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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstelle zum Koppeln eines
Senders an eine Lichtleitfaser, insbesondere eine ternäre Schnittstelle bei
optischen Medien zum Liefern von Information an ein optisches Superpositionsnetz,
das ein Zeitmultiplexprotokoll (TDM-Protokoll) verwendet.
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Dem
Fachmann ist allgemein bekannt, daß ein Superpositionsnetz jedes
Netz umfaßt,
bei dem sich verschiedene Signale additiv auf einem Netzmedium kombinieren.
Das TDM-Protokoll, das in großem
Umfang mit verschiedenen Netzen, die sich einen gemeinsamen Kommunikationsweg
teilen (z. B. Ethernet), verwendet worden ist, ist dem Fachmann ebenfalls
allgemein bekannt. Bei einem Netz, das ein TDM-Protokoll einsetzt,
wechseln sich alle Knoten, die über
das Netz kommunizieren möchten,
derart ab, daß zu
jedem Zeitpunkt nur ein Knoten sendet. Dies ist typischerweise bewerkstelligt
worden mit entweder einem Kollisionsvermeidungsschema (d.h. bei dem
einem Rahmen eine Zeiteinheit zugeordnet wird, die in Zeitkanäle unterteilt
ist, wobei jedem Knoten ein Zeitkanal oder Zeitkanäle zugeordnet
sind, in denen jeder Rahmen zu senden hat) oder einem Kollisionsauflösungsschema
(z. B. Mehrfachzugriff mit Prüfung
des Übertragungsmediums/Kollisionserkennung
(CSMA/CD)). Manche elektrische Netze, die ein TDM-Protokoll verwendet
haben, haben auch eine ternäre
Signalgebung zur Kommunikation benutzt.
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Bei
einem Netz, das ein TDM-Protokoll einsetzt, kann jeder Empfänger Daten
von mehreren Sendern empfangen. Diese Daten sind eine zeitliche Verschachtelung
der von den mehreren Sendern gesendeten Signale. Aufgrund der Schwankung
der Senderleistung und der Streckendämpfung weisen die von den mehreren
Sendern erzeugten, zeitmultiplexten Signale häufig unterschiedliche Amplituden an
einem gegebenen Empfänger
auf. Infolgedessen ist es erforderlich gewesen, daß jeder
der an ein derartiges Netz gekoppelten Empfänger die Fähigkeit umfaßte, die
Signalschwankung zu kompensieren.
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Wenn
in elektrischen Netzen die Niederfrequenzeigenschaften eines empfangenen
Signals bekannt sind (oder beispielsweise durch Kodierung gesteuert
werden), kann eine geeignete Schwelle aus dem empfangenen Signal
abgeleitet werden (durch Tiefpaßfilterung
des empfangenen Signals). Beispielsweise liefert eine Zweiphasenkodierung
(bei der jedes Daten-Bit durch zwei Bits dargestellt wird) eine
Schwelle, die auf halbem Wege zwischen einem Minimum und einem Maximum
eines Signals liegt. Während
eine Zweiphasenkodierung zur Taktsynchronisation erwünscht ist,
reduziert sie unerwünschterweise
die Netzbandbreite um annähernd
die Hälfte.
In der Situation, in der die geeignete Schwelle der Durchschnitt
der maximalen und der minimalen Signalpegel ist, kann ein wechselstromgekoppelter Empfänger (der
auf eine gemeinsame Masse bezogen ist) ohne Signalverzerrung verwendet
werden. Während
die Verwendung eines derartigen Empfängers in einem optischen Superpositionsnetz,
das eine binäre
Signalgebung mit variierenden empfangenen Amplituden verwendet,
empfangene Signale ergibt, die eine konstante Grundlinie (die gemeinsame
Masse) aufweisen, können
die empfangenen Signale eine nicht konstante Mittellinie (angestrebte Schwelle)
aufweisen.
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Ein
Ansatz, das Problem einer nicht konstanten Mittellinie (Schwelle)
zu lösen,
ist die Benutzung eines Empfängers
mit einer adaptiven Schwelle gewesen. Eine Technik hat einen minimalen
und einen maximalen Pegel eines empfangenen Signals verfolgt und
eine Schwelle auf halbem Wege zwischen den beiden festgelegt. Leider
ist diese Technik gegenüber
Rauschen anfällig.
Eine andere Technik hat die Schwelle für jeden Sender eingestellt.
Jedoch erfordert diese Technik eine Sendeeinleitung, aus der die
Schwelle bestimmt werden kann, was die Bandbreite des Netzes unerwünscht reduziert.
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Optische
Netze, die gegenwärtig
im Gebrauch sind, haben vorwiegend eine Mehrfach-Punkt-zu-Punkt-Topologie
verwendet. Bei optischen Netzen, die eine Punkt-zu-Punkt-Topologie benutzen,
umfaßt
jeder Knoten typischerweise einen unterschiedlichen Empfänger für jeden
Knoten, von dem er Signale empfängt.
