DE102010002366B4 - Verfahren zum Reduzieren von Energiedissipation und zum Reduzieren von Pulsbreitenverzerrung in einem Optokopplersystem sowie Optokopplersystem - Google Patents
Verfahren zum Reduzieren von Energiedissipation und zum Reduzieren von Pulsbreitenverzerrung in einem Optokopplersystem sowie Optokopplersystem Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung beziehen sich auf das Gebiet von Optokopplern und Komponenten, Vorrichtungen, Systemen und Verfahren, die damit in Zusammenhang stehen.
- Hintergrund
- Optokopplersysteme werden im Allgemeinen eingesetzt, um Signale zwischen denselben oder unterschiedlichen Schaltkreisen, wie beispielsweise einem Sender und einem Empfänger, zu übertragen. Ein kurzer optischer Übertragungspfad wird üblicherweise eingesetzt, um solche Signale zwischen den Schaltkreis(en) zu übertragen, während eine elektrische Isolation aufrechterhalten wird, da die Signale von einer elektrischen Form in eine optische Form umgewandelt werden, und dann zurück zur elektrischen Form durch den Optokoppler. Ein typischer Optokoppler verwendet eine LED als eine Lichtquelle, welche durch ein Eingangssignal, das an den Optokoppler bereitgestellt wird, und ihren entsprechenden Treiberschaltkreis angetrieben wird. Lichtsignale, die dem Eingangssignal entsprechen, werden durch die LED an eine Fotodiode über eine elektrische Isolationslücke bereitgestellt, die wiederum betriebsfähig mit einem Ausgangsschaltkreis gekoppelt ist.
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DE 102 51 504 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Optokopplersystems. Dabei wird eine steigende Flanke eines Eingangssignals in einen kurzen Puls und eine fallende Flanken des Eingangssignals in einen längeren Puls gleicher Höhe umgesetzt. - Manche Optokopplersysteme sind dafür bekannt, einen relativ hohen Stromverbrauch aufzuweisen, besonders mit Bezug auf die Fotodiodenteile davon. Des Weiteren ist es nicht ungewöhnlich, dass eine Pulsbreitenverzerrung in Signalen auftritt, die durch Optokopplersysteme ausgegeben werden. Was benötigt wird, ist ein Verfahren sowie ein Optokopplersystem, welche eine reduzierte Energievergeudung und eine reduzierte Pulsbreitenverzerrung bieten.
- Zusammenfassung
- Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und das Optokopplersystem gemäß Anspruch 10.
- In manchen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Reduzieren von Energievergeudung und Reduzieren von Pulsbreitenverzerrung in einem Optokopplersystem bereitgestellt, das das Bereitstellen eines Eingangssignals mit hohen und niedrigen Zuständen an das Optokopplersystem, das Erzeugen erster und zweiter Stromsignale, die den hohen und niedrigen Zuständen des Eingangssignals entsprechen, wobei das erste Stromsignal hohe und niedrige Teilbereiche aufweist, wobei das Stromsignal hohe Teilbereiche und Nullteilbereiche aufweist, das Erzeugen, mit einer Lichtquelle, erster und zweiter Lichtsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen des ersten und zweiten Stromsignals entsprechen, das Erzeugen, mit einem Lichtdetektor, der in Bezug auf die Lichtquelle betreibbar konfiguriert ist, erster und zweiter Lichtdetektorstromsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Lichtsignale entsprechen, das Konvertieren der ersten und zweiten Lichtdetektorstromsignale in erste und zweite Spannungssignale mit jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Stromsignale entsprechen, das Wiedergeben der hohen und niedrigen Zustände des Eingangssignals an einen Ausgang des Optokopplersystems unter Verwendung der ersten und zweiten Spannungssignale und der dazu entsprechenden jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereiche aufweist.
