DD231694A1 - Empfangsschaltung fuer optische impulse - Google Patents

Abstract

Das Anwendungsgebiet der Empfangsschaltung fuer optische Impulse ist die Lichtwellenleiter-Kurzstreckenuebertragung. Ziel der Erfindung ist die weitgehend unverzerrte Signalgeneration fuer die hochdatenratige Uebertragung. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer Empfangsschaltung fuer optische Impulse mit extremen Tastverhaeltnisverschiebungen, wobei die Schaltung auf dem direktgekoppelten Verstaerkerprinzip beruht. Erfindungsgemaess werden die im Parallelbetrieb arbeitenden Eingangsverstaerker, wovon nur einer mit einer Fotodiode bestueckt ist, ausgangsseitig ueber einen Spannungsteiler verbunden. Der Mittenabgriff des Spannungsteilers, an dem die Schwellspannung ansteht, ist ueber einen ein- bzw. zweistufigen Spitzenwertdetektor und einen Impedanzwandler auf den invertierenden Eingang des Komparators und die Signalspannung, vom Ausgang des aktiven Eingangsverstaerkers, ist auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators gefuehrt. Fig. 1

Description

Anmelder: Berlin, 20.11.84

Kombinat; VEB (P 1513)

Slektro-Apparate-Werke Berlin-Treptow Zentrum für !Forschung und Technologie 1055 Berlin Storkower Str. 101

Empfangsschaltung für optische Impulse

HÖ3 ? 3/08

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Empfangsschaltung für optische Impulse ist die Lichtwellenleiter—Kurzstreckenübertragung im Bereich der Automatisierungs-, Steuer- und Regelungstechnik, der Signal- und Sicherungstechnik sowie der Rechentechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist eine optische Empfangsschaltung DE 31 23 919₇in der zwei gleiche Transimpedanzverstärker enthalten sind, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Gegentaktverstärker verbunden sind. Der erste Transimpedanzverstärker wandelt den von einer Potodiode gelieferten Strom in Spannung um, der zweite dient zur Kompensation von Betriebs- und Temperatur- ' Schwankungen. Das Verstärkerkonzept mit den nachgeschalteten G-egentaktverstärkern hat den Nachteil, daß es die in dem Eingangssignal enthaltene Information über den Signal-Euhe—Pegel nicht zur Schwellbildung für eine EntscheidErstufe nutzt. Eine andere Schaltungsanordnung zur schnellen Erfassung von verschliffenen Rechtecksignalen DE 30 33 565 basiert auf dem Verzögerungsprinzip zur Erzeugung der Ausgangsimpulse. Es wird dabei das Signal aus dem Eingangsverstärker direkt und ein zweitesmal nach einer kurzen Verzögerung auf einen Komperator gegeben. Zusätzlich wird das verzögerte Signal vom Ausgang des

Comparators noch mit einer Hysterese beaufschlagt. Fachteil dieser Anordnung ist die geringe Signaldifferenz bei stark verschilffenen Signalen und ein geringer Störabstand. Eine weitere Patentschrift EP 00 63 448 beschreibt eine weitere Möglichkeit der Schwellbildung in einem "digital waveform conditioning circut" mit Hilfe zweier Peak-Detektoren, die jeweils nur den positiven bzw, negativen Spitzenwert des Signales abspeichern und wechselseitig über PET-Schalter vom Ausgang der Schaltung, ein hinter den Komparatorausgang geschaltetes D—Plip—Plop, gesteuert werden. Beide Peak—Detektoren werden über zwei Widerstände miteinander verbunden. Die Spannung am Yerbindungspunkt dieser zwei Widerstände wird zur Bildung der Komparatorschwelle genutzt. Ungünstig in dieser Tariante ist dabei der erhöhte technische Aufwand. Perner ist das Prinzip an einen Takt gebunden, da der Komparator selbst noch keine zeitlich unverzerrten Impulse liefert und erst über den Takt und das D-Plip-Flop eine synchrone und unverzerrte Impulswidergabe erfolgt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine weitgehend unverzerrte Signalregeneration für die hochdatenratige Übertragung zu erreichen und Einschwingzeiten zu vermeiden.

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Empfangsschaltung für optische Impulse zur hochdatenratigen verzerrungsfreien Übertragung von Impulsen mit extremen Tastverhältnisverschiebungen, Die Eingangsschaltung soll auf dem direktgekoppelten Verstärkerprinzip beruhen, der Schaltungsaufwand im Interesse einer guten Integrier- bzw. Hybridisierbarke it niedrig bleiben.