Schlechthin kann eine Schwelle für
jeden unterschiedlichen Empfänger
einzeln eingestellt werden, um die empfangenen Signalamplituden
zu kompensieren. Eine andere Topologie, die einen begrenzten Gebrauch
in optischen Netzen erfahren hat, ist die sternförmige Topologie. Die optische
Stern-Topologie umfaßt
einen zentralen Hub und eine Anzahl Knoten, die durch den Hub über Lichtleitfasern
kommunizieren. In einem passiven, optischen, sternförmigen Netz
bewirkt der Hub, daß die
Lichtsignale, die er empfängt,
kombiniert und dann aufgeteilt werden. In einem passiven, optischen,
sternförmigen
Netz kann ein Empfänger
innerhalb eines einzigen Knotens an mehrere Sender gekoppelt sein,
die Signale mit unterschiedlichen Intensitäten liefern.
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Bei
gegenwärtigen
optischen Netzen ist die optische Sendeeinrichtung (z.B. die Licht
emittierende Diode (LED)) ein binäres Element gewesen. Das heißt, die
LED ist entweder an oder aus gewesen. Am Empfänger ist das empfangene Signal
mit einer Schwelle oder einem Schwellenwert verglichen worden, die
zwischen einem Hell-Pegel und einem Dunkel-Pegel festgelegt worden
ist. Über
der Schwelle wird das empfangene Signal als hell oder als eine digitale "1" angesehen. Unter der Schwelle wird
das empfangene Signal als dunkel oder als eine digitale "0" angesehen. Da jedoch die Intensität des empfangenen
Signals evtl. nicht im voraus bekannt ist, ist die Schwelle typischerweise
nicht fest gewesen. Das heißt,
die Schwelle ist eine Funktion der empfangenen Signalintensität gewesen.
Schlechthin mußten optische
Netze, die Empfänger
umfassen, die an mehrere Sender gekoppelt sind (die Signale mit
variierenden Intensitäten
liefern können)
die Fähigkeit umfassen,
diese Schwankung des empfangenen Signals zu kompensieren.
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Aus
der
DE 35 46 662 C2 ist
ein Verfahren zur Übertragung
von Information über
ein optisches Superpositionsnetz bekannt, welches ein Zeitmultiplexprotokoll
verwendet. Mehrere optische Sender und Empfänger sind an eine Lichtleitfaser
angekoppelt. Die Übertragung
von Information erfolgt im binären
Modus und während
unterschiedlicher Zeitfenster.
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Die
US 6,025,945 A offenbart
einen optischen Sender mit einer Lichtquelle zum Ausstrahlen von
Licht, dessen Intensität
moduliert wird, um Information in einem binären Modus an ein optisches
Netz zu liefern. Der Sender umfasst eine erste elektronische Schaltung,
welche dafür
sorgt, dass die Lichtquelle in Ansprechen auf ein Steuersignal Licht
emittiert, und eine zweite elektronische Schaltung, welche dafür sorgt,
dass die Lichtquelle auch in Ansprechen auf ein Datensignal Licht
emittiert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik zu schaffen,
die es zuläßt, daß mehrere Sender,
die an ein optisches Superpositionsnetz gekoppelt sind, Signale
liefern, die eine annähernd
konstante Durchschnittsintensität
(Schwelle) aufweisen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe sind ein Verfahren, ein optischer Signalgebungssender
und ein optisches Superpositionsnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum elektronischen Senden
oder Übertragen
von Information über
einen optisches Superpositionsnetz, die ein Zeitmultiplexprotokoll
(TDM-Protokoll) verwendet. In einem derartigen Netz sind ein erster optischer
Sender, ein zweiter optischer Sender und ein Empfänger an
eine Lichtleitfaser gekoppelt. Der erste Sender sendet während eines
Zeitkanals Information in einem ternären Modus. Der zweite Sender sendet
während
eines unterschiedlichen Zeitkanals Information in einem ternären Modus.
Die über
die Lichtleitfaser gesendete Information weist eine annähernd konstante
Durchschnittsintensität
auf, und der Empfänger
verwendet eine einzige Entscheidungsschwelle für die von dem ersten sowie
dem zweiten optischen Sender empfangene Information.
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Die
Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben, in diesen ist bzw. sind:
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1A–1C elektrische
Schaltbilder von binären
LED-Treibern nach dem Stand der Technik,
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1D ein
Beispiel von Signalen, die von mehreren Sendern (wie beispielsweise
jenen der 1A–1C) an
einen einzelnen Empfänger
geliefert werden,
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2A–2C elektrische
Schaltbilder von ternären
LED-Treibern gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung,
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2D ein
Beispiel von Signalen, die von mehreren Sendern (wie beispielsweise
jenen der 2A–2C) an
einen einzelnen Empfänger
geliefert werden, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2E ein
elektrisches Schaltbild eines ternären Treibers gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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3 ein
Blockschaltbild eines optischen Kommunikationsnetzes, das in einer
passiven Stern-Topologie angeordnet ist, und
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4 ein
erweitertes Blockschaltbild des Navigationsmoduls von 3 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Bereitstellung eines optischen Zwischenpegels (Ruhezustands), indem
das gesendete elektrische Signal derart kodiert wird, daß es im
wesentlichen gleichstromfrei ist, erlaubt es, daß ein gegebener Empfänger die
gleiche Entscheidungsschwelle für
Signale, die von unterschiedlichen Knoten eines optischen Superpositionsnetzes
gesendet werden, benutzen kann. Die Schwelle ist das Mittel des
zusammengesetzten Signals und ist derart codiert, daß sie nicht
merklich schwankt. Diese Technik liefert eine ihr eigene Robustheit,
da eine entsprechende Entscheidungsschwelle verschoben wird, wenn
ein Sender während
eines besonderen Zeitkanals an oder aus hängenbleibt oder nicht senden
kann, oder wenn kein Zeitkanal zugewiesen wird. Die Verwendung eines
expliziten Ruhezustandes und das Kodieren des gesendeten Signals,
so daß es
im wesentlichen gleichstromfrei ist, erlaubt es, daß an jedem Empfänger herkömmliche,
wechselstromgekoppelte, elektrische Medien verwendet werden können.