- In anderen Ausführungsformen wird ein Optokopplersystem bereitgestellt, das einen Stromtreiber-Logikschaltkreis, der konfiguriert ist, um ein Eingangssignal mit hohen und niedrigen Zuständen zu empfangen und erste und zweite Steuersignale, die solchen hohen und niedrigen Zuständen entsprechen, auszugeben, eine erste Stromquelle, die konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Steuersignale zu empfangen und dazu entsprechende jeweilige erste und zweite Stromsignale auszugeben, wobei das erste Stromsignal hohe und niedrige Teilbereiche aufweist, wobei das zweite Stromsignal hohe und Nullteilbereiche aufweist, eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Stromsignale zu empfangen und erste und zweite Lichtsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen davon entsprechen, zu erzeugen, einen Lichtdetektor, der betreibbar in Bezug auf die Lichtquelle konfiguriert ist, um erste und zweite Lichtdetektorstromsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Lichtsignale entsprechen, zu erzeugen, einen Transimpedanzverstärker, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Lichtdetektorstromsignale zu empfangen und solche Signale in erste und zweite Spannungssignale mit jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Stromsignale entsprechen, umzuwandeln, einen ersten Referenzverstärker, der konfiguriert ist, um eine hohe Referenzspannung zu erzeugen, die dem hohen Zustand des Eingangssignals entspricht, einen zweiten Referenzverstärker, der konfiguriert ist, um eine niedrige Referenzspannung zu erzeugen, die dem niedrigen Zustand des Eingangssignal entspricht, einen ersten Vergleicher, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Spannungssignale zu empfangen und diese mit der hohen Referenzspannung zu vergleichen und ein erstes Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen, einen zweiten Vergleicher, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Spannungssignale zu empfangen und diese mit der niedrigen Referenzspannung zu vergleichen und ein zweites Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen, einen Detektions-Logikschaltkreis, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Vergleichersignale zu empfangen und ein Detektions-Logiksignal auf der Basis des Vergleichens solcher Signale zu erzeugen, und einen Treiber aufweist, der konfiguriert ist, um das Detektions-Logiksignal zu empfangen und ein Treibersignal auf Basis davon zu erzeugen, wobei der Treiber und der Detektions-Logikschaltkreis zusammen konfiguriert sind, um im Wesentlichen das Eingangssignal wiederzugeben.
- Weitere Ausführungsformen sind hierin beschrieben oder werden dem Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der Beschreibung und den Zeichnungen davon offensichtlich werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Unterschiedliche Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offensichtlich werden, in denen:
-
1 einen Optokoppler-Schaltkreis des Standes der Technik zeigt; -
2 Signale zeigt, die an das System von1 eingegeben werden, davon erzeugt werden und davon ausgegeben werden; -
3 eine Ausführungsform eines Optokopplersystems20 zeigt; und -
4 Signale zeigt, die an das System von3 eingegeben werden, davon erzeugt werden und davon ausgegeben werden. - Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Ähnliche Zahlen beziehen sich auf ähnliche Teile oder Schritte durch die Zeichnungen hinweg, sofern nicht anderweitig angemerkt.
- Detaillierte Beschreibungen mancher bevorzugter Ausführungsformen
- Ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Optokopplersystems
10 des Stands der Technik ist in1 gezeigt. Wenn ein Eingangssignal12 in einem hohen Zustand ist, erzeugt eine Stromquelle101 einen Strom ILED, der eine LED oder Lichtquelle102 anreizt und bewirkt, dass Licht davon emittiert wird. Das Licht, das von der LED oder Lichtquelle102 erzeugt wird, wird von einem Fotodetektor oder einer Fotodiode103 erfasst und in einen Fotodiodenstrom IPD umgewandelt. Der Fotodiodenstrom IPD wird in eine Spannung VPD an dem Ausgang eines Transimpedanzverstärkers105 umgewandelt, wenn der Strom IPD durch einen Widerstand R1 fließt. Die Spannung VPD wird dann mit VREF an dem Eingang eines Vergleichers107 verglichen. Wenn der Wert von VPD größer als VREF ist, gibt der Vergleicher107 ein hohes Signal aus. Wenn der Wert von VPD geringer ist als VREF, gibt der Vergleicher107 ein niedriges Signal aus. Die Spannung VREF ist die Spannung an dem Eingang des Vergleichers107 , wenn der Strom IREF (der durch die Stromquelle104 erzeugt wird) durch den Widerstand R2 fließt. Die Spannung VREF ist eine Schwellwertspannung, die bestimmt, ob ein hohes oder niedriges Signal an den Ausgang des Vergleichers107 bereitgestellt werden soll. Der Treiber108 erhöht die Antreibfähigkeit des Signals, das an den Ausgang des Komparators107 bereitgestellt wird. - Unter Bezugnahme nun auf
