DE19730333C1

DE19730333C1 - Light signal amplification and processing circuit

Info

Publication number: DE19730333C1
Application number: DE1997130333
Authority: DE
Inventors: Paul Hartl
Original assignee: Leuze Lumiflex GmbH and Co KG
Current assignee: LEUZE LUMIFLEX GMBH + CO. KG, 82256 FUERSTENFELDBRUCK
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2017-07-16

Abstract

The circuit uses a photocurrent amplifier (2) for amplification of the light signals, providing 2 outputs with a constant sum current and a difference current proportional to the received light signal. A regulating circuit (6,10,12,15,16,17) provides an offset current or offset voltage regulation within a given time interval from activation of the photocurrent amplifier to provide a constant output (14), the output signal characteristic conforming to the light signal within a second time interval, corresponding to the duration of the light signal.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Verstärken und Aufbereiten von durch einen aktivierbaren Photostromverstärker verstärkten Lichtsignalen, wobei der Photostromverstärker zwei Ausgänge hat, deren Summe der Ströme konstant ist und deren Differenz dem empfangenen Lichtsignal entspricht.The invention relates to a circuit arrangement for strengthening and processing by an activatable Photocurrent amplifier amplified light signals, the Photocurrent amplifier has two outputs, the sum of which Currents is constant and the difference between the received Light signal corresponds.

Aus der DE 39 39 191 C3 ist eine mehrstrahlige Einweg lichtschranke zur berührungslosen Überwachung eines Schutzfeldes bekannt, die einen Sender mit einer Reihenanordnung von periodisch und zyklisch nacheinander eingeschalteten Infrarot-Sendedioden aufweist, sowie eine entsprechende Reihenanordnung von synchron mit den Sendedioden aktivierten Empfangsdioden. Die Ausgangssignale der Empfangsdioden werden Photostromverstärkern zugeführt, in denen das Ausgangssignal der Empfangsdioden kapazitiv, also über einen Kondensator mit Verstärkerbausteinen gekop pelt ist, so daß also nur der dynamische Anteil des Licht signals verstärkt wird.DE 39 39 191 C3 is a multi-jet one-way light barrier for contactless monitoring of a Protective field known that a transmitter with a Series arrangement of periodically and cyclically one after the other has switched on infrared transmitter diodes, and a corresponding row arrangement of synchronous with the Transmitting diodes activated receiving diodes. The output signals the receiving diodes are supplied with photocurrent amplifiers, in which the output signal of the receiving diodes is capacitive, So coupled via a capacitor with amplifier modules pelt, so that only the dynamic part of the light signal is amplified.

In der JP 6-299.219 A ist eine Verstärkerschaltung beschrie ben, welche ein Eingangssignal verstärkt, ohne eine diesem überlagerte Offset-Gleichspannung zu verstärken. Bei dieser Verstärkerschaltung ist der Ausgang eines ersten arithme tischen Vertärkers über einen Schalter mit dem nicht invertierten Eingang eines zweiten arithmetischen Verstärkers und über einen Kondensator mit einem Referenzpotential verbunden. Der Ausgang des zweiten arithmetischen Verstärkers ist mit dessen invertiertem Eingang und über einen Widerstand mit einem invertierten Eingang des ersten arithmetischen Verstärkers verbunden.JP 6-299.219 A describes an amplifier circuit ben, which amplifies an input signal without one to amplify superimposed DC offset voltage. At this Amplifier circuit is the output of a first arithmetic table amplifier via a switch with the inverted input of a second arithmetic amplifier and a capacitor with a reference potential connected. The output of the second arithmetic amplifier is with its inverted input and through a resistor with an inverted input of the first arithmetic Amplifier connected.

Aus einem internen Stand der Technik der Anmelderin ist es auch bekannt, Photostromverstärker mit zwei Ausgängen zu verwenden, deren Summe der Ströme konstant ist und deren Differenz der Ströme dem empfangenen Lichtsignal entspricht. Je nach Stärke des Ausgangssignals der Empfangsdiode wird der Strom am einen Ausgang gegenüber dem Ruhezustand ver größert und der Strom am anderen Ausgang um denselben Betrag verringert. Mit einem solchen Photostromverstärker ist es möglich, auch die Gleichstromanteile des Nutzsignales auszuwerten. Dabei tritt aber das Problem auf, daß die Photostromverstärker einen Offset-Strom liefern. Da jeder Empfangsdiode ein eigener Photostromverstärker zugeordnet ist, können die Offset-Ströme der verschiedenen Photostrom verstärker auch unterschiedlich groß sein, so daß eine nachgeschaltete Auswerteschaltung bei jedem zyklisch akti vierten Photostromverstärker mit unterschiedlichen Offset- Strömen konfrontiert wird. Will man auch sehr schwache Lichtsignale auswerten, beispielsweise bei relativ großem Abstand zwischen Sende- und Empfangsdioden, so können die Offset-Ströme der einzelnen Photostromverstärker durchaus in der Größenordnung des Nutzsignals liegen oder sogar darüber, was eine Auswertung unmöglich macht.From an internal state of the art of the applicant it also known two-output photocurrent amplifier to use whose sum of the currents is constant and whose Difference of the currents corresponds to the received light signal. Depending on the strength of the output signal of the receiving diode the current at one output compared to the idle state increases and the current at the other output by the same amount decreased. With such a photocurrent amplifier it is also possible to use the DC components of the useful signal evaluate. However, the problem arises that the Photocurrent amplifiers deliver an offset current. Because everyone Receiver diode assigned its own photocurrent amplifier is, the offset currents of the different photocurrent amplifiers can also be of different sizes, so that a downstream evaluation circuit with each cyclical acti fourth photocurrent amplifier with different offset Stream is faced. If you want very weak Evaluate light signals, for example in the case of a relatively large one Distance between transmit and receive diodes, so the Offset currents of the individual photocurrent amplifiers are definitely are in the order of magnitude of the useful signal or even about what makes evaluation impossible.

