CN1627669A - 光接收器和包含该接收器的数据通信装置 - Google Patents

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Abstract

一种光接收器，能够使通过转换宽范围照度之光信号所得的电信号脉冲宽度的起伏变化最小。该光接收器包括：光接收元件，它接收光信号并将光信号转换成电流；旁路元件，所述光接收元件的部分电流流过该旁路元件；阻抗元件，检测光接收元件其余部分的电流并将该其余部分电流转换成电压信号；安装在所述阻抗元件与光接收元件之间电压分离元件，分离它两侧的电压；以及自动增益控制(AGC)电路，阻抗元件的电压信号输入给它，并根据所述电压信号控制流到旁路元件的电流。

Description

光接收器和包含该接收器的数据通信装置
技术领域
本发明涉及一种光接收器，它接收宽范围照度的光信号并将光信号转换成电信号，还涉及一种包含所述接收器的数据通信装置。
背景技术
利用多个计算机之间或计算机与周围设备之间的红外光信号进行数据通信的数据通信装置符合IrDA(红外数据学会)标准。这样的数据通信装置(比如见日本专利申请No.2001-230726)使用光接收器，这种接收器接收光信号并将光信号转换成电信号，图4示出一种常规光接收器的举例。光接收器101的构成包括：光电二极管112，它接收光信号并将光信号转换成电流IPD；阻抗元件110比如由电阻构成，它检测电流IPD并将电流IPD转换成电压信号；钳位元件111钳位所述电压信号(限制它的幅值)；电容器121，它除去由阻抗元件110变换之电压信号的直流电压；倒相放大器122，它倒相并放大倒相并放大已经去掉直流电压的电压信号；以及比较器127，它经输出端OUT输出由比较倒相放大器122的输出信号与输出基准电源128的输出基准电压所得的信号(电信号)。信号处理装置(未示出)处理与所接收的光信号相应的电信号，该装置被连到输出端OUT。
另外，按照IrDA标准，要由光接收器接收的光信号的照度是宽范围照度(例如从10μW/cm2到500mW/cm2)，其中所述光接收器适于多种实行数据通信的环境变化。图5表示在接收不同照度的光信号脉冲时，流到光电二极管112的IPD(光电二极管112变换的电流)，阻抗元件110的电压信号，即图4中节点A处的电压信号VA，以及输出端OUT的信号。图5中的情况(1)表示所述光信号在IrDA标准的照度区域内但照度低的情况；图5中的情况(2)表示所述照度比较高并且钳位元件111已经开始工作的情况；而图5中的情况(3)表示照度仍然较高并且钳位元件111充分工作的情况。于是，通过在高照度情况下使用钳位元件111限制电压，使光接收器101被做成与宽范围照度的光信号对应。图5中的ICLAMP是钳位元件111工作时的电流值。通过转换被输入给比较器127的光基准电压，提供电压Vtha。当节点A处的电压信号VA低于Vtha时，对输出端OUT输出高电平。当节点A处的电压信号VA高于Vtha时，对输出端OUT输出低电平。
于是，光接收器101能够输出脉冲式的电信号，这是一种来自输出端OUT与宽范围照度的光信号相应的逻辑信号。然而，当光信号的照度较高时，光电二极管112进入饱和状态，因而就需要另外的时间，以在光信号的脉冲结束之后通过消除光电二极管112中已经聚集的电子/正空穴对恢复原来的状态，并在这段时间间隔使电流IPD继续流过。于是，有如图5中的情况(1)、(2)和(3)所示者，随着光信号的照度增强，输出端OUT的脉冲宽度(tPW1、tPW2、tPW3)扩展。
