CN1599993A - 光传输装置 - Google Patents

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Abstract

一种光传输装置，其目的在于，防止由于软件等原因，输入端子的电压固定在高电压状态的情况下，发光二极管持续发光，以及在PDA、手机等设备中，发生电池断电，发光二极管遭到损坏等各种问题的发生。因此，在驱动光传输用的发光二极管(8)的发光元件驱动电路(23)的前级，设置有使由脉冲波形构成的光传输用输入信号的高频成分通过的高通滤波器(21)和将高通滤波器(21)的输出信号二值化并返回脉冲波形的二值化电路(22)。

Description

光传输装置
技术领域
红外线方式的通信系统广泛应用于笔记本电脑、手机、PDA(PersonalDigital Assistant：个人数字助理)等信息通信设备中。
红外线通信系统由收发光模块和将数据进行电处理的系统LSI构成。收发光模块是把对数据进行光传输的光传输装置和对数据进行光接收的光接收装置一体化后的模块。
在红外线通信系统中已提出有各种标准，但是近年来，是以采用IrDA标准的红外线通信系统为主流。
本发明涉及一种用于构成上述红外线通信系统的光传输装置。
背景技术
上述以往的光传输装置具有图7所示的电路结构。也即是，如图7所示，输入端子51与电阻52的一端相连，电阻52的另一端与发光元件驱动用的NPN双极型晶体管53的基极相连。NPN双极型晶体管53的集电极与光传输用发光二极管54的阴极相连，NPN双极型晶体管53的发射极与电阻55的一端相连。发光二极管54的阳极与电源端子56相连，电阻55的另一端与接地端子57相连。
上述那样的光传输装置，当施加给输入端子51的光传输用输入信号变成高电平时，NPN双极型晶体管53导通，来自电源端子56的电流流入发光二极管54，发光二极管54发光。当施加给输入端子51的光传输用输入信号变成低电平时，NPN双极型晶体管53截止，电流变得不能流入发光二极管54，发光二极管54停止发光。
该电路结构的情况下，如图8的波形(a)所示那样，振幅VIN的光传输用输入信号，也即是来自系统LSI的输出信号输入到光传输装置的输入端子51时，来自光传输装置的发光二极管54的光输出，如图8的波形(b)所示，成为与系统LSI的输出信号相同的形状。
但是，由于系统LSI的软件等原因，输入端子51的电位，也即是光传输用输入信号，如图9的波形(a)所示，固定成高电平的情况下，NPN双极型晶体管53维持导通状态。其结果是，发光二极管54成为如图9的波形(b)所示那样持续发光的状态。
由此，在PDA、手机中，可能发生电池断电，发光二极管54遭到损坏等各种问题。
为防止这类问题的发生，多数情况下所采取的对策是将保护电路加到光传输装置的输入端子51的前级。
该保护电路为使用定时器等来测量光传输用输入信号的脉冲宽度，当超过一定时间宽度时，强制停止光传输用输入信号的结构。
图7所示的以往的电路结构中，如上所述，由于软件等原因，输入端子51的电位，也即是光传输用输入信号固定成高电平的情况下，发光二极管54成为持续发光的状态。其结果是，在PDA、手机中发生了电池断电，发光二极管54遭到损坏等各种问题。
另外，在光传输装置的输入端子51的前级设置保护电路的结构存在着结构复杂、价格高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种如下所述的光传输装置，即在因光传输用输入信号被固定为高电平等误动作而使得光传输用输入信号的脉冲宽度超过预定值时，该装置能够自动停止发光元件的发光动作，能够实现防止因误动作而造成电池断电、发光元件损坏，并且用于此的该装置结构简单，低成本即可实现。
本发明的光传输装置具有：使由脉冲波形构成的光传输用输入信号的高频成分通过的高通滤波器；将高通滤波器的输出信号二值化并返回脉冲波形的二值化电路；光传输用发光元件；以及根据二值化电路的输出信号，驱动发光元件的发光元件驱动电路。
根据该结构，不是将由脉冲波形构成的光传输用输入信号原样输入到发光元件驱动电路，而是使其通过高通滤波器并将脉冲波形微分，再由二值化电路将微分后的信号进行二值化并返回脉冲波形后，输入到发光元件驱动电路。由此，将比由高通滤波器的时间常数和二值化电路的二值化阈值所决定的预定时间宽度窄的脉冲宽度的光传输用输入信号按其原来的脉冲宽度由二值化电路输出。
但是，对于比上述预定时间宽度宽的脉冲宽度的光传输用输入信号，由于通过高通滤波器，使得电平逐渐下降，在经过预定时间后，高通滤波器的输出信号的电平变得比二值化电路的二值化阈值低。其结果是，即使是输入比上述预定时间宽度宽的脉冲宽度的光传输用输入信号，也不能从二值化电路输出比预定时间宽度宽的脉冲宽度的信号。
