DE102010002366B4

DE102010002366B4 - Verfahren zum Reduzieren von Energiedissipation und zum Reduzieren von Pulsbreitenverzerrung in einem Optokopplersystem sowie Optokopplersystem

Info

Publication number: DE102010002366B4
Application number: DE102010002366.3A
Authority: DE
Inventors: Kah Weng Lee; Fun Kok Chow
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: US20100213874A1; US8035317B2; DE102010002366A1

Abstract

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.

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.
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 von 1 eingegeben werden, davon erzeugt werden und davon ausgegeben werden;
3 eine Ausführungsform eines Optokopplersystems 20 zeigt; und
4 Signale zeigt, die an das System von 3 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 in 1 gezeigt. Wenn ein Eingangssignal 12 in einem hohen Zustand ist, erzeugt eine Stromquelle 101 einen Strom ILED, der eine LED oder Lichtquelle 102 anreizt und bewirkt, dass Licht davon emittiert wird. Das Licht, das von der LED oder Lichtquelle 102 erzeugt wird, wird von einem Fotodetektor oder einer Fotodiode 103 erfasst und in einen Fotodiodenstrom IPD umgewandelt. Der Fotodiodenstrom IPD wird in eine Spannung VPD an dem Ausgang eines Transimpedanzverstärkers 105 umgewandelt, wenn der Strom IPD durch einen Widerstand R1 fließt. Die Spannung VPD wird dann mit VREF an dem Eingang eines Vergleichers 107 verglichen. Wenn der Wert von VPD größer als VREF ist, gibt der Vergleicher 107 ein hohes Signal aus. Wenn der Wert von VPD geringer ist als VREF, gibt der Vergleicher 107 ein niedriges Signal aus. Die Spannung VREF ist die Spannung an dem Eingang des Vergleichers 107, wenn der Strom IREF (der durch die Stromquelle 104 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 Vergleichers 107 bereitgestellt werden soll. Der Treiber 108 erhöht die Antreibfähigkeit des Signals, das an den Ausgang des Komparators 107 bereitgestellt wird.
Unter Bezugnahme nun auf 2 sind Signale gezeigt, die an das System 10 von 1 eingegeben werden, dadurch erzeugt und dadurch ausgegeben werden. In 2 wird das Eingangssignal 12 mit 12a und 12b bezeichnet, was jeweils den hohen und niedrigen Zuständen des Eingangssignals 12 entspricht. Bezugszeichen 14a und 14b bezeichnen hohe und niedrige Ströme, die an die Lichtquelle 102 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 Transimpedanzverstärker 105 erzeugt wurden, werden mit 16a und 16b bezeichnet. Die Ausgangssignale, die durch den Vergleicher 107 und/oder Treiber 108 bereitgestellt werden, werden durch 18a und 18b bezeichnet, welche den hohen und niedrigen Zuständen des Ausgangssignals, das durch das System 10 bereitgestellt wird, entsprechen. Optimalerweise imitiert und gibt das Ausgangssignal 18, das durch das System 10 bereitgestellt wird, die Amplitude, Phase und Frequenz des Eingangssignals 12 genau wieder.
Das System 10, das in 1 dargestellt ist, hat zwei grundlegende Nachteile, die wie folgt dargestellt sind. In einem ersten Szenarium wird die LED 102 durch die Stromquelle 101 an- oder abgeschaltet, um den Fotodiodenstrom IPD zu erzeugen. Die Aktion des An- und Abschaltens der LED 102 wird durch das Eingangssignal 12 bestimmt. Wenn das Eingangssignal 12 hoch ist und die LED 102 infolgedessen angeschaltet ist, fließt ein signifikanter Betrag an Strom in die LED 102. Wenn die LED 102 für eine lang anhaltende Zeitperiode angeschaltet bleibt, wird Strom fortlaufend in die LED 102 eingespeist. Als ein Resultat kann die LED 102 während einer einzelnen Periode eines 50%-Arbeitszyklus die Hälfte des Gesamtwerts des ILED verbrauchen. Beispielsweise, wenn der LED-Strom ILED ILEDH ist, wenn das Eingangssignal 12 in einem hohen Zustand ist und ILEDH gleich 6 mA ist, verbraucht die Signal-LED 102 über einen 50%-Arbeitszyklus ca. 3 mA pro Periode. Als ein Ergebnis verbraucht und verschwendet das Optokopplersystem 12, das in den 1 und 2 dargestellt ist, signifikante Beträge von Strom.