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1A veranschaulicht
einen typischen binären
Treiber 100 einer Licht emittierenden Diode (LED) nach
dem Stand der Technik. Eine Anode einer LED 102 ist an
einen positiven Anschluß (+V)
einer Spannungsversorgung an Anschluß 101 gekoppelt. Eine
Kathode der LED 102 ist an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 104 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 104 ist
an einen Kollektor (Anschluß 103)
eines NPN-Transistors 106 gekoppelt. Ein Emitter (Anschluß 105)
des Transistors 106 ist an eine gemeinsame Masse gekoppelt.
Ein Widerstand 108 ist zwischen eine Basis (Anschluß 107)
des Transistors 106 und einen Anschluß 109 gekoppelt. Der
Widerstand 108 dient dazu, einen Basisstrom des Transistors 106 zu
begrenzen. Während
eines normalen Betriebes wird ein Datensignal an Anschluß 109 angelegt.
Das Datensignal weist einen ausreichenden Pegel auf, um zu bewirken,
daß der
Transistor 106 schaltet (ein und aus) als eine Funktion
des Datensignals an Anschluß 109.
Wenn der Transistor 106 einschaltet, wird Strom durch die LED 102,
den Widerstand 104 und den Transistor 106 hindurch
geleitet. Dies bewirkt, das die LED 102 Licht emittiert.
Die Intensität
des Lichtes ist eine Funktion des Stroms (durch das Datensignal
an Anschluß 109 gesteuert),
der durch die LED 102 geleitet wird.
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1B ist
ein elektrisches Schema eines binären LED-Treibers 110,
der einen N-Kanal-Feldeffekttransistor des Anreicherungstyps (FET) 116 verwendet. Ähnlich wie
bei 1A bewirkt ein Datensignal mit einem ausreichenden
Pegel an einem Anschluß 119,
daß eine
LED 112 Strom leitet. Der durch die LED 112 geleitete
Strom bewirkt, daß Licht
von der LED 112 emittiert wird. Die Intensität des emittierten
Lichtes entspricht dem Datensignal an Anschluß 119. Wie es in 1B gezeigt
ist, ist eine Anode der LED 112 an einen positiven Anschluß (+V) einer Spannungsversorgung
an einem Anschluß 111 gekoppelt.
Eine Kathode der LED 112 ist an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 114 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 114 ist
an eine Drain (Anschluß 113)
des FET 116 gekoppelt. Eine Source (Anschluß 115)
des FET 116 ist an eine gemeinsame Masse gekoppelt. Ein
Widerstand 118 ist zwischen Anschluß 119 und ein Gate
(Anschluß 117) des
FET 116 gekoppelt und bewirkt, daß ein Gate-Strom des FET 116 begrenzt
wird. Der Widerstand 114 bewirkt, daß der Strom durch die LED 112 und
den FET 116 begrenzt wird, wenn der FET 116 eingeschaltet
ist.
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1C ist
ein elektrisches Schema eines binären LED-Treibers 140.
Eine Anode einer LED 142 ist an einen positiven Anschluß (+V) einer
Spannungsversorgung an Anschluß 141 gekoppelt.
Eine Kathode der LED 142 ist an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 144, eines Widerstandes 154 und eines
Kondensators 156 gekoppelt. Der Widerstand 154 legt
einen Vorstrom für
die LED 142 fest. Dieser Vorstrom positioniert die LED 142 in
die Nähe ihres
linearen Betriebsbereiches. Der Vorstrom funktioniert derart, daß die LED 142 teilweise
eingeschaltet wird, so daß ein
an Anschluß 143 angelegtes
Eingangssignal bewirken wird, daß die LED 142 in einem
im wesentlichen linearen Bereich arbeiten wird. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 144 ist
an einen Ausgang eines Puffers 146 gekoppelt. Ein Eingang
des Puffers 146 ist an eine gemeinsame Masse gekoppelt.
Ein Freigabeeingang des Puffers 146 ist an einen Ausgang
eines Inverters 148 gekoppelt. Der Ausgang des Inverters 148 ist
auch mit einem Eingang eines Puffers 150 gekoppelt. Ein
Freigabeeingang des Puffers 150 ist an Masse gekoppelt.
Eine Ausgang des Puffers 150 ist an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 152 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 152 ist
an einen zweiten Anschluß des
Kondensators 156 gekoppelt.