这当中IrDA标准数据通信包括通信速度为4-Mbp的高速数据通信，并且已经制得相应的设备。当在如此高速度的数据通信中脉冲宽度起伏变化时，将输出端OUT的脉冲输入并对所述脉冲进行处理的信号处理装置上的负载较大，并因此而处于极端的状态，所关心的事情是发生信号处理故障。还曾制定16-Mbp的高速数据通信标准。在这种情况下，假设信号处理装置上的负载愈加地大，可能会更经常发生所说的故障。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的各优选实施例提供一种光接收器，它能输出关于宽范围照度的光信号为稳定的电信号，准确地说，能使电信号脉冲宽度的起伏变化受到抑制；还提供一种数据通信装置，它使用这种光接收器，能实行稳定的数据通信。
为了解决上述问题，本发明一种优选实施例的光接收器包括：光接收元件，它接收光信号并将光信号转换成电流；旁路元件，所述光接收元件的部分电流流过该旁路元件；阻抗元件，它将其余部分的光接收元件的电流转换成电压信号；安装在所述阻抗元件与光接收元件之间电压分离元件，它分离两侧的电压；以及自动增益控制电路，根据来自阻抗元件的电压信号控制流到所述旁路元件的电流。
本发明这种优选实施例的光接收器，即使在光信号的照度增大的情况下，通过作为自动增益控制电路控制旁路元件的电流的结果而减少电流，使得流到阻抗元件的电流稳定，并且因此而使所述光接收器能够抑制电信号的脉冲宽度关于宽范围照度光信号的起伏变化，从而能够输出稳定的电信号。
本发明另一种优选实施例的数据通信装置是包括上述本发明优选实施例光接收器的数据通信装置，其中，光信号为红外信号。
附图说明
图1是本发明一种优选实施例光接收器的电路图；
图2是图1所示本发明优选实施例光接收器的自动增益控制(AGC)电路的电路图；
图3是图1所示本发明优选实施例光接收器的工作波形图；
图4是现有技术光接收器的电路图；
图5是现有技术光接收器的工作波形图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的优选实施例。图1是本发明一种优选实施例光接收器1的电路图。作为主要组成元件，光接收器1优选包括：光接收元件12，它最好比如是光电二极管，接收光信号并将光信号转换成电流IPD；旁路元件15，它最好比如是一个N型MOS晶体管，所述光接收元件12的电流IPD的一部分I1流过该旁路元件；阻抗元件10，它最好比如是一个电阻，检测所述光接收元件12的电流IPD的其余部分I2，并将这部分电流转换成电压信号；安装在所述阻抗元件10与光接收元件12之间电压分离元件14，它最好比如是一个NPN型双极晶体管，分离两侧的电压；以及自动增益控制(AGC)电路16，来自阻抗元件10的电压信号输入给它，并根据所述电压信号控制流到所述旁路元件15的电流。
具体地说，所述光接收元件12的阳极接地，而使其阴极在节点B处连接到电压分离元件14的发射极，并连到旁路元件15的源极。与光接收元件12并联地布置恒流源13，旁路电流IBIAS流过它。将电压分离元件14集电极连接到阻抗元件10的一端，并连到NPN型双极晶体管17的基极，还使电压分离元件14的基极与电压分离基准电源20相连。NPN型双极晶体管17和标准电流源18(接下去有述)构成射极跟随电路。阻抗元件10的另一端与检测基准电源19相连。NPN型双极晶体管17的集电极连到电源Vcc，在节点A处，NPN型双极晶体管17的发射极与一个另一端接地之标准电流源18的一端相连，连到电容器21的一端，并接到自动增益控制电路16的输入端AGCin(图2有示)，这将在接下去有详细的叙述。
