CN1941675A - 收发装置以及发送装置和接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种收发装置以及发送装置和接收装置，该收发装置具有发送装置和接收装置，发送装置具有：多个总和增量模数转换部，与所输入的模拟信号的通道数相对应地设置，并且通过对模拟信号进行总和增量模数转换，生成二进制数字信号；脉宽调制编码器，生成脉宽信号；和发光元件驱动部，通过基于脉宽信号使发光元件发光，生成光信号并传输，接收装置具有：光接收部，将通过由感光元件对光信号感光而获得的电流信号转换成脉宽信号；脉宽解调解码器，以脉宽信号为基础，还原多个通道的二进制数字信号；和多个1比特数模转换部，与二进制数字信号的通道数相对应地设置，并且通过对所输入的二进制数字信号进行1比特的数模转换，还原模拟信号。

Description

收发装置以及发送装置和接收装置

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2005年9月30日提交的日本专利申请No.2005-288735的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及收发装置。

背景技术

目前有一种线性传输光电耦合器，具有：生成对应于所输入的模拟信号的光信号并进行传输的发送装置；和接收从该发送装置传输来的光信号并将之还原为原来的模拟信号的接收装置。

在使用这样的线性传输光电耦合器来传输多个模拟信号时，必须准备传输对象的模拟信号数量的线性传输光电耦合器，在该情况下，产生电路规模变大、进而电力消耗增大的问题。

下面记载了有关线性传输光电耦合器的文献名称。

美国专利5,287,107号

发明内容

本发明的一个方式的收发装置具有发送装置和接收装置，

上述发送装置具有：

多个总和增量模数转换部，与所输入的模拟信号的通道数相对应地设置，并且通过对上述模拟信号进行总和增量模数转换，生成二进制数字信号；

脉宽调制编码器，生成脉宽信号，该脉宽信号具有与从上述多个总和增量模数转换部输出的上述二进制数字信号相对应的脉冲宽度；和

发光元件驱动部，通过基于上述脉宽信号使发光元件发光，生成光信号并传输，

上述接收装置具有：

光接收部，将通过由感光元件对上述光信号感光而获得的电流信号转换成上述脉宽信号；

脉宽解调解码器，以上述脉宽信号为基础，还原多个通道的上述二进制数字信号；和

多个1比特数模转换部，与上述二进制数字信号的通道数相对应地设置，并且通过对所输入的上述二进制数字信号进行1比特的数模转换，还原上述模拟信号。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的收发装置的结构的框图；

图2是表示二进制数字信号与脉宽信号的关系的说明图；

图3是表示PWM编码器的结构的电路图；

图4是表示发光元件驱动电路的结构的电路图；

图5是表示光接收器的结构的电路图；

图6是在同一光接收器中获得的各信号的信号波形。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示作为本发明实施方式的收发装置的线性传输光电耦合器10的结构。该线性传输光电耦合器10具有：生成并传输对应于从外部输入的模拟信号的光信号的发送装置20；和接收从该发送装置20传输来的光信号并还原为原来的模拟信号的接收装置30。

发送装置20将从外部供给的2个通道的模拟信号中的通道Ch1的模拟信号经由输入端子IN1A输入总和增量AD转换器40，并将通道Ch2的模拟信号经由输入端子IN2A输入总和增量AD转换器50。输入端子IN1B以及IN2B例如接地，由此向总和增量AD转换器40以及50提供基准电位。此外，也可以不将输入端子IN1B以及IN2B接地，而是分别向输入端子IN1A以及IN1B和输入端子IN2A以及IN2B施加差动信号。

总和增量(∑Δ)AD转换器40基于从时钟产生电路60提供的时钟信号，对通道Ch1的模拟信号进行被称为总和增量AD转换的1比特的AD转换，由此生成对应于该模拟信号的二进制(2值)数字信号，并将该信号输出给PWM编码器70。