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Ein
Datensignal (wenn es aktiv ist) an Anschluß 143 bewirkt, daß die LED 142 durch
den Widerstand 144 und den Puffer 146 hindurch
leitet. Das Datensignal bewirkt, daß die LED 142 ausschaltet, wenn
das Datensignal inaktiv ist. Das von der LED 142 emittierte
Licht folgt dem Datensignal an Anschluß 143. Der Puffer 150,
der Widerstand 152 und der Kondensator 156 (die
zusammen als ein Spitzenkreis bekannt sind) transportieren einen Übergangsstrom,
wenn das Datensignal bewirkt, daß die LED 142 aus
einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand oder aus
einem leitenden Zustand in einen nichtleitenden Zustand umschaltet.
Dies verbessert das Übergangsverhalten
der LED 142. Somit emittieren die LED der 1A–1C Licht,
wenn ein Datensignal aktiv ist, und sind aus, wenn das Datensignal
inaktiv ist.
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1D ist
ein Beispiel von Signalen, die von mehreren Sendern (wie beispielsweise
jene der 1A–1C) an
einen einzelnen Empfänger
geliefert werden. Ein von einem ersten Sender gesendetes Signal 158 weist
eine Mittellinie 160 auf. Ein von einem zweiten Sender
gesendetes Signal 162 weist eine Mittellinie 164 auf.
Ein von einem dritten Sender gesendetes Signal 166 weist
eine Mittellinie 168 auf. Die Signale 158, 162 und 166 weisen
wie gezeigt eine konstante Grundlinie 170 auf. Jedoch weisen
die Signale 158, 162 und 166 jeweils
eine unterschiedliche Mittellinie 160, 164 bzw. 168 auf.
Wie es oben diskutiert wurde, muß ein einzelner Empfänger, der
Signale empfängt,
die eine nicht konstante Mittellinie aufweisen, eine Entscheidungsschwelle adaptiv
einstellen.
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2A ist
ein elektrisches Schema eines ternären LED-Treibers 200 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine Anode der LED 202 ist
an einen positiven Anschluß (+V)
einer Spannungsversorgung an einem Anschluß 201 gekoppelt. Wenn
entweder ein Transistor 206 oder ein Transistor 216 (oder
beide) eingeschaltet sind, leitet LED 202 Strom und emittiert
Licht. Während
eines normalen Betriebes wird ein Daten-/Leerlaufsignal an Anschluß 209 angelegt.
Das Daten-/Leerlaufsignal folgt einem Datensignal, wenn das Datensignal
vorhanden ist, und kehrt zu einem aktiven Zustand zurück, wenn
das Datensignal nicht vorhanden ist. Eine Kathode der LED 202 ist
an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 204 und eines Widerstandes 214 gekoppelt.
Ein zweiter Anschluß des
Widerstandes 204 ist an einen Kollektor (Anschluß 203) des
Transistors 206 gekoppelt. Ein Emitter (Anschluß 205)
des Transistors 206 ist an eine gemeinsame Masse gekoppelt.
Ein Widerstand 208 ist zwischen eine Basis (Anschluß 207)
des Transistors 206 und einen Anschluß 209 gekoppelt.
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Ein
zweiter Anschluß des
Widerstandes 214 ist an einen Kollektor (Anschluß 213)
des Transistors 216 gekoppelt. Ein Emitter (Anschluß 215)
des Transistors 216 ist an die gemeinsame Masse gekoppelt. Ein
Widerstand 218 ist zwischen eine Basis (Anschluß 217)
des Transistors 216 und einen Anschluß 219 gekoppelt. Wie
es zuvor festgestellt wurde, wird, wenn kein Datensignal an Anschluß 219 vorhanden ist,
ein Daten-/Leerlaufsignal (d.h. ein Steuersignal) aktiv. Dies bewirkt,
daß der
Transistor 206 leitet. Wenn der Transistor 206 leitet,
fließt
ein Strom durch die LED 202 hindurch, was wiederum bewirkt,
daß von
der LED 202 Licht emittiert wird. Im normalen Betrieb wird
das von der LED 202 emittierte Licht in ein optisches Netz
(über eine
Lichtleitfaser) eingekoppelt. Somit liefert das Daten-/Leerlaufsignal
ein Ruhelichtsignal, das sich zwischen einem Aus-Zustand und einem Ein-Zustand der LED 202 befindet.
Wenn ein Datensignal an Anschluß 219 bereitgestellt
wird, folgt das Daten-/Leerlaufsignal dem Datensignal. Wenn das
Datensignal an Anschluß 219 aktiv
ist, leitet der Transistor 216. Dies bewirkt, daß die Widerstände 214 und 204 parallel
geschaltet werden, was bewirkt, daß der Stromfluß durch
die LED 202 hindurch zunimmt und infolgedessen das von
der LED 202 emittierte Licht zunimmt.