Ein möglicher Weg zur Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, eine Abtast- und Halteschaltung (Sample & Hold- Schaltung) vorzusehen, die unmittelbar nach Aktivieren des jeweiligen Photostromverstärkers dessen Offset-Stromwert speichert und beim anschließenden Empfang eines Nutzsignales dieses um den gespeicherten Wert des Offset-Stromes korri giert. Eine solche Lösung wäre jedoch aufwendig und hat den Nachteil, daß die Sample & Hold-Schaltung eine gewisse Zeitdauer beansprucht, um den Wert des Offset-Stromes abzu tasten und zu speichern. Üblicherweise arbeiten Sample & Hold-Schaltungen so, daß ein Speicherkondensator aufgeladen wird, was aufgrund der systemimmanenten Zeitkonstanten kapazitiver Schaltkreise einige Zeit in Anspruch nimmt. Das zyklische Durchschalten der einzelnen Sender/Empfänger- Diodenpaare muß daher entsprechend langsam erfolgen, was die Zykluszeit der Lichtschranke verlängert und damit auch deren Sicherheit beeinträchtigt.A possible way to solve this problem could be in it exist, a sample and hold circuit (sample & hold Circuit) to be provided immediately after activation of the respective photocurrent amplifier its offset current value saves and upon subsequent reception of a useful signal this corri by the stored value of the offset current yaws. However, such a solution would be complex and has the disadvantage that the sample & hold circuit a certain Time taken to decrease the value of the offset current buttons and save. Usually samples work Hold circuits so that a storage capacitor is charged becomes what due to the system-inherent time constants capacitive circuits takes some time. The cyclical switching of the individual transmitter / receiver Diode pairs must therefore be slow, what the cycle time of the light barrier is extended and therefore also whose security is compromised.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß durch Offset-Ströme bzw. Offset-Spannungen der Photostromverstärker verursachte Fehler eliminiert werden und die Schaltung ein Ausgangssignal erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf sehr exakt dem des Nutzsignals entspricht.The object of the invention is therefore the circuit arrangement according to the preamble of claim 1 to improve that by offset currents or offset voltages the photocurrent amplifier eliminates errors caused are and the circuit generates an output signal whose the time profile corresponds very precisely to that of the useful signal.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the specified in claim 1 Features resolved. Advantageous refinements and training The invention can be found in the subclaims.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, Offset-Ströme bzw. - Spannungen in einem Zeitintervall nach Aktivieren eines Photostromverstärkers auszuregeln. Die Regelung ist dabei aber so langsam, daß sie nach diesem Zeitintervall auftretende Nutzsignale nicht ausregelt, diese vielmehr unverfälscht verstärkt werden. Grundsätzlich wird für diese Regelung ein Integralregler verwendet, der einerseits aus reichend schnell ist, um in einem Zeitintervall zwischen Aktivieren des Photostromverstärkers und Empfang des Nutz signales die Offset-Ströme vollständig auszuregeln, anderer seits aber so langsam ist, daß er während der Dauer des kürzeren Nutzsignales praktisch wirkungslos ist. Man erhält damit ein selbst adaptierendes System, bei dem die Schal tungsanordnung die Offset-Fehler einer Vielzahl von Strom verstärkern, die unterschiedliche Offset-Ströme haben, ausgleicht. Weiter kann man mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung durchgängig eine Gleichstromverstärkung der Nutzsignale durchführen, so daß diese nicht verfälscht werden, wie es bei einer kapazitiven Kopplung der Fall wäre. Auch können bei der Erfindung sog. Rail-to-Rail- Verstärker verwendet werden, deren Nutzsignalbereich die volle Versorgungsspannung abdeckt, so daß man für Versorgung und Nutzsignal den vollen Spannungsbereich der Bauelemente ausnutzen kann, der beispielsweise zwischen 0 und 5 Volt liegt.The basic principle of the invention is offset currents or - voltages in a time interval after activation of a photocurrent amplifier. The scheme is but so slowly that after this time interval occurring useful signals not compensated, but rather be reinforced unadulterated. Basically for this Regulation uses an integral controller that is made up of one hand is fast enough to be in a time interval between Activate the photocurrent amplifier and receive the benefit signals to completely compensate the offset currents, others on the other hand is so slow that during the duration of the shorter useful signals is practically ineffective. You get thus a self-adapting system in which the scarf arrangement the offset errors of a variety of current amplifiers that have different offset currents, compensates. You can continue with the circuit arrangement according to the invention a direct current amplification throughout perform the useful signals so that they are not falsified as is the case with capacitive coupling would. So-called rail-to-rail Amplifiers are used whose useful signal range covers full supply voltage so that one for supply and useful signal the full voltage range of the components can take advantage of, for example, between 0 and 5 volts lies.