2 sind Signale gezeigt, die an das System10 von1 eingegeben werden, dadurch erzeugt und dadurch ausgegeben werden. In2 wird das Eingangssignal12 mit12a und12b bezeichnet, was jeweils den hohen und niedrigen Zuständen des Eingangssignals12 entspricht. Bezugszeichen14a und14b bezeichnen hohe und niedrige Ströme, die an die Lichtquelle102 bereitgestellt werden, welche den hohen und niedrigen Zuständen des ILED (d. h. jeweils ILEDH und ILEDL) entsprechen. Die hohen und niedrigen Spannungen, die von dem Transimpedanzverstärker105 erzeugt wurden, werden mit16a und16b bezeichnet. Die Ausgangssignale, die durch den Vergleicher107 und/oder Treiber108 bereitgestellt werden, werden durch18a und18b bezeichnet, welche den hohen und niedrigen Zuständen des Ausgangssignals, das durch das System10 bereitgestellt wird, entsprechen. Optimalerweise imitiert und gibt das Ausgangssignal18 , das durch das System10 bereitgestellt wird, die Amplitude, Phase und Frequenz des Eingangssignals12 genau wieder. - Das System
10 , das in1 dargestellt ist, hat zwei grundlegende Nachteile, die wie folgt dargestellt sind. In einem ersten Szenarium wird die LED102 durch die Stromquelle101 an- oder abgeschaltet, um den Fotodiodenstrom IPD zu erzeugen. Die Aktion des An- und Abschaltens der LED102 wird durch das Eingangssignal12 bestimmt. Wenn das Eingangssignal12 hoch ist und die LED102 infolgedessen angeschaltet ist, fließt ein signifikanter Betrag an Strom in die LED102 . Wenn die LED102 für eine lang anhaltende Zeitperiode angeschaltet bleibt, wird Strom fortlaufend in die LED102 eingespeist. Als ein Resultat kann die LED102 während einer einzelnen Periode eines 50%-Arbeitszyklus die Hälfte des Gesamtwerts des ILED verbrauchen. Beispielsweise, wenn der LED-Strom ILED ILEDH ist, wenn das Eingangssignal12 in einem hohen Zustand ist und ILEDH gleich 6 mA ist, verbraucht die Signal-LED102 über einen 50%-Arbeitszyklus ca. 3 mA pro Periode. Als ein Ergebnis verbraucht und verschwendet das Optokopplersystem12 , das in den1 und2 dargestellt ist, signifikante Beträge von Strom. - In einem zweiten Szenarium, wenn das Eingangssignal
12 zwischen hohen und niedrigen Zuständen wechselt, wird die LED102 an- oder abgeschaltet. Licht wird erzeugt, wenn die LED102 angeschaltet ist, was wiederum von der Fotodiode oder dem Lichtdetektor103 detektiert wird. Dieses Licht wird in den Strom IPD durch die Fotodiode103 umgewandelt. Der Strom IPD wird als nächstes in eine Spannung durch den Transimpedanzverstärker105 umgewandelt und mit einer festen Referenzspannung VREF verglichen. Aufgrund der Charakteristika der Fotodiode und des Transimpedanzverstärkers105 können jedoch die Anstiegs- und Abfallzeiten des IPD nicht dieselben sein. Des Weiteren ist VREF nicht an der Mitte des Bereichs von VPD festgesetzt, um eine Kompensation des Abbaus der Lichtausgabe und der Leistung der LED102 zu ermöglichen, die über die Zeit auftritt. Wie in2 gezeigt, können t1 (die Zeitdauer zwischen den ansteigenden und abfallenden Flanken der Impulse des Eingangssignals12 ) und t2 (die Zeitdauer zwischen den fallenden und ansteigenden Flanken der Impulse des Eingangssignals12 ) voneinander signifikant abweichen. Als ein Ergebnis kann das Optokopplersystem12 von1 in einer großen Pulsbreitenverzerrung resultieren. Die oben umrissenen ersten und zweiten Szenarien können daher in einem hohen Energieverbrauch und/oder -dissipation und einer signifikanten Pulsbreitenverzerrung resultieren. - Mit Bezugnahme auf