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Ein
Fachmann wird feststellen, daß ein
ternäres
Ansteuerungsschema gemäß der vorliegenden
Erfindung mit jedem Licht emittierenden Bauelement eingesetzt werden
kann, das eine Kennlinie mit einem im wesentlichen linearen Abschnitt
aufweist (d.h. vorausgesetzt, daß der lineare Bereich breit
genug ist, daß ein
Empfänger,
der mit dem Treiber verwendet wird, zwischen den ternären Lichtpegeln
unterscheiden kann). Im allgemeinen kann jedes Licht emittierende
Bauelement verwendet werden, das in der Lage ist, unterschiedliche
detektierbare Lichtintensitäten
linear zu liefern. Es ist auch zu erwarten, daß Laserdioden als das Licht
emittierende Bauelement in einem optischen System verwendet werden können, das
ein ternäres
Signalgebungsschema verwendet. Beispielsweise kann ein Sender, der
zwei Laserdioden verwendet, ternäre
Signale liefern. Wenn beide Laserdioden aus sind, wird kein Licht emittiert.
Wenn nur eine der Laserdioden an ist, wird ein Ruhelichtpegel (d.h.
das Daten-/Leerlaufsignal) geliefert. Wenn beide Dioden an sind,
liegt der Lichtpegel auf einem Maximum. Es wird auch zu erwarten sein,
daß mit
Bauelementen, die nur in der Lage sind, Licht mit einer einzigen
Intensität
zu emittieren, ein elektromechanisches oder mikromechanisches Verschließen verwendet
werden kann, um einen Sender mit ternärer Signalgebung bereitzustellen.
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2B ist
ein elektrisches Schaltkreisschema eines ternären LED-Treibers 220,
der N-Kanal-FET des Anreicherungstyps anstelle der NPN-Bipolartransistoren
von 2A verwendet. Der elektrische Schaltkreis von 2B funktioniert
im wesentlichen gleich wie der elektrische Schaltkreis von 2A.
Das heißt,
die FET 226 und 236 wirken als Schalter, die in
Ansprechen auf ein Daten-/Leerlaufsignal bzw. ein Datensignal ein-
und ausschalten. Als solcher wird der elektrische Schaltkreis von 2B hierin
nicht weiter diskutiert.
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2C ist
ein weiteres elektrisches Schaltkreisschema eines ternären LED-Treibers 240 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein positiver Anschluß (+V) einer
Spannungsversorgung ist an einen Anschluß 241 gekoppelt. Ein negativer
Anschluß der
Spannungsversorgung ist an eine gemeinsame Masse des Treibers 240 gekoppelt.
Eine Anode einer LED 242 ist an den Anschluß 241 gekoppelt.
Eine Kathode der LED 242 ist an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 244, eines Kondensators 251, eines
Widerstandes 254, eines Kondensators 261 und eines
Widerstandes 264 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 264 ist
an die gemeinsame Masse gekoppelt. Der Widerstand 264 legt
einen Vorstrom für
die LED 242 fest. Dies positioniert die LED 242 in
die Nähe
ihres linearen Betriebsbereiches. Dieser Vorstrom funktioniert derart,
daß die
LED 242 teilweise eingeschaltet wird, so daß ein an
Anschluß 245 angelegtes
Eingangssignal bewirkt, daß die
LED 242 in einem im wesentlichen linearen Bereich arbeitet.
Ein zweiter Anschluß des
Widerstandes 244 ist an einen Ausgang eines Puffers 246 gekoppelt.
Ein Eingang des Puffers 246 ist an die gemeinsame Masse
gekoppelt. Ein Freigabeeingang des Puffers 246 ist an einen
Ausgang eines NOR-Gatters 248 gekoppelt.
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Ebenfalls
an den Ausgang eines NOR-Gatters 248 ist ein Eingang eines
Puffers 250 gekoppelt. Ein Freigabeeingang des Puffers 250 ist
an die gemeinsame Masse gekoppelt. Ein Ausgang des Puffers 250 ist
an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 252 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 252 ist
an einen zweiten Anschluß des Kondensators 251 gekoppelt.
Ein erster Eingang des NOR-Gatters 248 ist an einen Anschluß 243 gekoppelt.
Ein zweiter Eingang des NOR-Gatters 248 ist an einen Anschluß 245 gekoppelt.
Der Anschluß 245 ist auch
an einen ersten Eingang eines NOR-Gatters 258 gekoppelt.
Ein zweiter Eingang des NOR-Gatters 258 ist
an die gemeinsame Masse gekoppelt. Ein Ausgang des NOR-Gatters 258 ist
an einen Freigabeeingang eines Puffers 256 gekoppelt. Ein
Eingang des Puffers 256 ist an die gemeinsame Masse gekoppelt.
Ein Ausgang des Puffers 256 ist an einen zweiten Anschluß des Widerstandes 254 gekoppelt. Der
Ausgang des NOR-Gatters 258 ist auch an einen Eingang eines
Puffers 260 gekoppelt. Ein Freigabeeingang des Puffers 260 ist
an die gemeinsame Masse gekoppelt. Ein Ausgang des Puffers 260 ist
an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 262 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 262 ist an
einen zweiten Anschluß eines
Kondensators 261 gekoppelt.
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Während des
Senderbetriebes wird ein Leerlauf- oder Freisignal (d.h. ein Steuersignal)
an Anschluß 243 präsentiert,
das normalerweise in einem aktiven Zustand ist. Wie hierin verwendet,
umfaßt
der Ausdruck "Steuersignal" sowohl ein Daten-/Leerlaufsignal
als auch ein Leerlaufsignal. Wenn ein Datensignal an Anschluß 245 vorhanden
ist, wechselt das Leerlaufsignal an Anschluß 243 in einen inaktiven Zustand.
