DE2710875A1

DE2710875A1 - Optische impulsuebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2710875A1
Application number: DE19772710875
Authority: DE
Inventors: Peter Klaus Runge
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1977-03-12
Publication date: 1977-09-22
Also published as: BE852328A; FR2345014A1; IT1077697B; CA1073056A; NL7702722A; JPS52112202A; US4008390A

Description

BLUMBACH ♦ WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN A / I U O / -J

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 RadedcestraSe 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-712313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenbergc-r Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186 237

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um Änderungen zu kompensieren, die im Lichtintensitätsausgangssignal einer optischen Quelle, wie einer lichtemittierenden Diode oder einem Laser, auftreten, werden beim Stand der Technik negative Rückkopplungsanordnungen verwendet. Die auftretenden Veränderungen des Lichtausgangssignals beruhen auf Änderungen der die optische Quelle umgebenden Umgebungstemperatur und beruhen außerdem auf Änderungen, die in der optischen Quelle beim Altern auftreten.

In der US-PS 3 931 512 (Titel: Line Data And Television Transmission) entweicht etwas von dem Licht, das von einer lichtemittierenden Diode auf eine optische Faser gekoppelt wird, zu einem Photodetektor, der seinerseits zu einer negativen Rückkopplungsanordnung mit einem Verstärker gehört, um Änderungen zu kompensieren, die innerhalb der optischen Quelle auftreten. Wenn der zum Abtasten des optischen Signals verwendete Photodetektor dicht bei der optischen Quelle angeordnet ist und man diese optische Quelle mit einer hohen Bitfolge -

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München: Kramer · Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

geschwindigkeit arbeiten läßt, wird eine beträchtliche Menge des elektrischen Signals über eine parasitäre Kapazität von treibenden elektrischen Signal auf die Photodetektorschaltung gekoppelt. In manchen Fällen kann dieses elektrische Signal mehrere Größenordnungen größer sein als das die optische Information repräsentierende Signal. Dies gilt besonders für den in der US-PS 3 931 512 gezeigten Fall, in dem die optische Faser dicht neben der optischen Quelle angeordnet ist, um möglichst viel von der optischen Energie direkt in die optische Faser zu koppeln. Mit einer so großen parasitären Kopplung in der Rückkopplungsschaltung wird das elektrische Signal, das vom Photodetektor auf das optische Signal hin erzeugt wird, vollständig durch das parasitäre elektrische Signal überdeckt.

Die Methode, eine negative Rückkopplung zur Steuerung der in der optischen Quelle auftretenden Änderungen zu verwenden, wird noch komplizierter, wenn die optische Quelle Impulse mit mehr als einer vorbestimmten Amplitude liefern soll. Beispielsweise sorgt man bei dem ternären System, das in der US-PS 3 714 437 (Titel: Optical Communication System with PCM Encoding with Plural Discrete Unequally Spaced Intensity Levels) beschrieben ist, dafür, daß das senderseitig erzeugte optische Signal in Abhängigkeit von dem darzustellenden binären Zustand einen von zwei Amplitudenwerten aufweist.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das geschilderte Problem zu überwinden.

Diese Aufgabe läßt sich bei der vorausgesetzten Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 lösen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Sendervorrichtung für eine optische Übertragungsanlage, die nach den erfindungsgemäßen Prinzipien aufgebaut ist;

Fig. 2 eine Anordnung der Photodetektoren bezüglich einer lichtemittierenden Diode und einer optischen Faser; und

Fig. 3 eine Gruppe von Spannungs-Zeit-Wellenformen für die Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Erfindungsgemäß kann die optische Quelle so angeordnet sein, daß sie einen maximalen Betrag der optischen Energie in eine optische Faser koppelt, und ein Photodetektor für die Rück-