例如，当输入的模拟信号为正弦波时，在模拟信号的电压电平位于最大值和最小值的中间值附近的时刻，以50％的比例产生数据“1”(“H”电平)，随着该电压电平的增加，产生数据“1”的比例变高，在最大值附近，以100％的比例产生数据“1”。与之相对应，在模拟信号的电压电平减小时，产生数据“0”的比例慢慢变高，在最小值附近，以100％的比例产生数据“0”。

这样，生成在模拟信号的电压电平位于最大值附近的时刻脉冲密度高、在位于最小值附近的时刻脉冲密度低的二进制数字信号。

同样，总和增量AD转换器50基于时钟信号，对通道Ch2的模拟信号进行总和增量AD转换，从而生成对应于该模拟信号的二进制数字信号，并将该信号输出给PWM编码器70。

因而，在输入的模拟信号的电压电平位于最大值和最小值的中间值附近的时刻，需要以50％的比例产生数据“1”。但是，在总和增量AD转换器40以及50中包含的积分器(未图示)存在偏移时，不是以50％的比例产生数据“1”。

因此，如果使用自动调零型积分器作为积分器，则可降低偏移，由此，在模拟信号的电压电平位于最大值和最小值的中间值附近的时刻，可以以50％的比例产生数据“1”。

PWM(脉宽调制)编码器70与时钟产生电路60提供的时钟信号同步地生成脉宽信号，该脉宽信号具有与总和增量AD转换器40以及50提供的二进制数字信号的组合相对应的脉冲宽度，并且以在该脉宽信号的上升沿搭载时钟信息的形式输出给发光元件驱动电路80。

即，如图2所示，PWM编码器70对应于通道Ch1的二进制数字信号和通道Ch2的二进制数字信号的组合，从具有不同的4(＝2²)种脉宽的脉宽信号中，选择所期望的脉宽信号并输出。

具体而言，在通道Ch1以及Ch2的二进制数字信号的组合为(0、0)时，输出具有相当于时钟信号的一个周期的脉冲宽度的脉宽信号，在(1、0)时，输出具有相当于时钟信号的两个周期的脉冲宽度的脉宽信号，在(0、1)时，输出具有相当于时钟信号的三个周期的脉冲宽度的脉宽信号，在(1、1)时，输出具有相当于时钟信号的四个周期的脉冲宽度的脉宽信号。

这里，图3中示出PWM编码器70的具体结构。PWM编码器70具有生成脉宽各不相同的4种脉宽信号的脉宽信号发生器200和选择电路210，该选择电路210对应于通道Ch1以及Ch2的二进制数字信号的组合，从脉宽信号发生器200提供的4种脉宽信号中，选择所期望的脉宽信号并输出。

脉宽信号发生器200具有串联连接了5(＝2²+1)级D型触发器FF10～FF50的结构。

在第1级的D型触发器FF10的输入端子D上，输入“H”电平(电位VDD)，从D型触发器FF10～FF50的输出端子Q输出的信号在复位信号被输入清零端子CLR的定时，从“H”电平变化到“L”电平，然后基于所提供的时钟信号CLK，在以时钟为单位依次延迟后的不同定时，从“L”电平变化到“H”电平。

通过使从输出端子Q输出的信号反转，来生成从D型触发器FF20～FF50的反转输出端子Q-输出的信号。

AND电路A10～A40通过分别计算从第1级D型触发器FF10的输出端子Q输出的信号与从第2～5级D型触发器FF20～FF50的反转输出端子Q-输出的信号的逻辑积，生成分别具有不同的脉冲宽度的脉宽信号。

作为复位电路动作的AND电路A50通过计算时钟信号CLK与从第5级触发器FF50的输出端子Q输出的信号的逻辑积来生成复位信号。AND电路A50通过将该复位信号提供给D型触发器FF10～FF50，生成以时钟信号的5个周期为1个周期的脉宽信号。

发光元件驱动电路80基于由PWM编码器70提供的脉宽信号驱动例如LED等发光元件90，从而生成光信号并传输。即，发光元件驱动电路80在脉宽信号为“L”电平时，使发光元件90发光，在“H”电平时，使发光元件90熄灭。