Zusätzlich ist es mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung möglich, eine Abschaltkontrolle durchzuführen, d. h. auszuwerten, ob alle Stromverstärker zu einem bestimmten Zeitpunkt abgeschaltet sind bzw. ob ein oder mehrere Strom verstärker noch aktiviert sind. Auch ist es möglich auszu werten, ob ein aktivierter Stromverstärker korrekt mit seinen beiden Ausgängen angeschlossen ist oder beispielsweise nur mit einem Ausgang.In addition, it is with the circuit arrangement according to the Invention possible to perform a shutdown control d. H. evaluate whether all current amplifiers to a particular Time are switched off or whether one or more current amplifiers are still activated. It is also possible to go out evaluate whether an activated current amplifier is correct with its two outputs is connected or for example only with one exit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:The invention based on an embodiment example in connection with the drawing in more detail explained. It shows:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltung nach der Erfindung; Fig. 1 is a schematic diagram of the circuit according to the invention;

Fig. 2 ein detailierteres Schaltbild der Schaltung der Fig. 1. FIG. 2 shows a more detailed circuit diagram of the circuit of FIG. 1.

Gleiche Bezugszeichen in den beiden Figuren bezeichnen gleiche bzw. funktionell einander entsprechende Teile.Identify the same reference numerals in the two figures same or functionally corresponding parts.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Lichtempfänger 1, der beispielsweise eine Photodiode sein kann, empfängt Licht und erzeugt ein elektrisches Signal, dessen Strom oder Spannung dem empfangenen Licht proportional ist. Dieses Signal wird einem Photostromverstärker 2 zugeführt, der eine Differenzstromendstufe aufweist, die so ausgebildet ist, daß die Summe der elektrischen Ströme an seinen beiden Ausgängen 3 und 4 konstant ist, während die Differenz dieser Ströme ein Maß für das von der Photodiode 1 empfangene Licht ist. Der eine Ausgang 3 des Photostromverstärkers 2 ist über einen Widerstand 5 mit Versorgungsspannung verbunden, wodurch dem Ausgangsstrom des Photostromver stärkers 2 zusätzlich ein konstanter Strom eingeprägt wird, um den Arbeitspunkt des Ausganges 3 zu verschieben. Weiter ist der Ausgang 3 mit einem ersten Differenzverstärker 6 verbunden, dessen anderem Eingang über einen Spannungs teiler 7, 8, der zwischen Versorgungsspannung und Masse liegt, ein vordefinierter Spannungspegel zugeführt wird. Der Ausgang 9 des ersten Differenzverstärkers 6 wird einem Eingang eines zweiten Differenzverstärkers 10 zugeführt.First, reference is made to FIG. 1. A light receiver 1 , which can be a photodiode, for example, receives light and generates an electrical signal, the current or voltage of which is proportional to the light received. This signal is fed to a photocurrent amplifier 2 , which has a differential current output stage, which is designed such that the sum of the electrical currents at its two outputs 3 and 4 is constant, while the difference between these currents is a measure of the light received by the photodiode 1 . One output 3 of the photocurrent amplifier 2 is connected via a resistor 5 to the supply voltage, whereby the output current of the photostromver amplifier 2 is additionally impressed with a constant current in order to shift the operating point of the output 3 . Furthermore, the output 3 is connected to a first differential amplifier 6 , the other input of which is supplied with a predefined voltage level via a voltage divider 7 , 8 , which is between the supply voltage and ground. The output 9 of the first differential amplifier 6 is fed to an input of a second differential amplifier 10 .