因此，在由于软件等原因，光传输用输入信号固定在高电平状态的情况下，或者光传输用输入信号的脉冲宽度变得比所适用的通信系统设想的脉冲宽度要宽时，发光二极管仅发光预定脉冲宽度的时间，超出时间之外不发光。
由此，可以防止向光传输装置供电的电池发生电池断电，发光二极管遭到损坏等问题。
而且，作为用于此的结构，仅通过设置高通滤波器和二值化电路，且根据应截止的光传输用信号的时间宽度，适宜地设定高通滤波器的电路常数就可以，结构简单低成本即可实现。
在上述本发明的光传输装置中，高通滤波器例如由电容和电阻组成的L型电路构成。
根据该结构，由于高通滤波器由电容和电阻构成，所以结构简单低成本即可实现。
在上述本发明的光传输装置中，二值化电路例如由串联的2级反相器构成。
根据该结构，由于二值化电路由串联的2级反相器构成，所以结构简单低成本即可实现。
在上述本发明的光传输装置中，反相器例如由CMOS反相器构成。
根据该结构，由于反相器由CMOS反相器构成，不需要待机电流，因此与使用双极型晶体管构成反相器的情况相比，功耗低。
在上述本发明的光传输装置中，发光元件驱动电路例如由双极型晶体管构成，在双极型晶体管的基极输入二值化电路的输出信号，由此，双极型晶体管根据二值化电路的输出信号，断续地向发光元件提供电流。
在上述本发明的光传输装置中，发光元件驱动电路例如由串联的2级双极型晶体管组成的达林顿复合电路构成。而且，在达林顿复合电路前级的双极型晶体管的基极输入二值化电路的输出信号，由此，达林顿复合电路后级的双极型晶体管根据二值化电路的输出信号，断续地向发光元件提供电流。
根据该结构，二值化电路的输出信号不是输入到直接驱动发光元件的后级的双极型晶体管的基极，而是输入到前级的双极型晶体管的基极。由此，二值化电路可以使用电流驱动功率小的反相器。
另外，二值化电路的输出信号施加在构成达林顿复合电路的前级和后级的双极型晶体管的串联的2个基极·发射极之间。也即是二值化电路的输出信号施加在前级的双极型晶体管的基极和后级的双极型晶体管的发射极之间。其结果是，在二值化电路的输出发生噪声时，与发光元件驱动电路只由1级的双极型晶体管构成的情况相比，噪声电平不高时发光元件不发光。因此，能够提高抗噪性。
在上述本发明的光传输装置中，发光元件驱动电路例如由MOS晶体管构成，在MOS晶体管的栅极输入二值化电路的输出信号，由此，MOS晶体管根据二值化电路的输出信号，断续地向发光元件提供电流。
根据该结构，由于决定动作电压下限的MOS晶体管的漏极·源极之间的电压比双极型晶体管的集电极·发射极之间的电压要小，因此成为可低电压动作。
在上述本发明的光传输装置中，发光元件例如由发光二极管构成。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的光传输装置的结构的电路图。
图2是表示本发明的第1实施方式的光传输装置的动作的波形图。
图3是表示本发明的第1实施方式的光传输装置的动作的波形图。
图4是表示本发明的第2实施方式的光传输装置的结构的电路图。
图5是表示本发明的第3实施方式的光传输装置的结构的电路图。
图6是表示本发明的第4实施方式的光传输装置的结构的电路图。
图7是表示以往的光传输装置的结构的电路图。
图8是表示以往的光传输装置的动作的波形图。
图9是表示以往的光传输装置的动作的波形图。
具体实施方式
(第1实施方式：对应权利要求1、2、3、5)
图1是表示本发明的第1实施方式的光传输装置的结构的电路图。该光传输装置如图1所示，具有如下结构：使由矩形波的脉冲波形构成的光传输用输入信号的高频成分通过的高通滤波器21；将高通滤波器21的输出信号二值化并返回脉冲波形的二值化电路22；作为光传输用的发光元件的发光二极管8；以及对应二值化电路22的输出信号，驱动发光二极管8的发光元件驱动电路23。
高通滤波器21例如由电容2和电阻3组成的L型电路构成。
二值化电路22例如由串联的2级反相器4、5构成。反相器4，5例如由双极型晶体管构成。
发光元件驱动电路23由NPN双极型晶体管7和电阻6、9构成。NPN双极型晶体管7根据向基极输入的二值化电路22的输出信号，间断地向发光二极管8提供电流。电阻6插入在NPN双极型晶体管7的基极和二值化电路22之间。电阻9插入在NPN双极型晶体管7的发射极和接地端子11之间。
以下具体地说明光传输装置的各元件的连接关系。电容2的一端与输入端子1相连，电阻3的一端和反相器4的输入端子与电容2的另一端相连，反相器5的输入端子与反相器4的输出端子相连。电阻6的一端与反相器5的输出端子相连，电阻6的另一端与NPN双极型晶体管7的基极相连。发光二极管8的阴极与NPN双极型晶体管7的集电极相连，发光二极管8的阳极与电源端子10相连。电阻9的一端与NPN双极型晶体管7的发射极相连，电阻3的另一端和电阻9的另一端与接地端子11相连。