旁路元件15的漏极接到电源Vcc，并且旁路元件15的栅极连接到自动增益控制电路16的输出端AGCout。电容器21的另一端连到电阻23的一端，电阻23的另一端连到电阻24的一端并连到运算放大器25的反相输入端。电阻23和24以及运算放大器25构成倒相放大器22，并将放大基准电源26的放大基准电压输入到运算放大器25的同相输入端。运算放大器25的输出端连到比较器27的同相输入端，同时将输出基准电源28的输出基准电压输入到比较器27的反相输入端，其中所述输出基准电压高于所述放大基准电压，另外，比较器27的输出端与光接收器1的输出端OUT相连。
具体地说，自动增益控制电路16具有图2所示的结构。自动增益控制电路16的输入端AGCin连到NPN型双极晶体管31的发射极。将自动增益控制基准电源36的自动增益控制基准电压输入到NPN型双极晶体管31的基极，并使NPN型双极晶体管31的集电极与NPN型双极晶体管32的基极和集电极相连以及与NPN型双极晶体管33的基极相连。另外，NPN型双极晶体管32和33的发射极都被连接到电源Vcc。于是，NPN型双极晶体管32和33构成电流反射镜电路。NPN型双极晶体管33的集电极与电容器34及恒流源35的一端相连，并且连到自动增益控制电路16的输出端AGCout。电容器34及恒流源35的另一端接地。于是，当节点A处由阻抗元件10转换的电压信号相关的电压信号VA关于自动增益控制基准电压处于预定值时，自动增益控制电路16开始将控制信号(电容器34的电压)输出给旁路元件15。随着电压信号VA幅值的增大，提供给旁路元件15的控制信号(电容器34的电压)增大。按照这种方式，自动增益控制电路16控制流到旁路元件15的电流，使流到阻抗元件10的电流稳定。
接下去将描述光接收器1的工作过程。首先，在未收到工作信号时，恒流源13的偏置电流IBIAS经电压分离元件14流到阻抗元件10。因而，在阻抗元件10中产生预定的DC电压。然后，节点A处于一个DC电压下，这个DC电压已从阻抗元件10的DC电压降至与NPN型双极晶体管17的基极和发射极之间的正向偏压Vf相应的程度。将自动增益控制基准电源36的自动增益控制基准电压设定成使自动增益控制电路16在这种DC电压下不工作，也就是说，使节点A处电压信号VA不能达到上述预定值。于是，电流并不流到NPN型双极晶体管31或NPN型双极晶体管32和33，并且由恒流源35使电容器34的电压被放电至地电位。因此，电流不流到旁路元件15。节点B处于一个DC电压下，这个DC电压已从电压分离基准电源20的电压分离基准电压降至与电压分离元件14的基极与发射极之间的正向偏压Vf相应的程度。另外，由于电容器21防止DC电压的传送，所以倒相放大器22的输出等于放大基准电源26的放大基准电压，并将一低电平输出给输出端OUT。
以下根据图3描述光接收元件12接收光信号的情况。当光接收元件12接收光信号时，根据光信号的照度流过电流IPD。在所述光信号的照度在IrDA标准照度范围内(比如从10μW/cm2到500mW/cm2)但照度较低(图3的情况(1)所示)的情况下，在节点A处，来自阻抗元件10的电压信号VA未达到所述预定值，并且自动增益控制电路16不工作。于是，没有电流流到旁路元件15。因此，电流IPD的流动是经电压分离元件14流到阻抗元件10，并在阻抗元件10中沿负方向产生小的电压信号。这个小的电压信号被传送到节点A，成为电压VA，通过电容器21，并由倒相放大器22倒向并放大，成为沿正方向的小电压信号。由倒相放大器22输出的这个小电压信号与由比较器27输出的基准电压相比较，将一高电平(正脉冲)输出给所述输出端OUT。
