响。

为了确定偏置电流，V₂和V₁可能被设置成相等(V₂＝V₁)。因此，导出下式。

$I_{\mathrm{SB}}=\frac{V_S(R_B+Z_M)+V_B{Z}_M}{R_B(2Z_M+R_S)+Z_M{R}_S}...\left(9\right)$

如图2所示，如果假设Z_M是与电容相串联的电阻，则在频率0Hz时Z_M趋势向于无穷大。因此，当Z_M趋势向于无穷大时得到下述式。

$I_{\mathrm{SB}}=\frac{V_B-V_S}{2R_B+R_S}...\left(10\right)$

表达式(10)因此示出通过光源的直流电(偏置电流)。调制电流是总电流(8)减去偏置电流(9)。由此调制电流是：

$I_{\mathrm{SM}}=\frac{(V_2-V_1)R_B}{R_B(2Z_M+R_S)+Z_M{R}_S}...\left(11\right)$

为了取得数字实例，可能例如假设光源是一个具有V_S＝1.6V且R_S＝30ohm的激光器。此外，可能例如假设V_B＝+5V。如果，例如想得到8mA的偏置电流，则借助于(10)获得下述值。

R_B＝197.5ohm

如果假设在V₁和V₂之差为1V时调制电流应该为1mA，且如果假设在调制频率下电容器可以被看成为短路，则借助于(11)获得R_M的下述值。

R_M＝450.8ohm

R_T尚待确定，以便于总阻抗与导线对的平衡输入阻抗相匹配。在没有R_T的情况下，在较高频率(Z_M＝R_M)时，输入阻抗如下。

$R_{\mathrm{IN}}=2R_M+\frac{2R_B{R}_S}{2R_B+R_S}...\left(12\right)$

如果所获得的数字值被插入，则获得下述值。

R_IN＝929.6ohm

如果，例如想得到100ohm的总输入阻抗，则R_T取值为112.1ohm。

从上述实例中清楚地看到，本发明如所预计的那样发挥作用，且所述电路可以按照简单的方式被确定大小。

图4示出本发明的另一实施例。根据图4的发送器电路与根据图2的发送器电路的不同之处在于：第三电路支路23包括第五电阻R_T1和第六电阻R_T2。这些电阻具有基本上相同的值。此外，所述第三电路支路23被设置有处于所述第五R_T1和第六R_T2电阻之间的第三恒定电压V_C。此外，所述发送器电路包括一个被设置用来保护光源20免受所不希望电压脉冲的瞬时保护27。此外，发送器电路的第一电路支路21包括第三电容器C₃。第二电路支路22包括第四电容器C₄。为了获取适当的对称，所述第三电容器C₃适当地与所述第四电容器C₄具有相同的值。

瞬时保护27可以按照本领域普通技术人员所公知的不同方式来实现。例如，可以使用二极管或齐纳二极管以便于限制这一电压，如果它在某一间隔以外结束的话。借助于第三电容器C₃和第四电容器C₄，在信号到达瞬时保护27之前它已经被AC耦合。借助于第三恒定电压V_C和第五R_T1和第六R_T2电阻，确保输入信号在被调节到瞬时保护27的第三恒定电压V_C附近。因此，实现了若非正常的电压出现，则瞬时保护27仅限制电压。通过第三恒定电压V_C和第五R_T1和第六R_T2电阻，同样反射和其它问题得到降低，因为获得了所谓的共模端接，其意味着为两个导体所公用的信号被端接。

图5示出本发明的原理。如图5中阴影线所表示的那样，发送器电路可能包括在第一电路支路21与第二电路支路22之间的另外的交叉连接。甚至可能发送器电路包括有源部件。然而，优选地是使用无源部件。就对于发送器电路正常操作很重要的部件而言，优选地这些部件被如此设置，以便于发送器电路沿着穿过可能的交叉连接中心的对称线36形成镜面对称。因此，上述说明的本发明优点以简单的方式被实现。某些特定的部件，如对正常操作没有任何影响的瞬时保护，没有必要一定要被设置成镜面对称。也应该注意到发送器电路可以包括另外的部件。例如，发送器电路可能被设置有用于防止高频率信号到达光源的低通滤波器。

如上述已经说明的那样，本发明具有几个优点。由此输入信号没有必要一定要被转换成一个非平衡的信号。即这意味着在点13和15的电压将为相反相位，其意味着可以到达其它部件的干扰将很小，因为来自点13和15的这种干扰趋向于彼此抵销。

根据本发明的发送器电路可能适当地形成被设置在家庭或在工作场所的设备的一部分，以用于将例如来自计算机的电信号转换成经过光纤被传输的光信号。这种设备可以被有利地设置在或连接到室内的墙壁上。根据本发明的发送器电路还可能形成被中央定位的设备的一部分，所述设备将光信号发送到一个或多个光纤中，以便于将这些光信号传递到家庭或到其它场所。