此处，为便于说明实施方式，电容2、电阻3以及反相器4的输入端子相连的节点以标号31表示，反相器4的输出端子和反相器5的输入端子相连的节点以标号32表示。
图2的波形(a)表示将脉冲宽度例如为75μsec的脉冲波形作为光传输用信号输入到输入端子1时的输入端子1的波形。图2的波形(b)表示同样情形下节点31的波形。图2的波形(c)表示同样情形下节点32的波形。图2的波形(d)表示同样情形下发光二极管8的光强度。
图3的波形(a)表示将脉冲宽度例如超过75μsec的脉冲波形作为光传输用信号输入到输入端子1时的输入端子1的波形。图3的波形(b)表示同样情形下节点31的波形。图3的波形(c)表示同样情形下节点32的波形。图3的波形(d)表示同样情形下发光二极管8的光强度。
在图2和图3中，VIN是光传输用信号的振幅，VT是二值化电路22前级的反相器4判断高电平和低电平的阈值。
向输入端子1输入图2的波形(a)所示那样的光传输用输入信号时，节点31输出图2的波形(b)所示那样的电压V31该图2的波形(a)所示的光传输用输入信号是振幅为VIN，周期为T，占空比为3/16的矩形波。此外，图2的波形(b)所示的电压V31由下式(1)表示。
V31＝VIN*exp{-t/(C2*R3)}                 式(1)
式中C2表示电容2的电容值，R3表示电阻3的电阻值。
由式(1)，节点31的电压V31按时间常量C2*R3的衰减率而逐渐减小。
此时，决定电容2的电容值C2及电阻3的电阻值R3，使得节点31的电压V31不超出阈值VT，直到具有预定脉冲宽度的输入信号返回到低电平为止。
例如，在IrDA标准中，最长的脉冲为75μsec(在2.4kbps，占空比3/16的情况下)，由此决定电容2的电容值C2及电阻3的电阻值R3，使得满足下列式子(2)。
t＝C2*R3*ln(VIN/VT)≥75μsec             式(2)
其中，在电源电压VIN为3.0V，阈值VT为1.4V的情况下，例如，当
C2＝100pF，R3＝1MΩ
时，能够满足式(2)。
这样，在节点32输出反转了光传输用输入信号的图2的波形(c)。因此，发光二极管8如图2的波形(d)所示，在与输入的光传输输入信号相同的脉冲宽度的期间内发光。光传输输入信号的脉冲宽度比75μsec窄时，发光二极管8仅发光与其脉冲宽度相同的时间。
其次，由于前级电路(系统LSI)的误动作，如图3的波形(a)所示，在输入超过75μsec的宽脉冲宽度的光传输用输入信号时，如图3的波形(b)所示，节点31的电压V31在从开始上升到经过了75μsec的时刻，低于阈值VT。由此，节点32与光传输用输入信号的脉冲宽度无关，在从光传输用输入信号开始上升到经过了75μsec的时刻，返回到高电平。因此，发光二极管8不论光传输用输入信号的脉冲宽度有多宽，最多只发光75μsec。
综上所述，对于超过75μsec脉冲宽度的光传输用输入信号，发光二极管8成为不能进行传送的电路系统。
根据该结构，不是将由脉冲波形构成的光传输用输入信号原样输入到发光元件驱动电路23，而是使其通过高通滤波器21，将脉冲波形微分，再由二值化电路22将微分后的信号进行二值化并返回脉冲波形后，输入到发光元件驱动电路23。由此，将比由高通滤波器21的时间常数和二值化电路22中的二值化阈值所决定的预定时间宽度窄的脉冲宽度的光传输用输入信号按其原来的脉冲宽度由二值化电路22输出。
但是，对于比上述预定时间宽度宽的脉冲宽度的光传输用输入信号，由于通过高通滤波器21，使得电平逐渐下降，在经过预定时间后，高通滤波器21的输出信号的电平变得比二值化电路22的二值化阈值低。其结果是，即使是输入比上述预定时间宽度宽的脉冲宽度的光传输用输入信号，也不能从二值化电路22输出比预定时间宽度宽的脉冲宽度的信号。
因此，在由于软件等原因，光传输用输入信号被固定在高电平状态的情况下，发光二极管8仅发光预定的脉冲宽度的时间，超出时间之外不发光。
由此，通过谋求防止向光传输装置供电的电池的断电、发光二极管8遭到损坏，就能够解决由于软件等原因，输入端子的电平被固定在高电平状态的情况下，或者是比设想的脉冲宽度宽的情况下所产生的各种问题。
而且，作为用于此的结构，仅通过设置高通滤波器21和二值化电路22，且根据应截止的光传输用信号的时间宽度，适宜地设定高通滤波器21的电路常数就可以，结构简单低成本即可实现。
另外，由于高通滤波器21由电容2和电阻3构成，所以结构简单低成本即可实现。
另外，由于二值化电路22由串联的2级反相器4、5构成，所以结构简单低成本即可实现。