In einem zweiten Szenarium, wenn das Eingangssignal 12 zwischen hohen und niedrigen Zuständen wechselt, wird die LED 102 an- oder abgeschaltet. Licht wird erzeugt, wenn die LED 102 angeschaltet ist, was wiederum von der Fotodiode oder dem Lichtdetektor 103 detektiert wird. Dieses Licht wird in den Strom IPD durch die Fotodiode 103 umgewandelt. Der Strom IPD wird als nächstes in eine Spannung durch den Transimpedanzverstärker 105 umgewandelt und mit einer festen Referenzspannung VREF verglichen. Aufgrund der Charakteristika der Fotodiode und des Transimpedanzverstärkers 105 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 LED 102 zu ermöglichen, die über die Zeit auftritt. Wie in 2 gezeigt, können t₁ (die Zeitdauer zwischen den ansteigenden und abfallenden Flanken der Impulse des Eingangssignals 12) und t₂ (die Zeitdauer zwischen den fallenden und ansteigenden Flanken der Impulse des Eingangssignals 12) voneinander signifikant abweichen. Als ein Ergebnis kann das Optokopplersystem 12 von 1 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 und 4 ist nun eine Ausführungsform eines neuen Optokopplersystems 20 und die dadurch erzeugten Signale gezeigt. System 20 ist konfiguriert, um ein neues Codierungsschema zu implementieren, welches die obigen zwei Hauptnachteile des Optokopplersystems 10 des Stands der Technik, gezeigt in 1, überwindet. Wie in 3 gezeigt, ist der Stromtreiber-Logikschaltkreis 309 konfiguriert, um das Eingangssignal 12 zu empfangen, das hohe und niedrige Zustände 12a und 12b (siehe 4) aufweist, und um erste und zweite Steuersignale auszugeben, die solchen hohen und niedrigen Zuständen entsprechen. Die erste Stromquelle 301 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 Teilbereiche 15a (ILEDH) und 15b (ILEDL) aufweist, und wobei das zweite Stromsignal hohe und niedrige oder Nullteilbereiche 17a (ILEDH) und 17b (Null-ILED) aufweist. Die Lichtquelle 302, 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 Lichtsignale 7 und 9 zu erzeugen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen davon entsprechen. Siehe hohe und niedrige Teilbereiche 15a und 15b und hohe und Nullteilbereiche 17a und 17b von ILEDH, ILEDL und Null-ILED-Signalen, die die Signale 7 und 9 dargestellt in 4 bilden.
Der Lichtdetektor 303, der in einer bevorzugten Ausführungsform eine Fotodiode ist, aber jeder geeignete Fotodetektor sein kann, ist in Bezug auf die Lichtquelle 302 betreibbar konfiguriert, um erste und zweite Lichtdetektorstromsignale zu erzeugen, die den jeweiligen hohen, niedrigen und Nullteilbereichen der ersten und zweiten Lichtsignale entsprechen. Der Transimpedanzverstärker 305 ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Lichtdetektorstromsignale zu empfangen und solche Signale in erste und zweite Spannungssignale 23 und 25 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 Teilbereiche 19a und 19b und hohe und Nullteilbereiche 21a und 21b von VPD dargestellt in 4.
Der erste Referenzverstärker 306 ist konfiguriert, um eine hohe Referenzspannung VREF_High (21) zu erzeugen, die dem hohen Zustand 12a des Eingangssignals 12 entspricht. Der zweite Referenzverstärker (RefAmp2) 311 ist konfiguriert, um eine niedrige Referenzspannung VREF_Low (19) zu erzeugen. Der erste Vergleicher 307 ist konfiguriert, um erste und zweite Spannungssignale 23 und 25 zu empfangen und dieselben mit der VREF_High (21) zu vergleichen, und ein erstes Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen. Der zweite Vergleicher 310 ist konfiguriert, um erste und zweite Spannungssignale 23 und 25 zu empfangen und dieselben mit VREF_Low (19) zu vergleichen und ein zweites Vergleichersignal auf Basis eines solchen Vergleichs zu erzeugen. Der Detektions-Logikschaltkreis 312 ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Vergleichersignale zu empfangen, und ein Detektions-Logiksignal auf der Basis des Vergleichens solcher Signale zu erzeugen. Der Treiber 308 ist konfiguriert, um das Detektions-Logiksignal zu empfangen und ein Treibersignal auf Basis davon zu erzeugen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der Treiber 308 und der Detektions-Logikschaltkreis 312 konfiguriert sind, um im Wesentlichen die Amplitude, Phase und Frequenz des Eingangssignals 12 wiederzugeben.