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kopplungsschaltung kann dicht neben der optischen Quelle angeordnet sein, um die Lichtintensität des Ausgangssignals der Quelle festzustellen. Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen zur Erzeugung eines Signals, das eine Nachbildung des zum Treiben der optischen Quelle verwendeten Signals darstellt. Dieses entwickelte Signal wird dann von dem vom Photodetektor erzeugten Ausgangssignal subtrahiert, was zur Folge hat, daß die Wirkung der parasitären Kopplung eliminiert wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses entwickelte Signal einfach dadurch erzeugt, daß ein zweiter Photodetektor in einer solchen Position angeordnet wird, daß seine Position und die Position des ersten Photodetektors bezüglich der optischen Quelle elektrisch symmetrisch sind. Dieser zweite Photodetektor ist jedoch mit einem lichtundurchlässigen Material beschichtet, um zu verhindern, daß dieser zweite Photodetektor irgendein elektrisches Signal aufgrund des Vorhandenseins optischer Strahlung erzeugt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die optische Quelle durch Impulse unterschiedlicher Amplituden getrieben werden, wie es bei einem tertiären Digitalsysteia erforderlich wäre. Das ankommende Datum für jeden der digitalen Pegel wird über einen unabhängigen Verstärkungsweg zur Treibschaltung der optischen Quelle geleitet. Erfindungsgemäß wird der Datumsimpuls auf jedem der ankommenden Wege ausserdem zur selektiven Torsteuerung des am Ausgang des Photo-

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detektors erzeugten Signals verwendet, uia das Rückkopplungssignal auf den richtigen ankommenden Weg von mehreren negativen Rückkopplungsanordnungen zu koppeln. Daher wird die Intensität des irgendeinen gegebenen digitalen Pegel repräsentierenden optischen Impulses in einer negativen Rückkopplungsschleife nur durch dasjenige Signal geregelt, das vom Photodetektor für diesen digitalen Pegel erzeugt worden ist. Folglich können N-näre Digitalsysteme zum Treiben einer optischen Quelle verwendet werden, und die einzelnen digitalen Pegel werden von einem negativen Rückkopplungssystem sorgfältig gesteuert.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung läßt sich in Verbindung mit einer digitalen Übertragungsanlage verwenden, in der im Übertragungsmedium drei Pegel verwendet werden, um die zu übertragende Information darzustellen. Bei dieser Art eines ternären Systems nimmt man das NichtVorhandensein eines optischen Impulses auf dem Übertragungsmedium zur Darstellung eines digitalen Pegels und das Vorhandensein einer der beiden Intensitäten der optischen Impulse zur Darstellung des zweiten und des dritten Pegels im ternären System.

In Fig. 1 wird derjenige Spannungsimpuls, der verwendet wird, um anzuzeigen, wenn die niedrigere der beiden optischen Intensitäten übertragen werden soll, auf einen Eingangsanschluß 101 gegeben. Der Spannungsimpuls, der verwendet wird,

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um anzuzeigen, wenn der zweite oder maximale Intensitätsv/ert übertragen werden soll, wird auf einen Eingangsanschluß 102 gegeben. Jede der Spannungswellenformen an den Eingangsanschlüssen 101 und 102 weist einen Null-Spannungswert auf, wenn deren entsprechende optische Intensität nicht vorhanden sein soll, und einen Spannungswert vorbestimmter Höhe, wenn deren entsprechende optische Intensität übertragen werden soll. Folglich ist nicht gleichzeitig ein positiver Spannungswert auf beiden Eingangsanschlüssen vorhanden.

Zusätzlich wird eine Taktimpulswellenform mit einer Periodizität, die gleich der Wiederholungsgeschwindigkeit ist, mit welcher die ternären Pegel erzeugt werden, auf einen Eingangsanschluß 103 gegeben. Es ist dafür gesorgt, daß jeder in der Taktimpulswellenform am Anschluß 103 auftretende Impuls zu einem Zeitpunkt auftritt, der gegenüber dem Anfangsanstieg eines Jeden der entsprechenden Impulse, die an den Anschlüssen 101 und 102 auftreten, verzögert ist. Das Verzögerungsintervall zwischen dem Anfangsanstieg eines Datenimpulses an den Eingangsanschlüssen 101 und 102 und dem entsprechenden Impuls am Anschluß 103 kann vorteilhafterweise etwa 10 % des Datenimpulsintervalls betragen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die nachgeschaltete Schaltungsanordnung den Datenimpuls an ihrem Eingang vorliegen hat, bevor der entsprechende Impuls der Taktwellenform erzeugt wird.