本发明并不局限于所示出的实施例，而是可以在下述权利要求的范围之内变化。

Claims (12)

1.一种发送器电路，包括光源(20)且被设置成响应于来自第一(11)和第二(12)电路点的电输入信号，来操作所述光源(20)以发送光通信信号，在所述电路点之间预定将存在平衡的电输入信号，其中所述发送器电路包括从所述第一点(11)经由第三点(13)延伸到至少第四点(14)的第一电路支路(21)，并且所述发送器电路包括从所述第二点(12)经由第五点(15)延伸到至少第六点(16)的第二电路支路(22)，其中所述光源(20)被连接在所述第三(13)和第五点(15)之间，其中被定位在所述第一(21)和第二(22)电路支路上的部件被这样加以选择，从而使得发送器电路以对称形式被形成，该对称使得在正常操作条件下，一个平衡的驱动电压处于所述第三(13)和第五点(15)之间，所述平衡的驱动电压仅取决于所述第一(11)和第二(12)点之间的电压差，其中通过光源(20)的调制电流也仅仅取决于所述电压差，其中所述第一(21)和第二(22)电路支路以镜面对称形式而形成，因而被设置在所述第一电路支路(21)上部件的电特性与被设置在所述第二电路支路(22)上部件的相同电特性一致。

2.根据权利要求1的发送器电路，被如此设置，以便于第一恒定电压(V_A)处在所述第四点(14)，且第二恒定电压(V_B)处于所述第六点(16)。

3.根据权利要求2的发送器电路，被如此设置，以便于至少所述第一(V_A)和第二(V_B)恒定电压之一是可调节的。

4.根据权利要求1的发送器电路，包括被设置在所述第一(11)和第三(13)点之间的所述第一电路支路(21)上的第一电容器(C₁)、以及被设置在所述第二(12)和第五(15)点之间的所述第二电路支路(22)上的第二电容器(C₂)，其中所述第一(C₁)和第二(C₂)电容器具有相同的值。

5.根据权利要求1的发送器电路，包括设置在所述第一(11)和第三(13)点之间的所述第一电路支路(21)上的第一电阻(R_M1)、以及被设置在所述第二(12)和第五(15)点之间的所述第二电路支路(22)上的第二电阻(R_M2)，其中所述第一(R_M1)和第二电阻(R_M2)具有相同的值。

6.根据权利要求1的发送器电路，包括设置在所述第三(13)和第四(14)点之间的所述第一电路支路(21)上的第三电阻(R_B1)、以及被设置在所述第五(15)和第六(16)点之间的所述第二电路支路(22)上的第四电阻(R_B2)，其中所述第三(R_B1)和第四(R_B2)电阻具有相同的值。

7.根据权利要求1的发送器电路，其中被设置在所述第一(21)和第二(22)电路支路上的所有部件均是无源部件。

8.根据权利要求1的发送器电路，包括在所述第一电路支路(21)与所述第二电路支路(22)之间延伸的第三电路支路(23)，其中所述第三电路支路(23)至少包括被设置成用作端接电阻的第五电阻(R_T)。

9.根据权利要求8的发送器电路，其中所述第三电路支路(23)包括具有相同的值、且被设置成共同用作端接电阻的第五(R_T1)和第六(R_T2)电阻，其中发送器电路被这样设置，以便于第三恒定电压(V_C)处于所述第三电路支路(23)上的所述第五(R_T1)和第六(R_T2)电阻之间。

10.根据权利要求1的发送器电路，包括瞬时保护装置(27)，其被连接到所述第一(21)和第二(22)电路支路上且被设置成保护光源(20)免受所不希望的电压脉冲。

11.根据权利要求4的发送器电路，包括第三电容器(C₃)和第四电容器(C₄)，所述第三电容器(C₃)被设置在所述第一点(11)和所述第一电容器(C₁)之间的所述第一电路支路(21)上，以及所述第四电容器(C₄)具有与所述第三电容器(C₃)相同的值，且其被设置在所述第二点(12)与所述第二电容器(C₂)之间的所述第二电路支路(22)上，其中所述第三电路支路(23)在被定位在所述第一(C₁)和第三(C₃)电容器之间的所述第一电路支路(21)上的点(17)与被定位在所述第二(C₂)和第四(C₄)电容器之间所述第二电路支路(22)上的点(18)之间延伸。

12.一种通信系统，包括至少一对(30)被设置成传导平衡电信号的电导线(31，32)、一个被设置成传导以光学形式的所述信号的光导体(35)、一个根据任何一项前述权利要求的发送器电路以及一个接收器单元，其中所述电导线(31，32)对被连接到所述第一(11)和第二(12)点上，所述光导体(35)被设置成接收且继续传导来自所述光源(20)的光，且所述接收器单元被设置成接收来自光导体(35)的所述光。

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