Fortfahrend mit Bezugnahme auf 3 und 4, wenn der Stromtreiber-Logikschaltkreis 309 das Eingangssignal 12 in einem hohen Zustand 12a empfängt, ist der Schaltkreis 309 konfiguriert, um ein erstes Steuersignal an die Stromquelle 301 zu senden, um die Ausgabe des ersten Stromsignals 7 an die Lichtquelle oder LED 302 zu triggern. Wenn der Stromtreiber-Logikschaltkreis 309 das Eingangssignal 12 in einem niedrigen Zustand 12b empfängt, ist der Schaltkreis 309 konfiguriert, um ein zweites Steuersignal an die Stromquelle 301 zu senden, um die Ausgabe eines zweiten Stromsignals 9 an die Lichtquelle oder LED 302 zu triggern. Wie in 4 gezeigt, weist das erste Stromsignal 7 hohe und niedrige Teilbereiche 15a und 15b auf, wobei der hohe Teilbereich 15a (oder ILEDH) eine Dauer von T_peak hat, gefolgt von einem niedrigen Teilbereich 15b (oder ILEDL). Der hohe Teilbereich 15a oder ILEDH ist durch einen relativ hohen Stromverbrauch gekennzeichnet, während der niedrige Teilbereich 15b oder ILEDL durch einen relativ niedrigen Stromverbrauch gekennzeichnet ist. Wie des Weiteren in 4 gezeigt, weist das zweite Stromsignal 9 hohe und Nullteilbereiche 17a und 17b auf, wobei der hohe Teilbereich 17a (oder ILEDH) eine Dauer von T_peak hat gefolgt durch einen Nullteilbereich 17b (Null-ILED). Der hohe Teilbereich 17a oder ILEDH ist durch einen relativ hohen Stromverbrauch charakterisiert, während der Nullteilbereich 17b oder Null-ILED durch im Wesentlichen keinen oder sehr geringen Stromverbrauch charakterisiert ist.
Der Vergleich von 3 mit 1 zeigt, dass RefAmp2 (311) und die dritte Stromquelle 314 zu dem System 10 hinzugefügt sind, um eine VREF_Low (19) in dem verbesserten System 20 zu erzeugen, was von einer niedrigeren Amplitude als VREF_High (21) ist. RefAmp2 und die dritte Stromquelle 314 setzen einen Referenzpunkt für den Vergleicher 2 (310), um eine Detektion des niedrigen Teilbereichs 15b des ersten Stromsignals 7 zu ermöglichen. Diese Referenzpunktspannung (VREF_Low oder 19) wird an den Watchdog-Logikschaltkreis 313 geleitet, der konfiguriert ist, um das erste Stromsignal 7 zu überwachen, und ein Signal zu senden, um den Detektions-Logikschaltkreis 312 zu informieren, ob ein erstes Stromsignal 7 in der Tat korrekt detektiert wurde oder nicht. Der Detektions-Logikschaltkreis 312 empfängt Signale von dem Vergleicher 1 (307), dem Vergleicher 2 (310) und dem Watchdog-Logikschaltkreis 313 und gibt das richtige Signal, das dem Eingangssignal 12 entspricht, aus. Der Watchdog-Schaltkreis 313 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-Schaltkreis 313 detektiert wird, korrekt ist, ergreift der Watchdog-Schaltkreis 313 keine Maßnahme. Wenn der DC-Pegel, der von dem Komparator 2 (310) ausgegeben wird und von dem Watchdog-Schaltkreis 313 detektiert wird, nicht richtig ist, sendet der Watchdog-Schaltkreis 313 jedoch ein Zurücksetzungssignal (Resetsignal) an den Detektions-Logikschaltkreis 312. In anderen Worten überwacht und korrigiert der Watchdog-Schaltkreis 313 die DC-Pegel, die von dem Vergleicher 2 (310) ausgegeben werden.
Ein Vorteil des Codierungsschemas, das durch das System 20 in 3 dargestellt ist, und den Wellenformen, die in 4 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 Fotodetektor 303 erzeugt wird, reduziert. Wie oben beschrieben, werden die LED-Ströme ILEDH, ILEDL und Null-ILED durch den Stromlogiktreiber 309 gesteuert.
Unter Bezugnahme nun auf 4 stellt das obere Signal das Eingangssignal 12 dar, gefolgt von dem ILED-Strom 14, VPD 16 (mit VREF_High oder 17 und VREF_Low oder 19 darüber eingeblendet) und dem Ausgangssignal 18. Wenn das Eingangssignal 12 in einem hohen Zustand ist, sendet der Stromlogiktreiberschaltkreis 309 ein erstes Steuersignal an die erste Stromquelle 301. Zwei unterschiedliche Werte von ILED werden durch die erste Stromquelle 301 in Antwort auf das Empfangen des ersten Steuersignals erzeugt: ILEDH (oder 15a) und ILEDL (oder 15b). Wenn das Eingangssignal 12 in einem niedrigen Zustand ist, sendet der Stromlogiktreiberschaltkreis 309 ein zweites Steuersignal an die erste Stromquelle 301. Zwei unterschiedliche Werte von ILED werden durch die erste Stromquelle 301 in Antwort auf das Empfangen des zweiten Steuersignals erzeugt: ILEDH (oder 17a) und Null-ILED (oder 17b).