Die Aufgabe wird in der Weise gelöst, daß die im Parallelbetrieb arbeitenden Eingangsverstärker, wovon nur einer mit einer Fotodiode bestückt ist, ausgangsseitig über einen Span- · nungsteiler miteinander verbunden sind. Der Ausgang des Eingangsverstärkers, an dem die Signalspannung ansteht, ist auf

den nichtinvertierenden Eingang eines Komparators geführt. Der Mittenabgriff des Spannungsteilers, an dem die Schwellspannung ansteht, ist auf einen Spitzenwertdetektor geführt, der zur weiteren Verbesserung der Haltezeit über einen Operationsverstärker mit dem invertierenden Eingang des Eomparators verbunden ist. Der Haltekondensator ist zwischen den Ausgang des Spitzenwertdetektors und Masse geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist weiterhin auf seinen invertierenden Eingang rückgeführt. Der zweite Eingangsverstärker bleibt entweder unbeschaltet oder wird aus Syminetriegründen für die Betriebsbedingungen mit einer Blinddiode bestückt. An seinem Ausgang wird die Signalruhespannung für einen Spannungsteileranschluß zur Verfügung gestellt.

In' einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Empfängerschaltung ist als Spitzenwertdetaktor ein Operationsverstärker angeordnet, dem eine Diode nachgeschaltet ist. Ton der Katode dieser Diode ist eine Rückführung auf den invertierenden Eingang dieses Operationsverstärkers geschaltet,

In einer zweiten Ausführungsvariante der Empfängerschaltung ist als Spitzenwertdetektor ein erster Transistor, beschaltet mit einem Haltekondensator zur Kurzzeitspeicherung und ein Operationsverstärker mit- Diodenausgang, beschaltet mit einem Haltekondensator zur langzeitspeicherung, angeordnet. Diesem Operationsverstärker ist ein zweiter Operationsverstärker mit Diodenausgang zur Impedanzwandlung nachgeordnet. Der Katodenanschluß der zweiten Diode ist nun mit dem invertierenden Eingang des Komparators verbunden.

Die SchwellSpannung am Mittenabgriff des Spannungsteilers ist auf die Basis des ersten Transistors geführt, dessen Kollektor an der Betriebsspannung anliegt und dessen Emitter über die Parallelschaltung eines ersten Emitterwiderstandes und des Haltekondensairors für die Kurzzeitspeicherung mit Masse verbunden ist und ist direkt auf den invertierenden Eingang des Komparators geführt. Zur Kompensation der Potentialverschiebung, die die Basis-Emitter-Diode mit ihrer Spannung U^^ am ersten Transistor hervorruft, ist ein zweiter Emitterfolger angeordnet, dessen Ausgang auf den nichtinvertierenden Eingang des

- 4 Komparators geschaltet ist.

Der Vorteil einer solchen Beschaltung ist die Ausnutzung der hohen Aufladegeschwindigkeit des Haltekondensators, insbesondere nach langer Bauer von LOW-Zuständen zur sofortigen Einstellung der Komparatorschwelle noch innerhalb der Zeit des ersten Impulses und der Haltezeit der Spannung am Spitzenwertdetektor.

Der Operationsverstärker-Spitzenwertdetektor besitzt eine extrem lange Haltezeit. Dem Komparator, wird aber in hoher Geschwindigkeit die Schwellspannung bereitgestellt.

Allen Ausführungsvarianten ist die Erzeugung von Signalspannung- und SchwellSpannung über zwei Eingangsverstärker und den Spannungsteiler gemeinsam. Diese Konzeption liefert grundsätzlich die Information, welcher Signalzustand am Eingang des Empfängers anliegt. Er kann statisch abgetastet werden, da die Signalruhespannung eine absolute feste Größe ist. Prinzipiell ist damit jede Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsverstärkern größer als Hull, gleichbedeutend mit einem H-Signal am Komparatorausgang. Pur den Pail Signalspannung gleich Signalruhespannung gilt L-Pegel. Typisch ist jedoch im Interesse der Störsicherheit eine leichte Verschiebung der Signalruhespannung über der Signalspannung für den Pail, daß optisch L-Zustand am Eingang anliegt. Der Komparator wertet damit den I—Zustand aus. Ein weiterer Grund für den Einsatz' zweier Eingangsverstärker besteht darin, daß Betriebs- und Temperaturschwankungen im Einfluß auf die Schwellbildung und Signalauswertung des Komparators weitestgehend kompensiert werden. Pur den dynamischen Betrieb erlangt der Mittenabgriff der Schwellspannung am Spannungsteiler Bedeutung, da eine unverzerrte Auswertung der optischen Eingangssignale nur in der Signalmitte möglich ist (gleiche Plankensteilheiten LH/EL einmal vorausgesetzt).