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Der Datenimpuls am Anschluß 101 wird mittels einer Leitung 151 auf den D-Eingang eines D-Flipflops 104 geführt und die Taktspannungswellenform bei 103 wird mittels einer Leitung 153 auf den Takteingang dieses D-Flipflops gegeben. Der (ü-Ausgang des D-Flipflops 104 ist mit Hilfe einer Leitung 154 auf den C-Eingang des Flipflops zurückgekoppelt. Wenn ein Dateninipuls am Anschluß 101 auftritt, bewirkt der entsprechende Taktimpuls am Anschluß 103, daß das D-Flipflop 104 an seinem Q-Ausgang während eines Zeitintervalls, das durch die innere Verzögerung des Flipflops bestimmt ist, eine Spannungswellenfora erzeugt. Während einer positiven Spannung am D-Eingang bewirkt der Taktimpuls am Anschluß 103 eine Änderung des Flipflops 104 zum Q-Zustand. Der entsprechende negativ gerichtete Übergang, der vom Q-Ausgang auf den C-Eingang geführt wird, bringt den Q-Ausgang nach einem durch die interne Verzögerung des Flipflops bestimmten Zeitintervall jedoch wieder auf seinen digitalen Zustand ⁿ0ⁿ zurück. Wenn das zur Durchführung dieser Abtastaufgabe gewählte Flipflop zu schnell ist, um die Erzeugung einer bedeutsamen Impulsamplitude am Q-Ausgang zuzulassen, kann in die Leitung 154 zwischen dem Ü-Ausgang und dem C-Eingang eine äußere Verzögerung eingefügt werden, um am Q-Ausgang einen breiteren Impuls zu ermöglichen.

In gleicher Weise werden die am Eingangsanschluß 102 auftretenden Datenimpulse auf ein zweites D-Flipflop 105 geführt, und

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die Taktimpulse am Anschluß 103 bewirken, daß dieses zweite Flipflop die am Anschluß 102 auftretenden Dateniinpulse abtastet. Aufgrund eines jeden der am Anschluß 102 auftretenden positiven Spannungsimpulse erzeugt das D-Flipflop 105 an seinem Q-Ausgang auf einer Leitung 107 eine Spannungsimpulswellenform. Die ungefähre Form der von beiden D-Flipilops auf einen entsprechenden Datenimpuls hin erzeugten Spannungswellenformen ist in Fig. 3A dargestellt. Die D-Flipflops 104 und 105 sind bei der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut unter Verwendung eirer integrierten Schaltung von Texas Instrument, die als TIS74 bekannt ist.

Die an den Ausgängen der Flipflops 104 und 105 erzeugten Spannungsimpulse auf den Leitungen 106 bzw. 107 haben eine Amplitude, die gänzlich durch die entsprechenden Schaltungen der D-Flipflops bestimmt ist. Die Spannungswellenform auf Leitung 106 wird über eine Schaltung 108 mit variabler Verstärkung auf den Eingang einer Treiberschaltung 110 gekoppelt. Der Betrag der auf diese Spannungswellenform wirkenden Verstärkung hängt ab von einer Steuerspannung, die dem Steuereingang der Verstärkerschaltung 108 über eine Leitung 112 zugeführt wird. Gleichermaßen wird die Spannungswellsnform auf Leitung 107 über eine zweite Verstärkungsschaltung 109 auf den Eingang der Treiberschaltung 110 geführt. Die Schaltung 109 mit variabler Verstärkung weist eine

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Verstärkung auf, die abhängt von einer Steuerspannung, die ihrem Steuereingang über eine Leitung 113 zugeführt wird. Die Treiberschaltung 110 koppelt ihrerseits die an ihrem Eingang auftretenden Impulse auf eine lichtemittierende Diode (LED) 114. Die Treiberschaltung 110 kann durch irgendeine der zahlreichen Schaltungsarten gebildet sein, die für das Umwandeln von Spannungsimpulsen in Stromimpulse zum Zweck des Treibens einer LED bekannt sind. Typischerweise enthält diese Schaltung eine Emitterfolgerschaltung, in deren Ausgangsstufe die LED zwischen die Emitterelektrode und Erde geschaltet ist.