(第2实施方式：对应权利要求7)
图4是表示本发明的第2实施方式的光传输装置的结构的电路图。该光传输装置，如图4所示，发光元件驱动电路24的结构与图1的发光元件驱动电路23的结构不同。也即是该发光元件驱动电路24中，使用了N沟道MOS晶体管12取代NPN双极型晶体管7。其它的结构与图1的光传输装置的相同。
图1的电路图中，光传输装置的动作电压由发光二极管8的正向电压、电阻9的端子电压以及NPN双极型晶体管7的集电极-发射极之间的电压决定。
发光二极管8的动作电流由光强度所决定，此处考虑为定值。因此，由于发光二极管8的正向电压和电阻9的端子电压为定值，所以NPN双极型晶体管7的集电极-发射极之间的电压决定动作电压的下限。一般，饱和时的NPN双极型晶体管7的集电极-发射极之间的电压为200mV左右。
与此相对，在图4的电路图的情况下，决定动作电压下限的是N沟道MOS晶体管12动作时的漏极-源极之间的电压。该值为10mV，与NPN双极型晶体管7的集电极-发射极之间的电压相比较小。因此，与图1的电路相比，图4的电路成为可低电压动作。上述之外的效果与第1实施方式相同。
综上所述，根据该实施方式的结构，由于决定动作电压下限的N沟道MOS晶体管12的漏极·源极之间的电压，比双极型晶体管的集电极·发射极之间的电压要小，因此成为可低电压动作。
(第3实施方式：对应权利要求6)
图5是表示本发明的第3实施方式的光传输装置的结构的电路图。该光传输装置，如图5所示，发光元件驱动电路25的结构与图1的发光元件驱动电路23的结构不同。也即是该发光元件驱动电路25使用了NPN双极型晶体管17、7串联而成的2级结构的达林顿复合电路取代1级的NPN双极型晶体管7。在该发光元件驱动电路25中，根据输入到前级的NPN双极型晶体管17的基极的二值化电路22的输出信号，后级的NPN双极型晶体管7间断地向发光二极管8提供电流。
具体地说，前级的NPN双极型晶体管17的基极与电阻6的另一端相连，NPN双极型晶体管17的集电极与电源端子10相连，NPN双极型晶体管17的发射极与NPN双极型晶体管7的基极相连。其它的结构与图1的光传输装置相同。
在图1的电路结构中，在构成前级的二值化电路22的反相器5的输出中出现噪声的情况下，该噪声电平超过0.3V时，晶体管7逐渐开始动作，发光二极管8逐渐开始发光。
但是，根据图5所示的电路结构，即使在反相器5的输出中出现噪声的情况下，由于NPN双极型晶体管17是以达林顿复合连接的形式插入到NPN双极型晶体管7的前级，所以噪声电平不到1.0V以上，NPN双极型晶体管17、7不开始逐渐动作。
根据该实施方式的结构，二值化电路22的输出信号不是加到直接驱动发光二极管8的后级的NPN双极型晶体管7的基极，而是加到前级的NPN双极型晶体管17的基极。其结果是，作为构成二值化电路22的反相器4、5也可以使用电流驱动功率小的反相器。
另外，二值化电路22的输出信号施加在构成达林顿复合电路的前级和后级的NPN双极型晶体管17、7的串联的2个基极·发射极之间。也即是在前级的NPN双极型晶体管17的基极和后级的NPN双极型晶体管7的发射极之间施加有二值化电路22的输出信号。其结果是，在二值化电路22的输出发生噪声时，与发光元件驱动电路25只由1级的NPN双极型晶体管7构成的情况相比，噪声电平不高时发光二极管8不发光。因此，能够提高抗噪性。
其它的效果与第1的实施方式相同。
(第4实施方式：对应权利要求4)
图6是表示本发明的第4实施方式的光传输装置的结构的电路图。该光传输装置的二值化电路26的结构与图1不同。也即是该二值化电路26使用了CMOS结构的反相器40、50取代由双极型晶体管等构成的反相器4、5。并且，CMOS结构的反相器也可以适用于图4和图5的电路。
反相器40、50为如下电路结构，也即是P沟道MOS晶体管13的栅极和N沟道MOS晶体管15的栅极与电阻3和电容2相连。此外，P沟道MOS晶体管13的漏极和N沟道MOS晶体管15的漏极与P沟道MOS晶体管14的栅极和N沟道MOS晶体管16的栅极相连。此外，P沟道MOS晶体管14的漏极和N沟道MOS晶体管16的漏极与电阻6相连。此外，P沟道MOS晶体管13、14的源极与电源端子10相连。此外，N沟道MOS晶体管15、16的源极与接地端子11相连。
在该实施方式中，反相器40、50是CMOS结构，不需要待机电流。因此，与使用了由双极型晶体管构成的反相器4、5的第1实施方式相比，能够做到低功耗。其它效果与第1实施方式相同。
另外，虽然在上述各实施方式中，在发光元件驱动电路中使用了NPN双极型晶体管或者N沟道MOS晶体管，但也可以对其进行替换，使用PNP双极型晶体管或者P沟道MOS晶体管来构成发光元件驱动电路。