Die Ausführungsvarianten unterscheiden sich bezüglich der Bereitstellung der Schwellspannung vom Mittenabgriff des Spannungsteilers für den Komparator. Die erste Variante speichert mit Hilfe des Spitzenwertdetektors (Operationsverstärker), der Diode und des. Haltekondensators die Schwellspannung. Der nachgeordnete Operationsverstärker arbeitet als Impedanzwandler

und verhindert die Belastung des Spitzenwertdetektors sowie eine beschleunigte Entladung des Haltekondensators. Mit PET-Operationsverstärkern lassen· sich auf Grund- des hohen Ein— gangswiderstandes extrem lange Haltezeiten und damit geringe Impv.lsverzerrungen auch bei hohen Tastverhältnisverschiebungen erzielen.

Die zweite Ausführungsvariante _besitzt prinzipiell dieselbe Art der Spitzenwertspeicherung für extrem lange Haltezeiten. Sie.. ermöglicht jedoch,mit der zusätzlichen Spitzenwerterfassung über den: ersten Transistor, seinen Emitterwiderstand und den Haltekondensator für kurze Zeiten eine Erfassung äußerst kurzer Impulse und aufgrund der Eurzzeitspeicherung, die jedoch genügend lang für den nachgeordneten Operationsverstärker ist, eine sichere Übernahme in den Langzeitspeicher. Pur die Zeit, da der Haltekondensator dieses Operationsverstärkers noch nicht aufgeladen ist, wird das Signal direkt an den Komparator vom Emitter des ersten Transistors geliefert, Damit ist der Komparator in der lage, noch bevor der Langzeitspitze nwert detektor aufgeladen ist, bereits richtig zu arbeiten. Voraussetzung ist jedoch die in diesem Pail im Impedanzwandlerausgang noch zusätzlich eingebrachte Diode. Im Fall einer höheren Spannung am Emitterwiderstand darf die Haitespannung an seinem Ausgang, keine Belastung des Emitters hervorrufen. Eine Empfängerschaltung dieser Art ist damit in der Lage hochdatenratige Übertragungen verzerrungsfrei mit dem 1. Bit zu beginnen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Pig. 1 und 2 näher erläutert werden.

Die Empfangsschaltung für optische Impulse nach Pig. 1 besteht aus einem erstem Eingangsverstärker E1, in der Eegel einem Transimpedanzverstärker, an dessen Eingang die Anode einer Potodiode PD angeschlossen ist. Die Katode liegt an der Betriebsspannung υ_α. Ein zweiter Eingangsverstärker E2, an dessen Eino

gang zur Kompensation des Dunkelstromes der Potodiode PD eine Blinddiode angeschlossen sein kann, läuft parallel zum ersten Eingangsverstärker und liefert die Signalruhespannung U3. Der Ausgang des Eingangsverstärkers E1 ist direkt an den nichtinvertierenden Eingang des den Ausgangsimpuls erzeugenden Komparators K angeschlossen. Perner ist er über den Spannungsteiler

R1 und R2 mit dem Ausgang des Eingangsverstärker E2 verbunden. Am Mittenabgriff des Spannungsteilers E1 und R2 wird die Schwellspannung TJ2, die in der Regel der Signalmittenspannung entspricht, abgegriffen und auf den nichtinvertierenden Ein- . gang eines ersten Operationsverstärkers OV1 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 0V1 wird an die Anode der Diode D gelegt, deren Katode an den invertierenden Eingang desselben, an den nichtinvertierenden Eingang der Operationsverstärker 0V2 sowie an den einen Anschluß des Kondensators C geführt wird. Der andere Anschluß des Haltekondensators C liegt, auf Masse. Der Ausgang des zweiten, als Impedanzwandler genutzten, Operationsverstärker 0V2 liegt am invertierenden Eingang des Koinparators K und ist auf den eigenen invertierenden Eingang zurückgeführt. Die auf diese Weise an den Komparator geführte Schwellspannung U2 wird durch die Operationsverstärker sehr lange gespeichert und der Spannungsteiler R1;R2 nur minimal belastet.