Dem zweiten Ausgang 4 des Photostromverstärkers 2 wird über einen Widerstand 11 - analog dem Widerstand 5 - ein konstanter Strom eingeprägt und dieser Ausgang ist mit einem Eingang eines dritten Differenzverstärkers 12 ver bunden. Der Ausgang 13 des dritten Differenzverstärkers 12 ist mit dem anderen Eingang des zweiten Differenzver stärkers 10 verbunden. Der Ausgang 14 des zweiten Diffe renzverstärkers 10 ist mit einem Eingang eines vierten Differenzverstärkers 15 verbunden, in dessen Rückkopplungs zweig eine Serienschaltung aus einer Induktivität 16 und einem Kondensator 17 liegt. Der zweite Eingang des vierten Differenzverstärkers liegt über einen Spannungsteiler 19, 20 auf einem vorgegebenen Spannungspotential. Der Spannungs teiler 19, 20 liegt wiederum zwischen Versorgungsspannung und Masse.The second output 4 of the photocurrent amplifier 2 is impressed via a resistor 11 - analog to the resistor 5 - a constant current and this output is connected to an input of a third differential amplifier 12 . The output 13 of the third differential amplifier 12 is connected to the other input of the second differential amplifier 10 . The output 14 of the second differential amplifier 10 is connected to an input of a fourth differential amplifier 15 , in the feedback branch of which is a series circuit comprising an inductor 16 and a capacitor 17 . The second input of the fourth differential amplifier is at a predetermined voltage potential via a voltage divider 19 , 20 . The voltage divider 19 , 20 is in turn between the supply voltage and ground.

Der Ausgang des vierten Differenzverstärkers 15 ist mit dem zweiten Eingang des dritten Differenzverstärkers 12 verbunden.The output of the fourth differential amplifier 15 is connected to the second input of the third differential amplifier 12 .

Der Ausgang 14 des zweiten Differenzverstärkers 10 bildet den Ausgang der Schaltung, welcher mit einer Amplitudenbewer tungs- und Pulsnormierungsschaltung 21 verbunden ist.The output 14 of the second differential amplifier 10 forms the output of the circuit, which is connected to an amplitude evaluation and pulse normalization circuit 21 .

Hervorzuheben ist zunächst bei dieser Schaltung, daß alle Nutzsignale (Ausgangssignale des Photostromverstärkers 2) gleichstromgekoppelt und nicht, wie sonst bei dieser Technik üblich, durch Kondensatoren gleichstrommäßig entkoppelt sind. Dadurch ist in der gesamten Schaltung eine Gleichstromverstärkung des Ausgangssignales des Lichtempfängers 1 möglich, die den Signalverlauf nicht verfälscht, wie es bei einer kapazitiven Kopplung der Fall wäre. Durch diese Gleichstromverstärkung tritt aber das Problem der unterschiedlichen Offset-Spannungen bzw. Offset- Ströme auf. Dieses Problem wird mit der Schaltung nach der Erfindung durch einen Regelkreis gelöst, der im Prinzip Offset-Spannungen oder -ströme ausregelt, die Nutzsignale dagegen nicht verfälscht. Wird der Photostromverstärker 2 durch ein Signal an seinem Enable-Eingang E aktiviert, was bei mehrstrahligen Lichtgittern in bekannter Weise eine vorgegebene Zeitdauer vor einem erwarteten, zu empfan genden Lichtsignal erfolgt, so ist an dessen Ausgängen 3 und 4 zunächst nur ein dem Offset-Fehler entsprechendes Differenzsignal vorhanden, das durch die Schaltung der Fig. 1 relativ schnell ausgeregelt wird, indem im Prinzip die am Ausgang 14 des zweiten Differenzverstärkers anstehende Spannung auf den Wert der am Spannungsteiler 19, 20 anlie genden Spannung geregelt wird. Diese Regelung erfolgt zwar schnell, beispielsweise innerhalb von 6 µs, aber nicht so schnell, daß das spätere Nutzsignal, das eine Zeitdauer in der Größenordnung von 900 ns hat, auch ausgeregelt würde. Die beiden Differenzverstärker 6 und 12 wirken im Prinzip als Strom/Spannungsschnittstelle, so daß zunächst am Ausgang 14 des zweiten Differenzverstärkers 10 eine Spannung anliegt, die der Stromdifferenz der Ströme an den Ausgängen 3 und 4 entspricht. Diese Spannung wird im vierten Differenzver stärker 15 mit einer konstanten Spannung verglichen und die Differenz wird dem zweiten Eingang des dritten Differenz verstärkers 12 zugeführt, dessen Ausgang 13 wiederum mit dem zweiten Differenzverstärker 10 verbunden ist, wodurch der Regelkreis geschlossen ist. Die im Rückkopplungszweig des vierten Differenzverstärkers 15 liegende Reihenschaltung aus Induktivität 16 und Kondensator 17 bewirkt eine Ver zögerung der Regelung, so daß der vierte Differenzverstärker 15 praktisch als Integralregler arbeitet. Das LC-Glied 16, 17 ist dabei so aufgebaut, daß eine schnelle Umladung bei kleinem Widerstand möglich ist. Somit regelt zusammen fassend die Schaltung der Fig. 1 eventuelle Ungleichheiten am Eingang, d. h. an den Ausgängen 3 und 4 aus, so daß am Ausgang 14 der Schaltung nach der durch das LC-Glied 16, 17 bestimmten Verzögerungszeit dort ein konstanter Wert anliegt, unabhängig von irgendwelchen Offset-Strömen oder -Spannungen am Ausgang des Photostromverstärkers 2.It should first be emphasized in this circuit that all the useful signals (output signals of the photocurrent amplifier 2 ) are DC-coupled and not, as is customary in this technology, are DC-decoupled by capacitors. As a result, direct current amplification of the output signal of the light receiver 1 is possible in the entire circuit, which does not falsify the signal curve, as would be the case with a capacitive coupling. However, this DC amplification causes the problem of different offset voltages or offset currents. This problem is solved with the circuit according to the invention by a control circuit which in principle compensates for offset voltages or currents, but does not falsify the useful signals. If the photocurrent amplifier 2 is activated by a signal at its enable input E, which in the case of multi-beam light grids takes place in a known manner a predetermined period of time before an expected light signal to be received, there is initially only one offset error at its outputs 3 and 4 Corresponding difference signal is present, which is compensated for relatively quickly by the circuit of FIG. 1, in that the voltage at the output 14 of the second differential amplifier is regulated to the value of the voltage at the voltage divider 19 , 20, in principle. This regulation takes place quickly, for example within 6 μs, but not so quickly that the later useful signal, which has a duration of the order of 900 ns, would also be corrected. The two differential amplifiers 6 and 12 act in principle as a current / voltage interface, so that a voltage is initially present at the output 14 of the second differential amplifier 10 which corresponds to the current difference between the currents at the outputs 3 and 4 . This voltage is compared in the fourth differential amplifier 15 with a constant voltage and the difference is fed to the second input of the third differential amplifier 12 , the output 13 of which is in turn connected to the second differential amplifier 10 , whereby the control circuit is closed. The lying in the feedback branch of the fourth differential amplifier 15 series connection of inductance 16 and capacitor 17 causes a delay in the control, so that the fourth differential amplifier 15 works practically as an integral controller. The LC element 16 , 17 is constructed in such a way that rapid recharging with a low resistance is possible. Thus, in summary, the circuit of FIG. 1 regulates any inequalities at the input, ie at the outputs 3 and 4 , so that there is a constant value at the output 14 of the circuit after the delay time determined by the LC element 16 , 17 , independently any offset currents or voltages at the output of the photocurrent amplifier 2 .