这里，图4中示出发光元件驱动电路80的具体结构。发光元件驱动电路80具有作为与发光元件90串联连接的电流供给部的恒流源220，该恒流源220向发光元件90供给电流。

此外，发光元件驱动电路80具有用于切换恒流源220对发光元件90的电流供给状态的开关电路230，该开关电路230连接于发光元件90的正极，并具有二极管250和NMOS晶体管260的串联电路。二极管250以从发光元件90的正极朝向负极的方向为顺方向地连接。

这样，开关电路230具有由二极管250以及NMOS晶体管260形成的电流通路，设定成使得NMOS晶体管260为导通状态(ON状态)时的该电流通路的电压降小于发光元件90发光时的顺方向电压。

在PWM编码器70提供的脉宽信号从“H”电平变化到“L”电平、NMOS晶体管260处于非导通状态时，来自恒流源220的电流向发光元件90流动，由此，发光元件90发光。

在该状态下，在脉宽信号从“L”电平变化为“H”电平、NMOS晶体管260处于导通状态时，由开关电路30形成的电流通路的电压降小于发光元件90发光时的顺方向电压，由此，来自恒流源220的电流向二极管250流动，从而发光元件90熄灭。

进而，发光元件驱动电路80在输入端子IN和发光元件90的正极之间具有峰化电路240，该峰化电路240具有反相器270、电容器280以及电阻290的串联电路。

在峰化电路240中，当所提供的脉宽信号从“H”电平变化到“L”电平、NMOS晶体管260处于非导通状态时，通过由反相器270将该“L”电平反转为“H”电平，使电容器280的充电电荷向发光元件90的正极放电。

由此，峰化电流在规定期间内沿发光元件90的顺方向流动，并与来自恒流源220的电流重叠。

另一方面，在峰化电路240中，当所提供的脉宽信号从“L”电平变化到“H”电平、NMOS晶体管260处于导通状态时，通过由反相器270将该“H”电平反转为“L”电平，蓄积在发光元件90的电容内的内部电荷和来自恒流源220的电流被电容器280吸入。

由此，峰化电流在规定期间内沿与发光元件90的顺方向相反的方向流动，电流的吸入时间变快。

这样，通过高速地进行发光元件90从熄灭状态到发光状态的切换和从发光状态到熄灭状态的切换，使发光元件90生成的光信号的信号波形成为矩形波，可以降低脉冲宽度失真，从而可以在线性传输光电耦合器10中进行准确的信号传输。

顺便说一下，由于反相器270的驱动能力或者发光元件90的特性，峰化电路240的电阻290可以不要。进而，在通过发光元件90高速地动作而不产生脉宽失真时，也可以不设置峰化电路240。

此外，也可以在PWM编码器70和发光元件驱动电路80之间插入反相器，在PWM编码器70提供的脉宽信号为“H”电平时使发光元件90发光。此时，必须使从后述的光接收器110输出的脉宽信号也反转。

返回图1，接收装置30通过感光元件100对从发送装置20传输来的光信号进行感光。感光元件100生成对应于光信号的电流信号，并将其输出到光接收器110。光接收器110通过将该电流信号转换成脉宽信号，还原从PWM编码器70输出的信号，并将其输出给PWM解码器120以及时钟再生电路130。

这里，图5中示出光接收器110的具体结构，图6中示出在该光接收器110中得到的各信号的信号波形。该光接收器110将通过感光元件100得到的电流信号输入放大器300的第1输入端IN10，并将通过伪感光元件340得到的电流信号输入放大器300的第2输入端IN20，其中该伪感光元件340配置遮光部350以便不对光信号感光。

放大器300放大对应于从第1输入端IN10输入的电流信号的电压与对应于从第2输入端IN20输入的电流信号的电压的电压差，从第1输出端OUT10输出所得到的正相电压信号(图6(a))，并且从第2输出端OUT20输出逆相电压信号(图6(b))。