Claims (8)

1.一种光传输装置，具有：使由脉冲波形构成的光传输用输入信号的高频成分通过的高通滤波器；将上述高通滤波器的输出信号二值化并返回脉冲波形的二值化电路；光传输用的发光元件；以及根据上述二值化电路的输出信号，驱动上述发光元件的发光元件驱动电路。
2.根据权利要求1所述的光传输装置，上述高通滤波器由电容和电阻组成的L型电路构成。
3.根据权利要求1所述的光传输装置，上述二值化电路由串联的2级反相器构成。
4.根据权利要求3所述的光传输装置，上述反相器由CMOS反相器构成。
5.根据权利要求1所述的光传输装置，上述发光元件驱动电路由双极型晶体管构成，在上述双极型晶体管的基极输入上述二值化电路的输出信号，由此，上述双极型晶体管根据上述二值化电路的输出信号，间断地向上述发光元件提供电流。
6.根据权利要求1所述的光传输装置，上述发光元件驱动电路由串联的2级双极型晶体管组成的达林顿复合电路构成，在上述达林顿复合电路前级的双极型晶体管的基极，输入上述二值化电路的输出信号，由此，上述达林顿复合电路后级的双极型晶体管根据上述二值化电路的输出信号，间断地向上述发光元件提供电流。
7.根据权利要求1所述的光传输装置，上述发光元件驱动电路由MOS晶体管构成，在上述MOS晶体管的栅极输入上述二值化电路的输出信号，由此，上述MOS晶体管根据上述二值化电路的输出信号，间断地向上述发光元件提供电流。
8.根据权利要求1所述的光传输装置，上述发光元件由发光二极管组成。
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Assignee: Suzhou Matsushita Semiconductor Co.,Ltd.

Assignor: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd.

Contract record no.: 2012990000226

Denomination of invention: Three-D installed element, its mfg. method and optical transmission device

Granted publication date: 20070425

License type: Common License

Open date: 20050323

Record date: 20120413

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Patentee after: Panasonic semiconductor solutions Co.,Ltd.

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