Empfängt der Lichtempfänger 1 nach diesem Regelungsvorgang nun einen Lichtimpuls, so ändern sich die Ausgangsströme an den Ausgängen 3 und 4 in der Weise, daß der Strom am einen Ausgang anwächst und der am anderen Ausgang um densel ben Betrag verringert wird. Nach der Ausregelung von Offset- Fehlern stehen an den Referenzeingängen der beiden Differenz verstärker 6 und 12 jeweils konstante Spannungen an, am Differenzverstärker 6 durch den Spannungsteiler 7, 8 und am Differenzverstärker 12 die ausgeregelte Vergleichs spannung, die für kurze Zeiträume wegen der Trägheit des Integralreglers 15, 16, 17 als konstant angenommen werden kann. Somit liegen an den Ausgängen 9 und 13 der beiden Differenzverstärker 6 und 12 Spannungen an, deren Differenz exakt proportional der Differenz der Ausgangsströme der Ausgänge 3 und 4 des Photostromverstärkers 2 ist. Diese Differenz wird durch den zweiten Differenzverstärker 10 als ein Spannungssignal am Ausgang 14 ausgegeben. Die Verstärker 6, 10 und 12 sind dabei so schnell, daß sie den schnellen Signaländerungen des Nutzsignales folgen können. Der Integralregler 15, 16, 17 ist dagegen so langsam, daß er diesen schnellen Änderungen nicht folgen kann, so daß man am Ausgang 14 ein sehr präzise dem Lichtsignal entsprechendes Spannungssignal erhält, das insbesondere auch hinsichtlich des zeitlichen Spannungsverlaufes ein sehr präzises Abbild des zeitlichen Verlaufes des Lichtsignales ist.Receives the light receiver 1 after this control process now a light pulse, so the output currents at the outputs 3 and 4 change in such a way that the current at one output increases and the other output is reduced by the same amount. After the compensation of offset errors of the two differential amplifiers 6 and 12 are each constant voltages are at the reference inputs are present, the voltage at the differential amplifier 6 through the voltage divider 7, 8 and the differential amplifier 12, being regulated comparison, which for short periods of time due to the inertia of the integral controller 15 , 16 , 17 can be assumed to be constant. Thus voltages are present at the outputs 9 and 13 of the two differential amplifiers 6 and 12 , the difference of which is exactly proportional to the difference between the output currents of the outputs 3 and 4 of the photocurrent amplifier 2 . This difference is output by the second differential amplifier 10 as a voltage signal at the output 14 . The amplifiers 6 , 10 and 12 are so fast that they can follow the rapid signal changes in the useful signal. The integral controller 15 , 16 , 17 , on the other hand, is so slow that it cannot follow these rapid changes, so that a very precise voltage signal corresponding to the light signal is obtained at the output 14 , which, in particular also with regard to the voltage profile over time, is a very precise image of the profile over time of the light signal.