峰值保持电路305具有峰值检测器310、二极管350以及电容器C10，通过检测并保持从放大器300的第1输出端OUT10输出的正相电压信号(图6(a))的峰值电压，在作为峰值保持电路305的输出侧的二极管350的负极和电阻R10的连接点P10上产生含有正相电压信号(图6(a))的峰值电压的峰值电压信号(图6(c))。

在峰值保持电路305的输出侧和放大器300的第2输出端OUT20之间，连接有电阻R10以及R20的串联电路，并且选定电阻R10以及R20的电阻值，使之成立1∶1的关系。这种情况下，在电阻R10和电阻R20的连接点P20处，产生以1/2对峰值电压信号(图6(c))和逆相电压信号(图6(b))进行分压后得到的电压信号(图6(e))，该电压信号(图6(e))被输入比较器320的第2输入端IN40。

另一方面，在放大器300的第1输出端OUT10和第2输出端OUT20之间，连接有电阻R30以及R40的串联电路，并且选定电阻R30以及R40的电阻值，使之成立1∶3的关系。这种情况下，在电阻R30和电阻R40的连接点P30处，产生以3/4对正相电压信号(图6(a))和逆相电压信号(图6(b))进行分压后得到的电压信号(图6(d))，该电压信号(图6(d))被输入到比较器320的第1输入端IN30。

比较器320通过比较从第1输入端IN30输入的电压信号(图6(d))和从第2输入端IN40输入的电压信号(图6(e))，还原相当于从PWM编码器70输出的信号的脉宽信号，并将其输出到PWM解码器120以及时钟再生电路130。

这种情况下，从第1输入端IN30输入的电压信号(图6(d))和从第2输入端IN40输入的电压信号(图6(e))的振幅相等且相互在振幅的中央附近交叉。由此，即使传输来的光信号的大小发生波动，也可以生成具有正确的脉冲宽度的脉宽信号，因而，可以在线性传输光电耦合器10中进行准确的信号传输。

时钟再生电路130具有延迟锁定环或相位锁定环等，以输入的脉宽信号为基础再生时钟信号，并将其输出到PWM解码器120。

PWM解码器120基于所提供的时钟信号和脉宽信号来还原通道Ch1以及Ch2的二进制数字信号，将通道Ch1的二进制数字信号输出到1比特DA转换器140，并将通道Ch2的二进制数字信号输出到1比特DA转换器150。

1比特DA转换器140通过对通道Ch1的二进制数字信号进行1比特的DA转换，生成通道Ch1的模拟信号，并将其输出到低通滤波器(LPF)160。

低通滤波器160通过从该通道Ch1的模拟信号中除去噪声，还原出原来的通道Ch1的模拟信号，并将其从输出端子OUT1A输出。

同样，通道Ch2的二进制数字信号在利用1比特DA转换器150以及低通滤波器170还原成原来的通道Ch2的模拟信号后，从输出端子OUT2A输出。

低通滤波器160以及170包含有源滤波器，如果使用利用所再生的时钟信号动作的斩波型放大器作为该有源滤波器所具有的放大器，则可以降低偏移。

这样，根据本实施方式，可以利用一个传输装置(即一组发光元件90和感光元件100)来传输两个通道的模拟信号，由此，可以使电路规模小型化，并可降低消耗电力。

上述的实施方式只是一个例子，并不限定本发明。例如，也可以利用一个传输装置传输三个通道以上的多个通道的模拟信号。

Claims (20)