Venn in der soweit beschriebenen Schaltung keine durch Temperatur oder Altern bedingte Änderungen aufträten, könnten die von den Schaltungen 108 und 109 erzeugten Verstärkungen auf konstanten Werten gehalten werden. Diese Werte wären bestimmt durch den Betrag der Spannung, die erforderlich ist, um die lichtemittierende Diode auf ihre gewünschten optischen Ausgangswerte zu treiben. Da die am Anschluß 102 auftretenden Spannungsimpulse dem maximalen Lichtintensitätsausgangssignal der LED entsprechen, ist die Verstärkerschaltung 109 so ausgelegt, daß sie einen Spannungsimpuls an den Eingang der Treiberschaltung 110 liefert, der die LED auf ein Ausgangssignal maximaler Intensität treibt. Der Wert des optischen Signals, das zur Darstellung eines Spannungsimpulses am Eingangsanschluß 101 verwendet wird, würde dann auf einen Bruch-

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teil des Ausgangssignals maximaler Intensität eingestellt. Für ein ternäres Digitalsystem ist diese optische Amplitude für einen Datenimpuls am Eingangsanschluß 101 typischerweise auf etwa ein Viertel bis ein Drittel des Ausgangssignals maximaler Intensität eingestellt. Folglich erzeugt die Verstärkerschaltung 108 einen Spannungsimpuls an ihrem Ausgang, der in seiner Amplitude gegenüber dem von der Verstärkerschaltung 109 erzeugten Impuls verringert ist und dessen genaue Amplitude durch die Spannung bestimmt ist, die erforderlich ist, um ein optisches Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Wert ein Viertel bis ein Drittel des Wertes jenes Ausgangssignals ist, welches durch die Impulse von der Verstärkerschaltung 109 erzeugt wird.

Die Verstärkungsschaltungen 108 und 109 können in Wirklichkeit Schaltungen mit variabler Dämpfung sein, wenn die am Ausgang der D-Flipflops auftretenden Spannungsimpulse im Hinblick auf die für die Treiberschaltung 110 erforderlichen Treibimpulse ausreichend große Amplitude haben.

Unglücklicherweise verbieten Änderungen der Umgebungstemperatur und der Alterungseigenschaften der LED die Benutzung von Spannungsimpulsen mit konstanter Amplitude, und deshalb muß irgendeine Rückkopplungsanordnung vorgesehen sein, um die Spannungsamplitude am Eingang der Treiberschaltung 110 ent-

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sprechend dem Lichtintensitätsausgangssignal der lichtemittierenden Diode zu steuern.

Der größte Teil des von der LED 114 emittierten Lichtes wird zur Übertragung an eine entfernt liegende Stelle in eine optische Faser 115 gekoppelt. Die enge Kopplung wird dadurch erreicht, daß das Ende der optischen Faser körperlich in dichter Nähe der lichtemittierenden Zone der LED 114 angeordnet wird. Wenn auch eine möglichst enge Kopplung versucht wird, gelangt oder entweicht ein Teil des Lichtes von der LED in den umgebenden Bereich. Eine Photodetektordiode 116 ist bezüglich der LED so positioniert, daß sie das entweichende Licht feststellt und auf dieses hin ein elektrisches Signal erzeugt. Die Menge des vom Photodetektor 116 festgestellten entwichenen Lichtes ist proportional zur Menge des von der LED 114 emittierten Lichtes. Zur Erzeugung der maximalen Lichtintensität von etwa 10 bis 100 Mikrowatt optischer Energie ist es erforderlich, die LED mit einem elektrischen Signal zu treiben, das einen Spitzenwert von etwa 1,5 V aufweist. Um sicherzustellen, daß vom entwichenen Licht ein ausreichendes elektrisches Signal erzeugt wird, muß der Photodetektor 16 möglichst dicht an der lichtemittierenden Oberfläche der Diode positioniert sein, und zwar in einer Position, wie sie grob durch die in Fig. 2 gezeigte angenähert ist.