Wenn das Leerlaufsignal an Anschluß 243 aktiv ist (d.h.
high ist oder auf einem High-Pegel liegt),
wird der Ausgang des NOR-Gatters 243 inaktiv (d.h. ist
low oder liegt auf einem Low-Pegel). Ein Low-Signal am Ausgang des
NOR-Gatters 248 gibt den
Puffer 246 frei und stellt einen Stromweg für die LED 242 (durch
den Widerstand 244 und den Puffer 246 hindurch)
bereit. Der Ausgang des Puffers 248 ist immer dann low,
wenn ein Signal an Anschluß 243 oder
an Anschluß 245 auf
high liegt.
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Wenn
die Signale an Anschluß 243 und
Anschluß 245 beide
low sind, sind die Ausgänge
des NOR-Gatters 248 und des NOR-Gatters 258 high. Dies
sperrt beide Puffer 246 und 256, was bewirkt, daß die LED 242 ausschaltet.
Der Puffer 250, der Widerstand 252 und der Kondensator 251 stellen
einen Übergangsstromweg
bereit, der die Ansprechzeit der LED 241 verbessert. Der
Puffer 260, der Widerstand 262 und der Kondensator 261 stellen
auch einen Übergangsstromweg
bereit, der die Ansprechzeit der LED 241 verbessert. Wie
bei den 2A–2B liefert
der elektrische Schaltkreis von 2C ein
Signal von einem Sender, dessen Ruhepegel sich zwischen einem Dunkel-Pegel
(voll aus) und einem Hell-Pegel (voll an) befindet.
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2D ist
ein Beispiel von Signalen, die von mehreren Sendern (wie beispielsweise
jenen der 2A–2C) an
einen einzelnen Empfänger
geliefert werden, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Während
jedes gesendete Signal 270, 272 und 274 eine
unterschiedliche Intensität
aufweist, weist jedes Signal 270, 272 und 274 eine
konstante Mittellinie 276 auf. Somit muß ein einzelner Empfänger, der
mehrere Signale mit einer konstanten Mittellinie empfängt, eine
Entscheidungsschwelle nicht adaptiv einstellen. Das heißt, der
einzelne Empfänger
kann eine konstante Entscheidungsschwelle für mehrere Sender bei der Bestimmung
davon benutzen, ob ein empfangenes optisches Signal in eine digitale "1" oder eine digitale "0" umgewandelt
werden sollte.
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2E ist
ein elektrisches Schema eines ternären Treibers 500,
der zwei LED verwendet, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Anoden der LED 502 und 512 sind
an einen positiven Anschluß (+V)
einer Spannungsversorgung an einem Anschluß 501 gekoppelt. Wenn
Transistor 506 oder Transistor 516 (oder beide)
eingeschaltet sind, leiten die LED 502 und 512 Strom
und emittieren Licht. Während
eines normalen Betriebes wird ein Daten-/Leerlaufsignal (d.h. ein
Steuersignal) an Anschluß 509 angelegt.
Das Daten-/Leerlaufsignal folgt einem Datensignal, wenn das Datensignal vorhanden
ist, und kehrt zu einem aktiven Zustand zurück, wenn das Datensignal nicht
vorhanden ist. Eine Kathode der LED 502 ist an einen ersten
Anschluß eines
Widerstandes 504 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 504 ist
an einen Kollektor (Anschluß 503)
des Transistors 506 gekoppelt. Ein Emitter (Anschluß 505)
des Transistors 506 ist an eine gemeinsame Masse gekoppelt.
Ein Widerstand 508 ist zwischen eine Basis (Anschluß 507)
des Transistors 506 und einen Anschluß 509 gekoppelt.
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Eine
Kathode der LED 512 ist an einen ersten Anschluß eines
Widerstandes 514 gekoppelt. Ein zweiter Anschluß des Widerstandes 514 ist
an einen Kollektor (Anschluß 513)
des Transistors 516 gekoppelt. Ein Emitter (Anschluß 515)
des Transistors 516 ist an die gemeinsame Masse gekoppelt.
Ein Widerstand 518 ist zwischen eine Basis (Anschluß 517) des
Transistors 516 und einen Anschluß 519 gekoppelt. Wie
es zuvor festgestellt wurde, ist, wenn kein Datensignal an Anschluß 519 vorhanden
ist, das Daten-/Leerlaufsignal aktiv. Dies bewirkt, daß der Transistor 506 leitet.
Wenn der Transistor 506 leitet, fließt ein Strom durch die LED 502,
was wiederum bewirkt, daß von
der LED 502 Licht emittiert wird. Im normalen Betrieb wird
das von der LED 502 emittierte Licht über Lichtleitfasern 530 und 534 in
ein optisches Netz eingekoppelt.