Die Smpfangsschaltung für optische Impulse nach Fig. 2 besteht ebenfalls aus dem Eingangsverstärker E1, an dessen Eingang die Anode der Fotodiode YD angeschlossen ist. Der zweite Eingangsverstärker E2 liefert wie in Variante 1 die Signalruhespannung U3. Der Ausgang des ersten Eingangsverstärkers E1 ist über die Widerstände R1 und R2 des Spannungsteilers mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers E2 verbunden. Am Mittenabgriff dieses Spannungsteilers wird die Schwellspannung Ü2 abgegriffen und auf die Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors T1 geführt. Parallel zu seinem Emitterwiderstand RE1 ist ein Kurzzeit-Haltekondensator CE1 nach Masse geschaltet. Auf diese Weise wird eine erste schnelle Spitzenwertspeicherung der Schwellspannung U2 realisiert und am Komparator K wirksam. Der Emitter des Transistors T1 ist weiter mit dem invertierenden Eingang des Komparators K und dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 0V1 verbunden. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers liegt an der Anode einer ersten Diode Ώ1, deren Katode das Signal auf den invertierenden Eingang desselben zurück- und auf den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 0V2 sowie auf den einen Anschluß des weiteren Haltekondensators C ." führt. Der andere Anschluß des Kondensators

liegt auf Masse. Der Ausgang des Operationsverstärkers 0V2 liegt an-der Anode von Diode D2. Die Katode dieser Diode ist zum nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers rückgeführt und ferner mit dem nicht invertierenden Anschluß des Komparators E verbunden. Auf diese Weise v?ird die über die Operationsverstärker langzeitgespeicherte Schwellspannung U2 an den Komparator K geführt und aufgrund der Verbindung zum Emitter von T1 der Kondensator C-B1 nachgeladen. Die Diode D2 verhindert, daß der Ausgang von Operationsverstärker_:072 den Emitter belastet, v/enn, dessen Potential höher ist, als das des. Operationsverstärkers. Die Basis des zweiten Transistors T2 ist mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers E1 verbunden. Auch Transistor T2 ist als Emitterfolger geschaltet. Der Emitter liegt am nichtinverteirenden Eingang des Komparators K und ist über seinen Smitter^iderstand ES2 mit Masse verbunden. Der. Transistor T2 gleicht die Verschiebung der Schwellspannung aufgrund der Basis-Emitterspannung des ersten Transistors für die SignalSpannung U1 aus. Variante 2 ermöglicht sehr schnelle Empfangsschaltungen mit hoher Langzeitspeicherung der Schwellspannung und daraus resultierenden extrem niedrigen Breitenverzerrungen der regenerierten Impulse»

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Claims (2)

1. Erfindungsanspruch.

   1. EmpfangsSchaltung für optische Impulse für die Lichtwellenleiter—Kurzstreckenübertragung, die die Anordnung von zwei parallelgeschalteten Eingangsverstärkern nutzt, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des Eingangsverstärkers (E1), der die Signalspannung (U1)'führt, mit dem Ausgang 'des zweiten Eingangsverstärkers (E2), der die Signalruhespannung (UB) führt, über einen Spannungsteiler (E1;R2) verbunden ist, daß, der Mittenabgriff des Spannungsteilers (E1;E2) mit einem Spitzenwertdetektor verbunden ist, dessen Ausgang über einen Haltekondensator auf Masse sowie über einen als Impedanzwandler genutzten Operationsverstärker mit nachgeschalteter Diode auf einem Koniparatoreingang geführt ist, an dessen zweiten Eingang die Signalspannung (ü1) anliegt.
2. 2. Smpfangsschaltung für optische Impulse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Spitzenwertdetektor ein Operationsverstärker (0V1) mit nachgeschalteter Diode (D) angeordnet ist, daß der Eatodenanschluß der Diode (D) auf den nichtinvertierenden Eingang des als Impedanzwandler genutzten Operationsverstärkers (0Y2), über den Haltekondensator (C) auf Masse sowie auf den. invertierenden Eingang des Spitzenwertdetektors (0V1) geführt is

   t.

   Empfangsschaltung für optische-Impulse nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß als Spitzenwertdetektor ein Transistor (T1) in Emitterschaltung in Eeihe mit einem Operationsverstärker (071) mit nachgeschalteter Diode (D1) angeordnet ist, wobei der Emitteranschluß des Transistors (TI) weiterhin auf den invertierenden Eingang des Komparators, über einen Widerstand (EE1) und einen Haltekondensator (0E1) für die Kurzzeitspeicherung der Schwellspannung (U2) auf Masse geführt ist, daß der Katodenanschluß der Diode (D1) mit dem nichtinvertierenden Eingang des als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärkers (0Y2) mit nachgeschalteter Diode (D2), über einen Haltekondensator (G) für die langzeitspeicherung mit Masse sowie mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (0Y1)

   verbunden ist und daß der Katodenanschluß der zweiten Diode (D2) mit dem invertierenden Eingang des Komparators sowie mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers (0V2) verbunden ist.

   - Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.