3 und4 ist nun eine Ausführungsform eines neuen Optokopplersystems20 und die dadurch erzeugten Signale gezeigt. System20 ist konfiguriert, um ein neues Codierungsschema zu implementieren, welches die obigen zwei Hauptnachteile des Optokopplersystems10 des Stands der Technik, gezeigt in1 , überwindet. Wie in3 gezeigt, ist der Stromtreiber-Logikschaltkreis309 konfiguriert, um das Eingangssignal12 zu empfangen, das hohe und niedrige Zustände12a und12b (siehe4 ) aufweist, und um erste und zweite Steuersignale auszugeben, die solchen hohen und niedrigen Zuständen entsprechen. Die erste Stromquelle301 ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Steuersignale zu empfangen und jeweilige erste und zweite Stromsignale, die dazu entsprechen, auszugeben, wobei das erste Stromsignal jeweils erste hohe und niedrige Teilbereiche15a (ILEDH) und15b (ILEDL) aufweist, und wobei das zweite Stromsignal hohe und niedrige oder Nullteilbereiche17a (ILEDH) und17b (Null-ILED) aufweist. Die Lichtquelle302 , die in einer bevorzugten Ausführungsform eine LED ist, aber auch jeder geeignete Lichtemitter sein kann, ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Stromsignale zu empfangen, und erste und zweite Lichtsignale7 und9 zu erzeugen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen davon entsprechen. Siehe hohe und niedrige Teilbereiche15a und15b und hohe und Nullteilbereiche17a und17b von ILEDH, ILEDL und Null-ILED-Signalen, die die Signale7 und9 dargestellt in4 bilden. - Der Lichtdetektor
303 , der in einer bevorzugten Ausführungsform eine Fotodiode ist, aber jeder geeignete Fotodetektor sein kann, ist in Bezug auf die Lichtquelle302 betreibbar konfiguriert, um erste und zweite Lichtdetektorstromsignale zu erzeugen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Lichtsignale entsprechen. Der Transimpedanzverstärker305 ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Lichtdetektorstromsignale zu empfangen und solche Signale in erste und zweite Spannungssignale23 und25 umzuwandeln, die jeweilige hohe, niedrige und Nullteilbereiche aufweisen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Stromsignale entsprechen. Siehe hohe und niedrige Teilbereiche19a und19b und hohe und Nullteilbereiche21a und21b von VPD dargestellt in4 . - Der erste Referenzverstärker
306 ist konfiguriert, um eine hohe Referenzspannung VREF_High (21 ) zu erzeugen, die dem hohen Zustand12a des Eingangssignals12 entspricht. Der zweite Referenzverstärker (RefAmp2)311 ist konfiguriert, um eine niedrige Referenzspannung VREF_Low (19 ) zu erzeugen. Der erste Vergleicher307 ist konfiguriert, um erste und zweite Spannungssignale23 und25 zu empfangen und dieselben mit der VREF_High (21 ) zu vergleichen, und ein erstes Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen. Der zweite Vergleicher310 ist konfiguriert, um erste und zweite Spannungssignale23 und25 zu empfangen und dieselben mit VREF_Low (19 ) zu vergleichen und ein zweites Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen. Der Detektions-Logikschaltkreis312 ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Vergleichersignale zu empfangen, und ein Detektions-Logiksignal auf der Basis des Vergleichens solcher Signale zu erzeugen. Der Treiber308 ist konfiguriert, um das Detektions-Logiksignal zu empfangen und ein Treibersignal auf Basis davon zu erzeugen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der Treiber308 und der Detektions-Logikschaltkreis312 konfiguriert sind, um im Wesentlichen die Amplitude, Phase und Frequenz des Eingangssignals12 wiederzugeben. - Fortfahrend mit Bezugnahme auf
3 und4 , wenn der Stromtreiber-Logikschaltkreis309 das Eingangssignal12 in einem hohen Zustand12a empfängt, ist der Schaltkreis309 konfiguriert, um ein erstes Steuersignal an die Stromquelle301 zu senden, um die Ausgabe des ersten Stromsignals7 an die Lichtquelle oder LED302 zu triggern. Wenn der Stromtreiber-Logikschaltkreis309 das Eingangssignal12 in einem niedrigen Zustand12b empfängt, ist der Schaltkreis309 konfiguriert, um ein zweites Steuersignal an die Stromquelle301 zu senden, um die Ausgabe eines zweiten Stromsignals9 an die Lichtquelle oder LED302 zu triggern. Wie in4 gezeigt, weist das erste Stromsignal7 hohe und niedrige Teilbereiche15a und15b auf, wobei der hohe Teilbereich15a (oder ILEDH) eine Dauer von Tpeak hat, gefolgt von einem niedrigen Teilbereich15b (oder ILEDL). Der hohe Teilbereich15a oder ILEDH ist durch einen relativ hohen Stromverbrauch gekennzeichnet, während der niedrige Teilbereich15b oder ILEDL durch einen relativ niedrigen Stromverbrauch gekennzeichnet ist. Wie des Weiteren in4 gezeigt, weist das zweite Stromsignal9 hohe und Nullteilbereiche17a und17b auf, wobei der hohe Teilbereich17a (oder ILEDH) eine Dauer von Tpeak hat gefolgt durch einen Nullteilbereich17b (Null-ILED). Der hohe Teilbereich17a oder ILEDH ist durch einen relativ hohen Stromverbrauch charakterisiert, während der Nullteilbereich17b oder Null-ILED durch im Wesentlichen keinen oder sehr geringen Stromverbrauch charakterisiert ist. - Der Vergleich von