1.一种收发装置，具有发送装置和接收装置，

上述发送装置具有：

多个总和增量模数转换部，与所输入的模拟信号的通道数相对应地设置，并且通过对上述模拟信号进行总和增量模数转换，生成二进制数字信号；

脉宽调制编码器，生成脉宽信号，该脉宽信号具有与从上述多个总和增量模数转换部输出的上述二进制数字信号相对应的脉冲宽度；和

发光元件驱动部，通过基于上述脉宽信号使发光元件发光，生成光信号并传输，

上述接收装置具有：

光接收部，将通过由感光元件对上述光信号感光而获得的电流信号转换成上述脉宽信号；

脉宽解调解码器，以上述脉宽信号为基础，还原多个通道的上述二进制数字信号；和

多个1比特数模转换部，与上述二进制数字信号的通道数相对应地设置，并且通过对所输入的上述二进制数字信号进行1比特的数模转换，还原上述模拟信号。

2.根据权利要求1所述的收发装置，其特征在于：

上述脉宽调制编码器具有脉宽信号发生器和选择电路，

上述脉宽信号发生器具有：

串联连接的2^N+1级触发器，其中N为通道数；和

2^N个AND电路，通过分别计算第1级的上述触发器的输出与第2级乃至最后级的上述触发器的反转输出的逻辑积，生成脉冲宽度各自不同的2^N种的上述脉宽信号，

上述选择电路对应于从上述多个总和增量模数转换部输出的上述二进制数字信号，从上述2^N种的脉宽信号中选择所期望的脉宽信号并输出。

3.根据权利要求1所述的收发装置，其特征在于：

上述发光元件驱动部具有：

电流供给部，与上述发光元件串联连接，并向上述发光元件供给电流；和

开关部，切换上述电流供给部对上述发光元件的电流供给状态，

上述开关部具有：

二极管，以从上述发光元件的正极朝向负极的方向为顺方向地与上述发光元件的正极连接；和

开关元件，与上述二极管串联连接，并基于上述脉宽信号切换其连接状态，

选定由上述二极管以及上述开关元件形成的电流通路的电压降，以使其在上述开关元件处于导通状态时，小于上述发光元件发光时的顺方向电压。

4.根据权利要求3所述的收发装置，其特征在于：

上述发光元件驱动部还具有：

峰化部，在上述开关元件处于非导通状态时，沿上述发光元件的顺方向流动峰化电流，在上述开关元件处于导通状态时，沿与上述发光元件的顺方向相反的方向流动峰化电流。

5.根据权利要求4所述的收发装置，其特征在于：

上述峰化部与上述发光元件的正极连接，并具有反相器、电容器以及电阻的串联电路。

6.根据权利要求1所述的收发装置，其特征在于：

上述总和增量模数转换部具有自动调零型积分器作为积分器。

7.根据权利要求1所述的收发装置，其特征在于：

上述光接收部具有：

放大器，以通过上述感光元件得到的电流信号为基础，生成并输出正相电压信号以及逆相电压信号；

峰值保持电路，通过检测并保持上述正相电压信号的峰值电压，生成峰值电压信号；

电阻元件群，以上述正相电压信号、上述逆相电压信号以及峰值电压信号为基础，生成振幅相等且相互在振幅的中央附近交叉的第1以及第2电压信号；和

比较器，通过比较上述第1以及第2电压信号，生成上述脉宽信号。

8.根据权利要求7所述的收发装置，其特征在于：

上述峰值保持电路具有峰值检测器、二极管以及电容器。

9.根据权利要求7所述的收发装置，其特征在于：

上述电阻元件群由以下元件形成：

连接于上述峰值保持电路的输出端和上述比较器的第2输入端之间的第1电阻；

连接于上述放大器的第2输出端和上述比较器的第2输入端之间的第2电阻；

连接于上述放大器的第1输出端和上述比较器的第1输入端之间的第3电阻；以及

连接于上述放大器的第2输出端和上述比较器的第1输入端之间的第4电阻，

选定上述第1以及第2电阻的阻抗值，使之成立1∶1的关系，选定上述第3以及第4电阻的阻抗值，使之成立1∶3的关系。

10.根据权利要求1所述的收发装置，其特征在于：

还具有：分别连接于上述多个1比特数模转换部的后级的多个低通滤波器，