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Befindet sich der Detektor in dichter Nähe zur LED, besteht eine kapazitive Kopplung, die zur Erzeugung eines parasitären elektrischen Signals am Ausgang des Photodetektors 116 führt. Bei einer aufgebauten Ausführungsfonn führte eine kapazitive Teilung von etwa 1000 zu 1 bei der maximalen Intensität des treibenden Signals zur Erzeugung eines parasitären Signals von etwa 1,5 Millivolt am Ausgang des Photodetektors 116. Dieses parasitäre Signal übersteigt weit die etwa 50 Mikrovolt des elektrischen Signals, das vom Photodetektor 116 aufgrund des entwichenen Lichtes erzeugt wird.

Erfindungsgemäß werden die Auswirkungen des parasitären Signals am Ausgang des Photodetektors 116 dadurch eliminiert, daß von dem am Ausgang des Photodetektors 116 auftretenden Signal ein zweites parasitäres Signal gleicher Intensität subtrahiert wird. Dieses zweite parasitäre Signal gleicher Intensität v/ird durch einen zweiten Photodetektor 117 erzeugt, der bezüglich der LED elektrisch symmetrisch zum ersten Photodetektor 116 angeordnet ist. Der Photodetektor kann in der in Fig. 2 gezeigten Weise positioniert sein. Dieser zweite Photodetektor 117 ist mit einer lichtundurchlässigen Beschichtung bedeckt, um zu verhindern, daß der Photodetektor 117 irgendein elektrisches Ausgangssignal aufgrund des Auftreffens optischer Energie erzeugt. Der Photodetektor 117 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal nur aufgrund der

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parasitären Kopplung elektrischer Energie, die vom Treibsignal auf die LED 114 geführt wird. Die Kathoden beider Photodetektoren sind mit einer Quelle 118 positiven Potentials verbunden und die Anodenelektrode einer jeden Diode ist mit einem Eingang eines Differenzvideoverstärkers 120 verbunden. Ein Potentiometer, dessen Abgriff mit einem Bezugspotential verbunden ist, ist zwischen die beiden Eingänge des Verstärkers 120 geschaltet. Durch vorübergehendes Abschatten des Photodetektors 116, wodurch verhindert wird, daß dieser irgendwelches von der LED 114 emittiertes Licht feststellt, wird das Potentiometer 119 so eingestellt, daß die Auswirkungen der von jedem der Photodetektoren erzeugten parasitären Spannung ausgeglichen werden. Das symmetrische Differenzausgangssignal des Verstärkers 120 wird dann über einen schnellen, niedrigverstärkenden Operationsverstärker 121 geführt, um ein unsymmetrisches Signal auf Leitung 122 an dessen Ausgang zu erzeugen.

Die Form des Spannungsimpulses, der auf Leitung 122 für jeden optischen Impuls von der LED 114 erzeugt wird, ist in Wellenform A der Fig. 3 gezeigt. Die elektrischen Impulse auf Leitung 122 haben Amplituden, die dem Lichtausgangssignal der T_rren 114 proportional sind. Demzufolge treten auf Leitung 122 zwei Arten von Impulsen auf: jene, die durch die am Anschluß 102 auftretenden Impulse verursacht werden, und die anderen, die von den am Anschluß 101 auftretenden Impulsen bewirkt

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werden. Beide Impulse werden über die Leitung 122 auf je einen Eingang von Eingangsverstärkern 123 und 124 geleitet. Einem zweiten Eingang des Verstärkers 123 wird ein erstes Gleichstrombezugspotential auf Leitung 125 zugeführt. Ein zweites Gleichstrombezugspotential, dessen Betrag niedriger als der des ersten ist, wird über eine Leitung 126 auf einen zweiten Eingang des Verstärkers 124 gegeben. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist der Betrag beider Bezugspotentiale auf den Leitungen 125 und 126 einstellbar. Diese Gleichstroiapotentiale werden von Potentiometern 127 und 128 geliefert, denen ein Gleichstrom von einer Energieversorgungsquelle zugeführt wird, die aus Elementen 129 bis 133 aufgebaut ist und eine Zenerdiode 130 umfaßt, die sicherstellt, daß der Betrag der Potentiale relativ konstant bleibt.