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Somit
liefert das Daten-/Leerlaufsignal ein Ruhelichtsignal, das sich
zwischen einem Aus-Zustand und einem An-Zustand befindet. Wenn ein
Datensignal an Anschluß 519 geliefert
wird, folgt das Daten-/Leerlaufsignal dem Datensignal. Wenn das Datensignal
an Anschluß 519 aktiv
ist, leitet der Transistor 516. Dies bewirkt, daß von der
LED 502 und von der LED 512 Licht emittiert wird,
wenn das Datensignal aktiv ist. Das Licht von der LED 512 wird über Lichtleitfasern 532 und 534 in
das optische Netz eingekoppelt. Die Lichtleitfasern 530, 532 und 534 bilden
einen optischen Kombinator. Ein Ende der Fasern 530 und 532 liegt
an einem Ende der Faser 534 an. Somit wird Licht, das am
anderen Ende der Fasern 530 und 532 empfangen
wird, in der Faser 534 kombiniert. Ein Fachmann wird feststellen,
daß andere
Techniken verwendet werden können,
um einen optischen Kombinator zu bilden (z. B. Fokussierlinsen).
Ferner können
die LED 502 und 512, falls es erwünscht ist,
Laserdioden sein.
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3 ist
ein Blockschaltbild eines passiven, optischen, sternförmigen Netzes 300,
das verschiedene Kraftfahrzeugmodule (302–312)
umfaßt.
Ein passiver Hub 340 koppelt verschiedene Knoten miteinander.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist ein passiver Hub typischerweise
ein flaches, rechtwinkliges Kunststoffteil mit einer Anzahl von
Sendefasern, die an einen ersten Anschluß gekoppelt sind, und einer
Anzahl von Empfangsfasern, die an einen zweiten Anschluß gekoppelt
sind. Wie es in 3 gezeigt ist, sendet eine Benutzerschnittstelle 302 Information an
den Hub 340 über
eine Lichtleitfaser 321. Die Benutzerschnittstelle 302 empfängt Information
von dem optischen Hub 340 über eine Lichtleitfaser 320. Ein
Navigationsmodul 304 empfängt Information von dem Hub 340 über eine
Lichtleitfaser 322 und liefert Information an den Hub 340 über eine
Lichtleitfaser 323.
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Ein
Haupt-Controller 306 liefert Information an den Hub 340 über eine
Lichtleitfaser 325 und empfängt Information von dem Hub 340 über eine Lichtleitfaser 324.
Der Haupt-Controller 306 sendet vorzugsweise unterschiedliche
Information während eines
zugewiesenen Zeitkanals, die es erlaubt, daß andere an das Netz gekoppelte
Knoten richtig funktionieren. Diese Information kann Konfigurationsinformation
und Zeitabstimmungsdaten (d.h. einen Frequenzbezug) umfassen. Die
Konfigurationsinformation kann die verwendete Datenstruktur und
den Zeitkanal umfassen, in dem ein besonderer Knoten nach Daten
suchen sollte, die an den Knoten adressiert sind. Alternativ kann
der Haupt-Controller 306 als eine zentrale Entscheidungs-
oder Zuteilungseinrichtung (arbitrator) bei der Festlegung funktionieren, welcher
Knoten in einem gegebenen Zeitkanal eines gegebenen Rahmens senden
soll.
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Ein
Digitalradiomodul 308 liefert Information an den Hub 340 über eine
Lichtleitfaser 327 und empfängt Information von dem Hub 340 über eine Lichtleitfaser 326.
Wie gezeigt empfängt
ein Lautsprechermodul 310 Information von dem Hub 340 über eine
Lichtleitfaser 328. Eine Anzeige 312 empfängt Information
von dem Hub 340 über
eine Lichtleitfaser 330. Während nur vier Sendemodule
in 3 gezeigt sind, wird der Fachmann feststellen, daß andere
Sendeknoten hinzugefügt
werden können,
falls dies gewünscht
ist. Beispielsweise offenbart U.S.-Patent Nr. 5,995,512 A mit dem
Titel "High Speed
Multimedia Data Network" von
Russell Wilbur Pogue, Jr., das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung
gehört,
ein passives, sternförmiges
Netz (das vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird),
das andere Sendeknoten umfaßt.
Der Offenbarungsgehalt des U.S.-Patents
Nr. 5,995,512 A ist hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen.
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In
dem passiven, optischen, sternförmigen Netz
von 3 könnte
die Benutzerschnittstelle 302 beispielsweise einem Benutzer
erlauben, zu bewirken, daß an
einer Anzeige 312 eine Karte angezeigt wird. Dies wird
typischerweise bewerkstelligt, wenn der Benutzer ein besonderes
Bedienelement betätigt,
das an die Benutzerschnittstelle 302 gekoppelt ist. Alternativ
könnte
die Funktion über
Sprache bedient werden. Das Benutzerschnittstellenmodul 302 liefert
dann während
eines zugewiesenen (oder zugeteilten) Zeitkanals bestimmte Information
an die Lichtleitfaser 321. Diese Information wird an den
Hub 340 geliefert, der wiederum die Information an das Navigationsmodul 304 (neben
anderen) liefert. Das Navigationsmodul 304 empfängt die
Information über eine
Lichtleitfaser 322. Das Navigationsmodul 304 spricht
an, wenn es geeignet ist, indem Information auf der Lichtleitfaser 323 während eines
zugewiesenen (oder zugeteilten) Zeitkanals geliefert wird. Der Hub 340 transportiert
die Information, die von dem Navigationsmodul 304 geliefert
wird, und kann beispielsweise die Information über eine Lichtleitfaser 330 an
die Anzeige 312 liefern. Die Anzeige 312 spricht
dann an, indem sie die Information, beispielsweise in der Form einer
Straßenkarte
eines besonderen Gebietes, wie es von einem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 302 ausgewählt wird,
anzeigt.