3 mit1 zeigt, dass RefAmp2 (311 ) und die dritte Stromquelle314 zu dem System10 hinzugefügt sind, um eine VREF_Low (19 ) in dem verbesserten System20 zu erzeugen, was von einer niedrigeren Amplitude als VREF_High (21 ) ist. RefAmp2 und die dritte Stromquelle314 setzen einen Referenzpunkt für den Vergleicher 2 (310 ), um eine Detektion des niedrigen Teilbereichs15b des ersten Stromsignals7 zu ermöglichen. Diese Referenzpunktspannung (VREF_Low oder19 ) wird an den Watchdog-Logikschaltkreis313 geleitet, der konfiguriert ist, um das erste Stromsignal7 zu überwachen, und ein Signal zu senden, um den Detektions-Logikschaltkreis312 zu informieren, ob ein erstes Stromsignal7 in der Tat korrekt detektiert wurde oder nicht. Der Detektions-Logikschaltkreis312 empfängt Signale von dem Vergleicher 1 (307 ), dem Vergleicher 2 (310 ) und dem Watchdog-Logikschaltkreis313 und gibt das richtige Signal, das dem Eingangssignal12 entspricht, aus. Der Watchdog-Schaltkreis313 ist konfiguriert, um den Ausgang des Vergleichers 2 (310 ) in einem vorbestimmten Intervall von beispielsweise jede Mikrosekunde zu überprüfen. Wenn der DC-(Gleichstrom)Pegel, der von dem Komparator 2 (310 ) ausgegeben wird und durch den Watchdog-Schaltkreis313 detektiert wird, korrekt ist, ergreift der Watchdog-Schaltkreis313 keine Maßnahme. Wenn der DC-Pegel, der von dem Komparator 2 (310 ) ausgegeben wird und von dem Watchdog-Schaltkreis313 detektiert wird, nicht richtig ist, sendet der Watchdog-Schaltkreis313 jedoch ein Zurücksetzungssignal (Resetsignal) an den Detektions-Logikschaltkreis312 . In anderen Worten überwacht und korrigiert der Watchdog-Schaltkreis313 die DC-Pegel, die von dem Vergleicher 2 (310 ) ausgegeben werden. - Ein Vorteil des Codierungsschemas, das durch das System
20 in3 dargestellt ist, und den Wellenformen, die in4 gezeigt sind, ist es, dass der Betrag von Strom (ILED), der durch den Lichtquellen(302 )-LED-Strom verbraucht und/oder verschwendet wird, reduziert ist, was gleichzeitig den Betrag von Strom (IPD), der von dem Fotodetektor303 erzeugt wird, reduziert. Wie oben beschrieben, werden die LED-Ströme ILEDH, ILEDL und Null-ILED durch den Stromlogiktreiber309 gesteuert. - Unter Bezugnahme nun auf
4 stellt das obere Signal das Eingangssignal12 dar, gefolgt von dem ILED-Strom14 , VPD16 (mit VREF_High oder17 und VREF_Low oder19 darüber eingeblendet) und dem Ausgangssignal18 . Wenn das Eingangssignal12 in einem hohen Zustand ist, sendet der Stromlogiktreiberschaltkreis309 ein erstes Steuersignal an die erste Stromquelle301 . Zwei unterschiedliche Werte von ILED werden durch die erste Stromquelle301 in Antwort auf das Empfangen des ersten Steuersignals erzeugt: ILEDH (oder15a ) und ILEDL (oder15b ). Wenn das Eingangssignal12 in einem niedrigen Zustand ist, sendet der Stromlogiktreiberschaltkreis309 ein zweites Steuersignal an die erste Stromquelle301 . Zwei unterschiedliche Werte von ILED werden durch die erste Stromquelle301 in Antwort auf das Empfangen des zweiten Steuersignals erzeugt: ILEDH (oder17a ) und Null-ILED (oder17b ). - Wie des Weiteren in
3 gezeigt, weist ILEDH (15a oder17a ) eine größere Amplitude als ILEDL (oder15b ) auf. Null-ILED (oder17b ) ist durch einen geringen oder keinen Stromverbrauch und/oder -dissipation gekennzeichnet. In einer Ausführungsform, wo die Lichtquelle302 eine LED ist, kann ILEDH so hoch wie 6 mA sein und ILEDL kann so niedrig wie 2 mA sein. Man beachte, dass in einer anderen Ausführungsform die hohen Teilbereiche der ersten und zweiten Stromsignale Maximalamplituden aufweisen, die sich zwischen ca. 4 mA und ca. 20 mA bewegen, und dass die niedrigen Teilbereiche der ersten und zweiten Stromsignale die Minimalamplituden aufweisen, die größer als oder gleich ungefähr 0,5 mA oder weniger als ungefähr 50% der hohen Teilbereiche der ersten und zweiten Stromsignale sind. In