Die Verstärker 123 und 124 sind je ein Teil von Komparatcrschaltungen 135 bzw. 136. Jede dieser Komparatorschaltungen kann bei der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut sein unter Verwendung einer integrierten Schaltung der Signetics Corporation, die unter der Bezeichnung NE 527 bekannt ist. Gemäß Fig. 1 sind die Ausgänge des Verstärkers 123 mit UND-Gattern 137 und 138 verbunden, während die Ausgänge des Verstärkers 124 an die Eingänge von UND-Gattern 139 und 140 angeschlossen sind. Der zweite Eingang eines jeden der UND-Gatter 137 und 138 ist über eine Leitung 152 mit dem Anschluß 102 verbunden, um den Spannungsimpuls zu erhalten, der am Anschluß

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. während derjenigen Intervalle auftritt, während welcher derjenige ternäre Zustand erzeugt werden soll, welcher dein optischen Impuls maximaler Intensität entspricht. Infolgedessen werden die UND-Gatter 137 und 138 nur während jener Intervalle geöffnet, während welcher der maximale optische Impuls erzeugt werden soll. Gleichermaßen sind die UND-Gatter 139 und 140 mit dem Anschluß 101 verbunden, um den dem optischen Impuls niedriger Intensität entsprechenden Spannungsimpuls zu erhalten. Folglich sind diese UND-Gatter 139 und 140 nur während jener Intervalle geöffnet, während welcher der optische Impuls niedrigerer Intensität erzeugt werden soll. Auf diese Weise dienen die Komparatoren 135 und 136 als selektive Gatter, die lediglich auf die ihnen entsprechende! elektrischen Impulse auf Leitung 122 reagieren.

Die auf Leitung 126 erzeugte Gleichspannung ist in Wellenform A der Fig. 3 als V_R dargestellt. Der auf Leitung 122 infolge eines optischen Impulses niedrigerer Intensität von der LED 114 erzeugte Impuls ist in Wellenform A der Fig. 3 als 301 bezeichnet. Der am Anschluß 101 auftretende Spannungsimpuls, der über Leitung 151 auf den Komparator 136 gekoppelt ist, ist in Wellenform B der Fig. 3 als Auftastimpuls 302 (strobe pulse) dargestellt. Die Zeitdauer, während welcher dieser Auftastimpuls die UND-Gatter 139 und 140 öffnet, ist in Wellenform B als Auftastfenster bezeichnet. Wie in den Wellenformen A und B

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der Fig. 3 gezeigt ist, ist der auf Leitung 122 auftretende elektrische Impuls gegenüber dem anfänglichen Anstieg des Spannungsimpulses auf Leitung 101 verzögert. Diese Verzögerung resultiert sowohl aus der anfänglichen Verzögerung, die im Taktimpuls am Anschluß 103 vorhanden ist, als auch aus der Verzögerung, die der gesamten Verstärkungsschaltungsanordnung zwischen dem Eingangsanschluß und den Ausgängen der Verstärker 123 und 12'» von Haus aus vorhanden ist. Wenn der elektrische Impuls auf Leitung 122 die Gleichspannung auf Leitung Übersteigt, wird das UND-Gatter 139 durch das Ausgangssignal des Verstärkers 124 erregt und es wird ein Spannungsimpuls mit der in Wellenform C der Fig. 3 als 303 bezeichneten Form erzeugt. Wenn während der Zeitdauer des toiftastfensters der Spannungsimpuls auf Leitung 122 kleiner ist als die Bezugsspannung auf Leitung 126, erzeugt das UND-Gatter 140 eine Spannungsform derart, wie sie in Wellenform D der Fig. 3 als 304 und 305 bezeichnet ist.

Die symmetrischen Ausgangssignale beider Komparatoren 135 und 136 werden je auf die Eingänge von Operationsverstärkern 141 bzw. 142 geführt. Diese beiden Operationsverstärker können bei der vorliegenden Ausführungsform durch Verwendung einer integrierten Doppeloperationsverstärkerschaltung der Nr. 558 von der Signetics Corporation gebildet werden.