Dieses Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers 10 wird dann einer Auswerteschaltung 21 zugeführt, die eine Amplitudenbewertung durchführt, beispielsweise durch Vergleich der Ausgangsspannung am Ausgang 14 mit einem vorgegebenen Spannungswert in einem Komparator. Das Aus gangssignal des Komparators kann dann beispielsweise ein monostabiles Flipflop starten, wodurch eine Impulsdauer normierung durchgeführt wird. Auch kann die Auswerteschaltung 21 mehrere parallel geschaltete Komparatoren mit verschie denen Schwellwerten haben, wodurch zwischen starken und schwachen Lichtsignalen unterschieden werden kann, was für die nachfolgende, hier nicht mehr weiter interessierende Auswertung von Interesse ist.This output signal of the second differential amplifier 10 is then fed to an evaluation circuit 21 which carries out an amplitude evaluation, for example by comparing the output voltage at the output 14 with a predetermined voltage value in a comparator. The output signal of the comparator can then start, for example, a monostable flip-flop, as a result of which a pulse duration normalization is carried out. The evaluation circuit 21 can also have a plurality of comparators connected in parallel with different threshold values, as a result of which a distinction can be made between strong and weak light signals, which is of interest for the subsequent evaluation, which is no longer of interest here.

Zu betonen ist weiterhin, daß alle Differenzverstärker und auch der Photostromverstärker sog. Rail-to-rail-Ver stärker sein können, die den vollen Spannungsbereich der Versorgungsspannung, der normalerweise zwischen 0 und 5 Volt liegt, ausregeln können. Damit ist es auch möglich, alle Bauelemente mit einer einzigen Versorgungsspannung zu betreiben und eine Gleichstromkopplung im vollen Spannungsbereich der Versorgungsspannung durchgängig zu realisieren.It should also be emphasized that all differential amplifiers and also the so-called rail-to-rail ver can be stronger, the full range of tension Supply voltage, which is usually between 0 and 5 Volt lies, can regulate. It is also possible all components with a single supply voltage to operate and a DC coupling in full Voltage range of the supply voltage continuously realize.

Fig. 2 zeigt ein konkreteres Ausführungsbeispiel der Schal tung der Fig. 1, wobei in Fig. 2 alle in Fig. 1 dargestellten Elemente vorhanden sind und auch die gleichen Bezugszeichen tragen, die Schaltung der Fig. 2 lediglich um einige zusätz liche Elemente ergänzt wurde, auf die im folgenden näher eingegangen wird. Fig. 2 shows a more concrete embodiment of the scarf device of FIG. 1, all of the elements shown in FIG. 1 being present in FIG. 2 and also bearing the same reference numerals, the circuit of FIG. 2 having only been supplemented by a few additional elements , which will be discussed in more detail below.

Zunächst ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß die Schaltungs anordnung nach der Erfindung dazu vorgesehen ist, eine Vielzahl von Photostromverstärkern zu bedienen, deren Ausgänge 3, 3'; 4, 4' mit der Schaltung verbunden sind. Bei einem Lichtgitter werden dann die einzelnen Photostrom verstärker 2, 2' etc. zeitlich nacheinander durch ein Steuersignal an ihrem Enable-Eingang E, E' aktiviert.First of all, it can be seen from FIG. 2 that the circuit arrangement according to the invention is intended to operate a multiplicity of photocurrent amplifiers, the outputs 3 , 3 '; 4 , 4 'are connected to the circuit. In the case of a light grid, the individual photocurrent amplifiers 2 , 2 'etc. are then activated one after the other by a control signal at their enable input E, E'.

Damit die als Strom/Spannungs-Schnittstelle arbeitenden Differenzverstärker 6 und 12 ausreichend schnell sind, ist in ihrem Rückkopplungspfad eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 22 bzw. 27 und einer vom Verstärkerausgang zum Verstärkereingang in Durchlaßrichtung geschalteten Diode 23 bzw. 28 vorgesehen. Der Widerstand ist bei aus Operationsverstärkern aufgebauten Differenzverstärkern üblich. Die Diode 23 bzw. 28 dient der Beschleunigung der Verstärkung. Sobald nämlich die am Widerstand 22 bzw. 27 abfallende Spannung die Durchlaßspannung der Diode 23 bzw. 28 erreicht hat, schaltet diese durch, womit der Widerstand im Rückkopplungspfad auf dem Durchlaßwiderstand der Diode reduziert wird, was beispielsweise bei einem Spannungsabfall von 0,7 V erfolgt, was den Verstärker deutlich schneller macht. Die Kopplung zwischen dem ersten Differenzverstärker 6 und dem zweiten Differenzverstärker 10 erfolgt über einen Widerstand 24. Der zweite Differenzverstärker 10 hat eben falls einen Rückkopplungswiderstand 25 und ist über einen Widerstand 26 mit dem invertierenden Eingang des vierten Differenzverstärkers 15 verbunden. Der Widerstand 26 bestimmt zusammen mit der Induktivität 16 und dem Kondensator 17 die Schnelligkeit des als Integralregler wirkenden Verstärkers 15. Auch ist der Ausgang des dritten Differenz verstärkers 12 über einen Widerstand 29 mit dem Referenz eingang des zweiten Differenzverstärkers 10 verbunden, wobei diesem Eingang über einen Spannungsteiler 30, 31 noch eine konstante Referenzspannung überlagert wird.So that the differential amplifiers 6 and 12 working as a current / voltage interface are sufficiently fast, a parallel connection of a resistor 22 or 27 and a diode 23 or 28 connected in the forward direction from the amplifier output to the amplifier input is provided in their feedback path. The resistance is common in differential amplifiers constructed from operational amplifiers. The diode 23 or 28 serves to accelerate the amplification. As soon as the voltage drop across the resistor 22 or 27 has reached the forward voltage of the diode 23 or 28 , it switches through, which reduces the resistance in the feedback path on the forward resistance of the diode, which occurs, for example, when the voltage drops by 0.7 V. , which makes the amplifier much faster. The coupling between the first differential amplifier 6 and the second differential amplifier 10 takes place via a resistor 24 . The second differential amplifier 10 also has a feedback resistor 25 and is connected via a resistor 26 to the inverting input of the fourth differential amplifier 15 . The resistor 26 , together with the inductance 16 and the capacitor 17, determines the speed of the amplifier 15 acting as an integral controller. The output of the third differential amplifier 12 is connected via a resistor 29 to the reference input of the second differential amplifier 10 , this input being superimposed on a constant reference voltage via a voltage divider 30 , 31 .