der Ausführungsform von System20 , dargestellt in den3 und4 , bestimmt die ansteigende Flanke von ILEDH den Übergang des Ausgangs. Wie in3 gezeigt, ist ILEDH (15a oder17a ) ein Impuls, der über eine relativ kurze Zeitdauer Tpeak bereitgestellt wird. Dementsprechend kann, wenn der hohe Zustand des Eingangssignals12 über eine relativ lange Zeitdauer aufrechterhalten wird, der Strom ILED, der von der Lichtquelle302 verbraucht und/oder verschwendet wird, signifikant reduziert werden, da der meiste Strom, der an die LED302 bereitgestellt wird, bei einem Pegel von ILEDL (oder15b ) bereitgestellt wird. - Dieses vorteilhafte Ergebnis gilt, da Tpeak verglichen mit der Zeitdauer t1 (die der Länge der Zeit entspricht, in der das Eingangssignal
12 in einem hohen Zustand ist) klein ist. Wenn das Eingangssignal12 in einem niedrigen Zustand für eine relativ lange Zeitdauer gehalten wird, wird der Strom ILED, der von der Lichtquelle302 verbraucht und/oder verschwendet wird, im Wesentlichen auf Null reduziert, da der meiste Strom, der an die LED302 bereitgestellt wird, bei einem Pegel von Null-ILED (oder17b ) bereitgestellt wird. Dies ist, da Tpeak verglichen mit der Zeitperiode t2 (die der Länge der Zeit entspricht, in der das Eingangssignal12 in einem niedrigen Zustand ist) klein ist. - Fortfahrend mit Bezug auf
3 und4 ändert sich die Spannung an dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers305 , VPD (16 ), gemäß dem Pegel des Fotodiodenstroms IPD, der dazu bereitgestellt wird. Beispielsweise wird VPDH als ein Ausgang durch den Transimpedanzverstärker305 erzeugt, wenn die erste Stromquelle301 einen Strom von ILEDH an die Lichtquelle oder LED302 sendet. ILEDH wird in Licht umgewandelt, welches durch die Fotodiode303 empfangen wird, und verwendet, um den Fotodiodenstrom IPD zu erzeugen. - Das neue Codierungsschema, das hierin beschrieben ist, ermöglicht es der LED oder Lichtquelle
302 , weniger Strom zu verbrauchen und zu verschwenden, dank Tpeak von ILEDH15a und17a , welches klein verglichen mit dem Dauern von ILEDL und Null-ILED, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, ist. Es wird nun gesehen werden, dass die LED oder Lichtquelle302 nur geringfügig mehr als ungefähr ILEDL15b verbraucht, wenn das Eingangssignal12 in einem hohen Zustand ist. Wenn das Eingangssignal12 in einem niedrigen Zustand ist, verbraucht die Lichtquelle302 nur geringfügig mehr als Null-ILED17b , welches in einer Ausführungsform geringfügig weniger als keinerlei Strom ist. Somit verbraucht die LED302 über eine einzelne Periode eines 50% Arbeitszyklus nur geringfügig mehr als die Hälfte von ILEDL15b . Beispielsweise, wenn ILEDH15a 6 mA ist und ILEDL15b 2 mA ist, verbraucht die LED302 ungefähr 1 mA über eine einzelne Periode eines 50% Arbeitszyklus. Wie oben erwähnt, werden die Reduktionen in Strom und Energie bedeutender bei niedrigeren Frequenzen. - Wie des Weiteren in
4 gezeigt, hängt das Ausgangssignal18 nur von der ansteigenden Flanke von VPDH19a ab. Die ansteigende Flanke des Ausgangssignals18 wird getriggert, wenn die ansteigende Flanke von VPDH19a VREF_High21 kreuzt. Die abfallende Flanke des Ausgangssignals18 wird getriggert, wenn die nächste ansteigende Flanke von VPDH21a VREF_High21 wiederum kreuzt. Da Übergänge für das Ausgangssignal18 nur durch leitende ansteigende Flanken bestimmt werden, sind die Probleme, die durch unterschiedliche Ansteig- und Abfallzeiten und Neigungen von leitenden und fallenden Flanken von Impulsen, die durch den Transimpedanzverstärker305 erzeugt werden, verursacht werden, und die schädlichen Effekte, die sie auf Schwellwerte, die mit VREF_High (21 ) verbunden sind, erzeugen können, im Wesentlichen ausgeschaltet. Als ein Ergebnis wird die Pulsbreitenverzerrung reduziert. - Zusammenfassend reduziert das System
20 , dargestellt in den3 und4 , den Energieverbrauch und/oder -dissipation, da der Gesamtstrom ILED reduziert wird. Dieser Effekt tritt deutlicher bei niedrigen Frequenzen hervor. Die Pulsbreitenverzerrung wird auch reduziert, da Impulsübergänge nur durch leitende Flanken getriggert werden. - Man beachte, dass innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Verfahren des Herstellens und des Hergestellthabens der verschiedenen Komponenten, Vorrichtungen und Systeme, die hierin beschrieben sind, eingeschlossen sind.
- Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollten als Beispiele der vorliegenden Erfindung betrachtet werden statt als den Schutzumfang der Erfindung limitierend. Zusätzlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung, wird die Durchsicht der detaillierten Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen zeigen, dass es andere Ausführungsformen der Erfindung gibt. Daher werden viele Kombinationen, Permutationen, Variationen und Modifikationen der vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung, die nicht explizit dargestellt sind, nichtsdestotrotz in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
Claims (18)
- Verfahren zum Reduzieren von Energiedissipation und zum Reduzieren von Pulsbreitenverzerrung in einem Optokopplersystem, aufweisend: Bereitstellen eines Eingangssignals, das hohe und niedrige Zustände aufweist, an das Optokopplersystem; Erzeugen erster und zweiter Stromsignale, die den hohen und niedrigen Zuständen des Eingangssignals entsprechen, wobei das erste Stromsignal hohe und niedrige Teilbereiche aufweist, wobei das zweite Stromsignal hohe und Nullteilbereiche aufweist; Erzeugen, mit einer Lichtquelle, erster und zweiter Lichtsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Stromsignale entsprechen; Erzeugen, mit einem Lichtdetektor, der in Bezug auf die Lichtquelle betreibbar konfiguriert ist, erster und zweiter Lichtdetektorstromsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Lichtsignale entsprechen; Umwandeln der ersten und zweiten Lichtdetektorstromsignale in erste und zweite Spannungssignale, die jeweilige hohe, niedrige und Nullteilbereiche aufweisen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Stromsignale entsprechen; Wiedergeben der hohen und niedrigen Zustände des Eingangssignals an einem Ausgang des Optokopplersystems unter Verwendung der ersten und zweiten Spannungssignale und der jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereiche, die dazu entsprechen.
- Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend das Erzeugen einer hohen Referenzspannung und Erzeugen einer niedrigen Referenzspannung, weiterhin aufweisend das Vergleichen der ersten und zweiten Spannungssignale mit der hohen Referenzspannung und Erzeugen eines ersten Vergleichersignals auf Basis davon, und weiterhin aufweisend das Vergleichen der ersten und zweiten Spannungssignale mit der niedrigen Referenzspannung und Erzeugen eines zweiten Vergleichersignals auf Basis davon.
- Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend das Erzeugen eines Detektionslogiksignals auf Basis des Vergleichens der ersten und zweiten Vergleichersignale, insbesondere weiterhin aufweisend das Verwenden eines Treiberschaltkreises und des Detektions-Logikschaltkreises, um im Wesentlichen das Eingangssignal wiederzugeben, und insbesondere weiterhin aufweisend das weitere Verwenden eines Watchdog-Logikschaltkreises, um das zweite Vergleichersignal zu empfangen und zu verarbeiten, und ein Ausgangssignal an den Detektions-Logikschaltkreis bereitzustellen.
- Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend das Bereitstellen des Eingangssignals als eine Serie von Impulsen, wobei jeder Impuls durch eine Maximalamplitude charakterisiert ist, die dem hohen Zustand entspricht, und Zeitdauern zwischen den Impulsen durch den niedrigen Zustand charakterisiert sind.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei Übergänge von dem niedrigen Zustand zu dem hohen Zustand für jeden der Impulse in der Erzeugung von hohen Teilbereichen, die Zeitdauern Tpeak aufweisen, gefolgt von niedrigen Teilbereichen resultieren und/oder wobei Übergänge von dem hohen Zustand zu dem niedrigen Zustand für jeden der Impulse in der Erzeugung von hohen Teilbereichen, die Zeitdauern von Tpeak aufweisen, gefolgt von Nullteilbereichen resultieren.
- Verfahren nach Anspruch 5, wobei zumindest manche Impulse eine Zeitdauer von t1 aufweisen, Zeitdauern zwischen zumindest manchen benachbarten Impulsen je t2 sind, und Tpeak weniger als t1 und/oder t2 ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hohe Teilbereich des ersten Stromsignals eine Maximalamplitude aufweist, die sich zwischen 4 mA und 20 mA erstreckt, und/oder wobei der niedrige Teilbereich des ersten Stromsignals eine Minimalamplitude aufweist, die größer als oder gleich 0,5 mA oder weniger als 50% des hohen Teilbereichs des ersten Stromsignals ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste Zeitdauer, die dem hohen Teilbereich entspricht, weniger als eine zweite Zeitdauer ist, die dem niedrigen Teilbereich entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei Strom, der von der Lichtquelle während den Nullteilbereichen verbraucht wird, ungefähr Null ist.