上述低通滤波器包含有源滤波器，使用利用再生时钟信号动作的斩波型放大器，作为上述有源滤波器所具有的放大器。

11.一种发送装置，具有：

多个总和增量模数转换部，与所输入的模拟信号的通道数相对应地设置，并且通过对上述模拟信号进行总和增量模数转换，生成二进制数字信号；

脉宽调制编码器，生成脉宽信号，该脉宽信号具有与从上述多个总和增量模数转换部输出的上述二进制数字信号相对应的脉冲宽度；和

发光元件驱动部，通过基于上述脉宽信号使发光元件发光，生成光信号并传输。

12.根据权利要求11所述的发送装置，其特征在于：

上述脉宽调制编码器具有脉宽信号发生器和选择电路，

上述脉宽信号发生器具有：

串联连接的2^N+1级触发器，其中N为通道数；和

2^N个AND电路，通过分别计算第1级的上述触发器的输出与第2级乃至最后级的上述触发器的反转输出的逻辑积，生成脉冲宽度各自不同的2^N种的上述脉宽信号，

上述选择电路对应于从上述多个总和增量模数转换部输出的上述二进制数字信号，从上述2^N种的脉宽信号中选择所期望的脉宽信号并输出。

13.根据权利要求11所述的发送装置，其特征在于：

上述发光元件驱动部具有：

电流供给部，与上述发光元件串联连接，并向上述发光元件供给电流；和

开关部，切换上述电流供给部对上述发光元件的电流供给状态，

上述开关部具有：

二极管，以从上述发光元件的正极朝向负极的方向为顺方向地与上述发光元件的正极连接；和

开关元件，与上述二极管串联连接，并基于上述脉宽信号切换其连接状态，

选定由上述二极管以及上述开关元件形成的电流通路的电压降，以使其在上述开关元件处于导通状态时，小于上述发光元件发光时的顺方向电压。

14.根据权利要求13所述的发送装置，其特征在于：

上述发光元件驱动部还具有：

峰化部，在上述开关元件处于非导通状态时，沿上述发光元件的顺方向流动峰化电流，在上述开关元件处于导通状态时，沿与上述发光元件的顺方向相反的方向流动峰化电流。

15.根据权利要求14所述的发送装置，其特征在于：

上述峰化部与上述发光元件的正极连接，并具有反相器、电容器以及电阻的串联电路。

16.根据权利要求11所述的发送装置，其特征在于：

上述总和增量模数转换部具有自动调零型积分器作为积分器。

17.一种接收装置，具有：

光接收部，将通过由感光元件对光信号感光而获得的电流信号转换成脉宽信号；

脉宽解调解码器，以上述脉宽信号为基础，还原多个通道的二进制数字信号；和

多个1比特数模转换部，与上述二进制数字信号的通道数相对应地设置，并且通过对所输入的上述二进制数字信号进行1比特的数模转换，还原模拟信号。

18.根据权利要求17所述的接收装置，其特征在于：

上述光接收部具有：

放大器，以通过上述感光元件得到的电流信号为基础，生成并输出正相电压信号以及逆相电压信号；

峰值保持电路，通过检测并保持上述正相电压信号的峰值电压，生成峰值电压信号；

电阻元件群，以上述正相电压信号、逆相电压信号以及峰值电压信号为基础，生成振幅相等且相互在振幅的中央附近交叉的第1以及第2电压信号；和

比较器，通过比较上述第1以及第2电压信号，生成上述脉宽信号。

19.根据权利要求18所述的接收装置，其特征在于：

上述峰值保持电路具有峰值检测器、二极管以及电容器。

20.根据权利要求18所述的接收装置，其特征在于：

上述电阻元件群由以下元件形成：

连接于上述峰值保持电路的输出端和上述比较器的第2输入端之间的第1电阻；

连接于上述放大器的第2输出端和上述比较器的第2输入端之间的第2电阻；

连接于上述放大器的第1输出端和上述比较器的第1输入端之间的第3电阻；和

连接于上述放大器的第2输出端和上述比较器的第1输入端之间的第4电阻，

选定上述第1以及第2电阻的阻抗值，使之成立1∶1的关系，选定上述第3以及第4电阻的阻抗值，使之成立1∶3的关系。

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