Die Ausgangsspannungen der beiden Differenzverstärker 6 und 12 werden von einem Spannungsteiler 32, 33 abgegriffen, dessen Mittelabgriff mit einem Komparator 34 verbunden ist, dessen anderer Eingang über einen Spannungsteiler 7, 8, 35 mit einer Referenzspannung verbunden ist. Die Widerstände 7, 8, 35 liegen in Reihe zwischen Versorgungs spannung und Masse. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände 7 und 8 liefert dabei die Referenzspannung für den ersten Differenzverstärker 6 und der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände 8 und 35 liefert eine Referenzspannung für den Komparator 34. The output voltages of the two differential amplifiers 6 and 12 are tapped by a voltage divider 32 , 33 , the center tap of which is connected to a comparator 34 , the other input of which is connected to a reference voltage via a voltage divider 7 , 8 , 35 . The resistors 7 , 8 , 35 are in series between the supply voltage and ground. The common connection point of the resistors 7 and 8 provides the reference voltage for the first differential amplifier 6 and the common connection point of the resistors 8 and 35 supplies a reference voltage for the comparator 34 .

Der Komparator 34 prüft, ob ein Photostromverstärker korrekt angeschlossen ist oder nicht. Insoweit wirkt der Komparator auch als Abschaltkontrolle, mit der überprüft werden kann, ob alle Photostromverstärker abgeschaltet sind.The comparator 34 checks whether a photocurrent amplifier is correctly connected or not. In this respect, the comparator also acts as a switch-off control with which it can be checked whether all the photocurrent amplifiers are switched off.

Solange kein Photostromverstärker 2, 2' aktiviert ist, fließt der durch die Widerstände 5 und 11 eingeprägte Strom zu den Differenzverstärkern 6 bzw. 12, deren Ausgänge 9 und 13 gegenüber Masse damit auf gleichem Potential sind. Damit liegt auch der Mittelabgriff der beiden Widerstände 32 und 33 auf diesem Potential, das kleiner ist als die Referenzspannung am Mittelabgriff zwischen den Widerständen 8 und 35. Der Komparator 34 schaltet damit durch und gibt auf seinem Ausgang 36 eine logische "1" aus.As long as no photocurrent amplifier 2 , 2 'is activated, the current impressed by resistors 5 and 11 flows to differential amplifiers 6 and 12 , respectively, whose outputs 9 and 13 are at the same potential with respect to ground. The center tap of the two resistors 32 and 33 is thus at this potential, which is lower than the reference voltage at the center tap between the resistors 8 and 35 . The comparator 34 thus switches through and outputs a logic "1" at its output 36 .

Ist dagegen ein Photostromverstärker 2 korrekt angeschlossen und aktiviert, so fließt an beiden Ausgängen 3 und 4 ein gleich großer Strom und damit sind auch die Spannungen an den Widerständen 32 und 33 und auch am Mittelabgriff gleich groß. Diese Spannung ist damit höher als die Referenzspannung am Mittelabgriff der Widerstände 8 und 35, so daß der Komparator 34 abschaltet und an seinem Ausgang 36 eine logische "0" ausgibt.If, on the other hand, a photocurrent amplifier 2 is correctly connected and activated, an equal current flows at both outputs 3 and 4 and thus the voltages at the resistors 32 and 33 and also at the center tap are the same. This voltage is thus higher than the reference voltage at the center tap of the resistors 8 and 35 , so that the comparator 34 switches off and outputs a logic "0" at its output 36 .