Wie des Weiteren in 3 gezeigt, weist ILEDH (15a oder 17a) eine größere Amplitude als ILEDL (oder 15b) auf. Null-ILED (oder 17b) ist durch einen geringen oder keinen Stromverbrauch und/oder -dissipation gekennzeichnet. In einer Ausführungsform, wo die Lichtquelle 302 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 System 20, dargestellt in den 3 und 4, bestimmt die ansteigende Flanke von ILEDH den Übergang des Ausgangs. Wie in 3 gezeigt, ist ILEDH (15a oder 17a) ein Impuls, der über eine relativ kurze Zeitdauer T_peak bereitgestellt wird. Dementsprechend kann, wenn der hohe Zustand des Eingangssignals 12 über eine relativ lange Zeitdauer aufrechterhalten wird, der Strom ILED, der von der Lichtquelle 302 verbraucht und/oder verschwendet wird, signifikant reduziert werden, da der meiste Strom, der an die LED 302 bereitgestellt wird, bei einem Pegel von ILEDL (oder 15b) bereitgestellt wird.
Dieses vorteilhafte Ergebnis gilt, da T_peak 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 Eingangssignal 12 in einem niedrigen Zustand für eine relativ lange Zeitdauer gehalten wird, wird der Strom ILED, der von der Lichtquelle 302 verbraucht und/oder verschwendet wird, im Wesentlichen auf Null reduziert, da der meiste Strom, der an die LED 302 bereitgestellt wird, bei einem Pegel von Null-ILED (oder 17b) bereitgestellt wird. Dies ist, da T_peak verglichen mit der Zeitperiode t₂ (die der Länge der Zeit entspricht, in der das Eingangssignal 12 in einem niedrigen Zustand ist) klein ist.
Fortfahrend mit Bezug auf 3 und 4 ändert sich die Spannung an dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers 305, VPD (16), gemäß dem Pegel des Fotodiodenstroms IPD, der dazu bereitgestellt wird. Beispielsweise wird VPDH als ein Ausgang durch den Transimpedanzverstärker 305 erzeugt, wenn die erste Stromquelle 301 einen Strom von ILEDH an die Lichtquelle oder LED 302 sendet. ILEDH wird in Licht umgewandelt, welches durch die Fotodiode 303 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 T_peak von ILEDH 15a und 17a, 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 Lichtquelle 302 nur geringfügig mehr als ungefähr ILEDL 15b verbraucht, wenn das Eingangssignal 12 in einem hohen Zustand ist. Wenn das Eingangssignal 12 in einem niedrigen Zustand ist, verbraucht die Lichtquelle 302 nur geringfügig mehr als Null-ILED 17b, welches in einer Ausführungsform geringfügig weniger als keinerlei Strom ist. Somit verbraucht die LED 302 über eine einzelne Periode eines 50% Arbeitszyklus nur geringfügig mehr als die Hälfte von ILEDL 15b. Beispielsweise, wenn ILEDH 15a 6 mA ist und ILEDL 15b 2 mA ist, verbraucht die LED 302 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 Ausgangssignal 18 nur von der ansteigenden Flanke von VPDH 19a ab. Die ansteigende Flanke des Ausgangssignals 18 wird getriggert, wenn die ansteigende Flanke von VPDH 19a VREF_High 21 kreuzt. Die abfallende Flanke des Ausgangssignals 18 wird getriggert, wenn die nächste ansteigende Flanke von VPDH 21a VREF_High 21 wiederum kreuzt. Da Übergänge für das Ausgangssignal 18 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 Transimpedanzverstärker 305 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 den 3 und 4, 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

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 T_peak 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 T_peak 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 T_peak 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 T_peak 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 T_peak 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 T_peak 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.