在光信号的照度超过预定照度(比如1mW/cm2)的情况下(图3的情况(2)和(3))，自动增益控制电路16工作，然后，光接收元件12的电流IPD的一部分I1流到旁路元件15。光接收元件12的电流IPD的其余部分I2经电压分离元件14流到阻抗元件10，并沿负方向产生与电流I2相应的小电压信号。这个小电压信号到达接点A，成为电压信号VA。也像情况(1)一样，由电容器21、倒相放大器22和比较器27使电压信号VA转换，并给输出端OUT输出一个高电平(正脉冲)。电压信号VA也被输入到自动增益控制电路16。当节点A处的电压信号VA的幅值超过一个预定值时，则电流流到自动增益控制电路16的NPN型双极晶体管31，以及NPN型双极晶体管32和33。如果NPN型双极晶体管33中的电流大于恒流源35的电流，则电容器34的电压升高，并且电流I1流到旁路元件15。
这里，如果光信号的照度超过一个预定的值(如1mW/cm2)，则即使所述照度变化，流到阻抗元件10的电流I2也不改变，而且阻抗元件10的小电压信号(即节点A处的电压信号VA)的波形也不改变。这就是说，当光信号照度增大并且电流IPD的增量是流过旁路元件15的电流I1的增量时，光接收元件12的电流IPD增大。假设流到阻抗元件10的电流I2增大，则节点A(即自动增益控制电路16的输入端AGCin)处的电压信号VA的幅值增大，自动增益控制电路16的输出端AGCout处的电压升高，旁路元件15的电流I1增大。结果，使流到阻抗元件10的电流I2减小。于是，使流到阻抗元件10的电流I2稳定。因此，使阻抗元件10的小电压信号(即节点A处的电压信号VA)的波形保持为负反馈作用的结果。因此，即使在有如图3的情况(1)、(2)和(3)所示光信号照度增大的情况下，输出端OUT的脉冲宽度(tPW1、tPW2、tPW3)几乎没有任何变化，以致在光信号照度的所有等级下，输出端OUT的脉冲宽度(tPW1、tPW2、tPW3)实际上都保持相同。
因此，按照本发明优选实施例的光接收器1能够可靠地使通过转换宽范围照度的光信号所给出之电信号脉冲宽度的起伏变化最小。
另外，一般地说，阻抗元件10的小电压信号(S)与电阻值成正比，终端噪声(N)与电阻值的平方根成正比。因此，如果所述电阻值增大，则比例S/N增大。然而，图4所示的普通光接收器101不能增大所述电阻值，因为当阻抗元件110的电阻值增大时，输出脉冲宽度也进一步增大。相反，按照本发明优选实施例的光接收器1，通过控制旁路元件15的电流I1，自动地稳定流到阻抗元件10的电流I2。因此，可使阻抗元件10的电阻值随意增大，并可使比例S/N增大。
此外，当使用光接收器1构成IrDA标准数据通信装置时，可以实行用红外信号以4Mbp通信速度的高速数据通信稳定。
发明并不限于上述各优选实施例，更正确的是，在各权利要求范围内的各种改型都是可能的。

Claims (5)

1.一种光接收器，包括：
光接收元件，它接收光信号并将光信号转换成电流；
旁路元件，所述光接收元件的部分电流流过该旁路元件；
阻抗元件，将其余部分的光接收元件的电流转换成电压信号；
安装在所述阻抗元件与光接收元件之间电压分离元件，被布置成分离它两侧的电压；以及
自动增益控制电路，被布置成根据来自阻抗元件的电压信号控制流到所述旁路元件的电流。
2.如权利要求1所述的光接收器，其中，所述旁路元件、电压分离元件和自动增益控制电路工作，使得在光信号照度的所有等级下，光接收器输出端的脉冲宽度实际上保持相同。
3.如权利要求1所述的光接收器，其中，所述电压分离元件和自动增益控制电路工作，使得当光信号的照度等级较低时，所述自动增益控制电路不工作，并且光接收元件的电流也不流到旁路元件；而当光信号的照度等级较高时，所述自动增益控制电路工作，并且光接收元件的部分电流流到旁路元件，而光接收元件电流的其余部分经电压分离元件流到阻抗元件。
4.一种数据通信装置，包含权利要求1的光接收器，其中，所述光信号是红外信号。
5.如权利要求4所述的数据通信装置，其中，所述数据通信装置是IrDA标准数据通信装置。
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