Ist dagegen ein Photostromverstärker, beispielsweise durch eine defekte Lötstelle oder ähnliches, nicht mit beiden Ausgängen 3, 4 angeschlossen sondern nur mit einem Ausgang, so entsteht zwischen den Ausgängen 9 und 13 der Differenzver stärker 6 und 12 eine Spannungsdifferenz, deren Mittelwert am Mittelabgriff der Widerstände 32 und 33 abgegriffen wird. Diese Spannung ist dann kleiner als im Falle eines korrekten Anschlusses, so daß die Referenzspannung zwischen den Widerständen 8 und 35 nicht erreicht wird, so daß der Komparator 34 durchgeschaltet bleibt und an seinem Ausgang 36 eine logische "1" ausgibt.If, on the other hand, a photocurrent amplifier, for example due to a defective solder joint or the like, is not connected to both outputs 3 , 4 but only to one output, a voltage difference arises between outputs 9 and 13 of the differential amplifiers 6 and 12 , the mean value of which at the center tap of the resistors 32 and 33 is tapped. This voltage is then lower than in the case of a correct connection, so that the reference voltage between the resistors 8 and 35 is not reached, so that the comparator 34 remains switched through and outputs a logic "1" at its output 36 .

Die einzelnen Photostromverstärke 2, 2' werden in bekannter Weise, beispielsweise durch ein Schieberegister, durch das eine logische "1" durchgeschoben wird, zyklisch nachein ander aktiviert. Ist diese logische "1" vollständig durch das Schieberegister gelaufen, so ist ein Zyklus beendet und alle Photostromverstärker 2, 2' müßten abgeschalten sein. Ist zu diesem Zeitpunkt aber noch ein oder mehrere Photostromverstärker aktiviert, so wird auch dies durch den Komparator 34 erkannt und über die Leitung 36 einer nicht dargestellten Steuerung gemeldet.The individual photocurrent amplification 2 , 2 'are cyclically activated in a known manner, for example by a shift register through which a logical "1" is pushed. If this logical "1" has run completely through the shift register, then one cycle is ended and all photocurrent amplifiers 2 , 2 'should be switched off. However, if one or more photocurrent amplifiers are still activated at this point in time, this is also recognized by the comparator 34 and reported via line 36 to a controller (not shown).

Claims

1. Circuit arrangement for amplifying and processing light signals amplified by an activatable photocurrent amplifier, the photocurrent more strongly having two outputs, the sum of the currents of which is constant and the difference between the currents corresponding to the received light signal, characterized in that
that the circuit arrangement is exclusively current-coupled,
that the circuit arrangement contains a control circuit ( 6 , 10 , 12 , 15 , 16 , 17 ), the output ( 14 ) of which is regulated to a constant value within a first time interval after activation of the photo current amplifier ( 2 ) and
that the control circuit ( 6 , 10 , 12 , 15 , 16 , 17 ) has such an inertia that it amplifies this in an uncontrolled manner in a second, shorter time interval that speaks the duration of a light signal, so that the signal curve at the output ( 14 ) corresponds to the signal curve of the light signal.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that
that the outputs ( 3 , 4 ) of the photocurrent amplifier ( 2 ) are each connected to an input of a differential amplifier ( 6 , 12 ) operating as a current / voltage converter,
that the outputs ( 9 , 13 ) of this differential amplifier ( 6 , 12 ) are each connected to an input of a further differential amplifier ( 10 ) and
that the output ( 14 ) of the further differential amplifier ( 10 ), which is the output of the circuit arrangement, via an amplifier ( 15 , 16 , 17 , 26 ) connected as an integral controller to a comparison input of one of the differential amplifiers ( 12 ) connected to the photocurrent amplifier ( 2 ) ) is returned.

3. A circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the differential amplifier connected as an integral controller ( 15 ) has in its feedback branch a series circuit comprising an inductor ( 16 ) and a capacitor ( 17 ).

4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that an additional current is impressed on the inputs of both differential amplifiers ( 6 , 12 ) connected to the photocurrent amplifier ( 2 ) via a resistor ( 5 , 11 ).

5. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the differential amplifier connected as an integral controller ( 15 ) receives a constant voltage at its reference input.

6. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 5, characterized in that the differential amplifier ( 6 , 12 ) connected to the photocurrent amplifier ( 2 ) has in its feedback branch a parallel circuit comprising a resistor ( 22 , 27 ) and a diode ( 23 ) connected in the feedback direction , 28 ).

7. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that the outputs ( 9 , 13 ) of the amplifier ( 2 ) connected to the photocurrent amplifier ( 6 , 12 ) are connected to a voltage divider ( 32 , 33 ), the center tap is connected to a comparator ( 34 ) whose reference input is supplied with a constant voltage, this comparator ( 34 ) generating an output signal which indicates whether a current amplifier ( 2 , 2 ') is activated.

8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the output ( 14 ) of the circuit arrangement is connected to a further comparator ( 36 ) which carries out an amplitude evaluation and that the output of this comparator ( 36 ) with a monostable flip-flop ( 39 ) is connected, which carries out a pulse normalization.