- Optokopplersystem, aufweisend: einen Stromtreiber-Logikschaltkreis, der konfiguriert ist, um ein Eingangssignal zu empfangen, das hohe und niedrige Zustände aufweist, und erste und zweite Steuersignale auszugeben, die solchen hohen und niedrigen Zuständen entsprechen; eine erste Stromquelle, die konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Steuersignale zu empfangen, und jeweilige erste und zweite Stromsignale, die dazu entsprechen, auszugeben, wobei das erste Stromsignal hohe und niedrige Teilbereiche aufweist, wobei das zweite Stromsignal hohe und Nullteilbereiche aufweist; eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Stromsignale zu empfangen und erste und zweite Lichtsignale, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen davon entsprechen, zu erzeugen; einen Lichtdetektor, der in Bezug auf die Lichtquelle betreibbar konfiguriert ist, um erste und zweite Lichtdetektorstromsignale zu erzeugen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Lichtsignale entsprechen; einen Transimpedanzverstärker, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Lichtdetektorstromsignale zu empfangen, um solche Signale in erste und zweite Spannungssignale umzuwandeln, die jeweilige hohe, niedrige und Nullteilbereiche aufweisen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Stromsignale entsprechen; einen ersten Referenzverstärker, der konfiguriert ist, um eine hohe Referenzspannung zu erzeugen; einen zweiten Referenzverstärker, der konfiguriert ist, um eine niedrige Referenzspannung zu erzeugen; einen ersten Vergleicher, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Spannungssignale zu empfangen und dieselben mit der hohen Referenzspannung zu vergleichen, und ein erstes Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen; einen zweiten Vergleicher, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Spannungssignale zu empfangen, und dieselben mit der niedrigen Referenzspannung zu vergleichen und ein zweites Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen; einen Detektions-Logikschaltkreis, der konfiguriert ist, um die ersten und zweiten Vergleichersignale zu empfangen, und ein Detektions-Logiksignal auf der Basis des Vergleichens solcher Signale zu erzeugen, und einen Treiber, der konfiguriert ist, um das Detektions-Logiksignal zu empfangen und ein Treibersignal auf Basis davon zu erzeugen, wobei der Treiber und der Detektions-Logikschaltkreis zusammen konfiguriert sind, um im Wesentlichen das Eingangssignal wiederzugeben.
- System nach Anspruch 10, weiterhin aufweisend einen Watchdog-Logikschaltkreis, der einen Eingang aufweist, der konfiguriert ist, um das zweite Vergleichersignal zu empfangen, und einen Ausgang, der betreibbar mit dem Detektions-Logikschaltkreis gekoppelt ist.
- System nach Anspruch 10, wobei die Lichtquelle eine LED ist und/oder wobei der Lichtdetektor eine Fotodiode ist.
- System nach Anspruch 10, wobei das Eingangssignal eine Reihe von Impulsen aufweist, wobei jeder Impuls durch eine Maximalamplitude charakterisiert ist, die dem hohen Zustand entspricht, und Zeitdauern zwischen den Impulsen durch den niedrigen Zustand charakterisiert sind.
- System nach Anspruch 13, wobei Übergänge von dem niedrigen Zustand zu dem hohen Zustand für jeden der Impulse in der Erzeugung von hohen Teilbereichen, die Zeitdauern Tpeak aufweisen, gefolgt von niedrigen Teilbereichen resultieren und/oder wobei Übergänge von dem hohen Zustand zu dem niedrigen Zustand für jeden der Impulse in der Erzeugung von hohen Teilbereichen, die Zeitdauern Tpeak aufweisen, gefolgt von Nullteilbereichen resultieren.
- System nach Anspruch 14, wobei zumindest manche Impulse eine Zeitperiode von t1 aufweisen, Zeitdauern zwischen zumindest manchen benachbarten Impulsen je t2 sind, und Tpeak weniger als t1 und/oder t2 ist.
- System nach Anspruch 10, wobei der hohe Teilbereich des ersten Stromsignals eine Maximalamplitude aufweist, die sich zwischen 4 mA und 20 mA erstreckt, und/oder wobei der niedrige Teilbereich des ersten Stromsignals eine Minimalamplitude aufweist, die größer als oder gleich 0,5 mA oder weniger als 50% des hohen Teilbereichs des ersten Stromsignals ist.
- System nach Anspruch 10, wobei eine erste Zeitdauer, die dem hohen Teilbereich entspricht, weniger als eine zweite Zeitdauer ist, die dem niedrigen Teilbereich entspricht.
- System nach Anspruch 10, wobei der Strom, der von der Lichtquelle während der Nullteilbereiche verbraucht wird, ungefähr Null ist.
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