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Wie
es oben diskutiert wurde, kann der Haupt-Controller 306 Signale
an jedes der Module 302–312 liefern und schlechthin
als ein erster Sender wirken. Das Navigationsmodul 304 kann
auch Signale von der Benutzerschnittstelle 302 empfangen,
die in diesem Fall als ein zweiter Sender wirkt. In einem typischen
Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Audioverstärker (nicht gezeigt) einen
Empfänger
umfassen, der Signale von einem Mobiltelefon (nicht gezeigt, das
als ein erster Sender wirkt) und einem Digitalradio 308 (das
als ein zweiter Sender wirkt) empfängt.
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4 ist
ein elektrisches Schaltbild und Blockdiagramm, das einen Teil des
Navigationsmoduls 304 zeigt. Wie es zuvor diskutiert wurde,
wird Information an das Modul 304 über die Lichtleitfaser 322 gesendet.
Diese Information wird von einer Fotodiode 410 empfangen,
die an einen Empfänger 406 des
Navigationsmoduls 304 gekoppelt ist. Typischerweise ist
ein Mikrocontroller (nicht gezeigt) innerhalb des Navigationsmoduls 304 an
den Empfänger 406 gekoppelt,
um die Verarbeitung der empfangenen Information zu steuern. Der
Mikrocontroller steuert typischerweise auch das Senden von Information
(über einen
Sender 404 und einen Treiber 402) an verschiedene
andere Knoten. Wie es hier anhand der 2A–2C diskutiert
wurde, bewirkt der Treiber 402, daß die LED 408 Information
(in optischer Form) an die Faser 323 liefert. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Treiber 402 von 4 gemäß dem elektrischen
Schema des ternären
LED-Treibers 240 aufgebaut (wie es in 2C gezeigt
ist).
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Es
ist zu erwarten, daß eine
ternäre
Signalgebung auch mit aktiven optischen Netzen vorteilhaft eingesetzt
werden kann. In diesem Falle kann die aktive Schaltung in einem
Hub oder einem Repeater oder Zwischenverstärker vereinfacht sein, da das empfangene
Signal direkt in einen Komparator und einen weiteren ternären LED-Treiber
eingespeist werden kann, ohne zuerst eine adaptive Schwellenfunktion
durchzuführen.
Es ist zu erwarten, daß die vorliegende
Erfindung vorteilhaft in einem Lichtwellenleiterring eingesetzt
werden kann, der einen Teil des Signals an jedem Knoten abteilt.
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Zusammengefaßt umfaßt ein System
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mehrere ternäre Signalgebungssender zum
elektronischen Senden oder Übertragen
von Information über
ein optisches Superpositionsnetz, das ein TDM-Protokoll verwendet.
Jeder der Sender umfaßt eine
Lichtquelle, ein erstes elektronisches Bauelement und ein zweites
elektronisches Bauelement, die an die Lichtquelle gekoppelt sind.
Die Lichtquelle liefert Licht an das optische Superpositionsnetz.
Das erste elektronische Bauelement ist an die Lichtquelle gekoppelt
und empfängt
ein Leerlaufsignal. Das erste elektronische Bauelement stellt einen
Stromweg zur Lichtquelle breit, so daß die Lichtquelle in Ansprechen.
auf das Leerlaufsignal Licht emittiert. Das zweite elektronische
Bauelement ist ebenfalls an die Lichtquelle gekoppelt und empfängt ein
Datensignal. Das zweite elektronische Bauelement stellt einen weiteren
Stromweg zur Lichtquelle bereit, so daß die Lichtquelle auch in Ansprechen
auf ein Datensignal Licht emittiert. Das von der Lichtquelle emittierte
Licht liefert, wenn das Leerlaufsignal aktiv ist, einen annähernd konstanten
Lichtpegel, so daß ein
Empfänger eine
einzige Entscheidungsschwelle aus der Information ableiten kann,
die aus der Vielzahl von ternären
Signalgebungssendern empfangen wird.
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Somit
umfaßt
ein optisches Superpositionsnetz 300, das ein Zeitmultiplexprotokoll
(TDM-Protokoll) verwendet, einen ersten optischen Sender 304, einen
zweiten optischen Sender 302 und einen Empfänger 312.
Der erste optische Sender 304 sendet während eines Zeitkanals Information
in einem ternären
Modus. Der zweite optische Sender 302 sendet während eines
unterschiedlichen Zeitkanals Information in einem ternären Modus.
Die Information, die über
das optische Superpositionsnetz 300 gesendet wird, weist
eine annähernd
konstante Durchschnittsinten sität
auf, so daß der
Empfänger 312 eine
einzige Entscheidungsschwelle für
die Information verwenden kann, die von dem ersten und dem zweiten
optischen Sender 304, 302 empfangen wird.