Der Operationsverstärker 142 ist dadurch zur Integratorschal-

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tung gemacht, daß zwischen seinen Ausgang und seinen invertierenden Eingang eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 145 und einem Kondensator 144 geschaltet ist. Folglich führen die an den Ausgängen der UND-Gatter 139 und 140 auftretenden Spannungswellenformen zur Erzeugung eines im wesentlichen als Gleichstrompotential anzusehenden Potentials auf Leitung 112 am Ausgang des Verstärkers 142. Der Betrag dieses Potentials hängt ab von dem Zeitintervall, während welchem der elektrische Impuls auf Leitung 122 die Bezugsspannung auf Leitung 126 übersteigt. Folglich wird durch Einstellen der auf Leitung 126 vom Potentiometer 128 abgegebenen Bezugsspannung das auf Leitung 112 erzeugte Gleichstrompotential für einen optischen Impuls irgendeiner gegebenen Amplitude geändert. Wie zuvor erwähnt, ist Leitung 112 mit dem Steuereingang der Verstärkungsschaltung 108 verbunden, so daß die Schaltung 108 durch das Einrichten einer negativ rückkoppelnden Schleife mit einer Steuerspannung versorgt wird. Durch Einstellen des vom Potentiometer 128 auf Leitung 126 gelieferten Gleichstrompotentials kann die Amplitude des optischen Impulses, der von der LED 114 auf einen Spannungsimpuls am Anschluß 101 hin erzeugt wird, geändert werden.

In gleicher Weise ist die Komparatorschaltung 135 mit einem Operationsverstärker 141 verbunden, der seinerseits zusammen mit einem Widerstand 147 und einem Kondensator 148 als eine Integratorschaltung arbeitet. Die auf Leitung 122 auf die op-

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tischen Impulse höchster Intensität hin erzeugten elektrischen Impulse werden selektiv durch die UND-Gatter 137 und 138 geschleust, um am Eingang des Operationsverstärkers 141 Spannungswellenformen zu erzeugen, die den in Fig. 3 als Wellenformen C bzw. D gezeigten ähnlich sind. Folglich wird am Ausgang des Operationsverstärkers 141 auf Leitung 113 praktisch ein Gleichstrompotential erzeugt, dessen Betrag die Amplitude des optischen Impulses anzeigt, der auf einen Spannungsimpuls am Anschluß 102 hin erzeugt worden ist. Das Potential auf Leitung 113 wird, wie zuvor erwähnt, auf den Steuereingang der Verstärkungsschaltung 109 gegeben, so daß in der zweiten negativ rückkoppelnden Anordnung eine Steuerspannung erzeugt wird, die selektiv durchgetastet ist, um lediglich auf die optischen Impulse höchster Intensität anzusprechen. Der sich für den optischen Impuls höchster Intensität einstellende Wert ist bestimmt durch die Gleichstromvorspannung, die vom Potentiometer 127 auf Leitung 125 geliefert wird.

Der in der negativ rückkoppelnden Anordnung verwendete Photodetektor kann also selbst in Digitalanlagen mit Bitfolgefrequenzen von 50 Megabit pro Sekunde körperlich dicht an der LED angeordnet sein, da die Auswirkungen der diese Kopplungsart begleitenden parasitären Spannungen eliminiert sind. Zusätzlich werden mehrpeglige optische Impulse erzeugt, und jede von deren Intensitäten wird über ein selektiv getastetes negatives Rückkopplungssystem gesteuert.

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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche Änderungen möglich. Beispielsv/eise können andere optische Quellen als eine LED verwendet werden, solange die Photodetektoren so positioniert sind, daß sie bezüglich der optischen Quelle an einem elektrisch symmetrischen Ort angeordnet sind. Dieser Aspekt der Erfindung, der mit der Ausschaltung der Wirkungen der parasitären Spannung zu tun hat, kann bei einem binären optischen System einfach dadurch verwirklicht werden, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 121 mit einem Spitzenwertdetektor verbunden wird, dessen Ausgangssignal zur Steuerung einer einzigen Verstärkungsschaltung verwendet wird. Zudem kann der zweite Aspekt der Erfindung, der mit der selektiven Torsteuerung des lichtabhängigen Signals zu tun hat, ohne den zweiten Photodetektor in jenen Fällen ausgenutzt werden, in welchen die Bitfolgegeschwindigkeit und die parasitäre Kopplung genügend niedrig sind, so daß das parasitäre elektrische Signal einen Betrag aufweist, der niedrig ist gegenüber dem Betrag jenes elektrischen Signals, welches das Streulicht repräsentiert.

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Claims

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1. Optische Vorrichtung zum Übertragen von Eingangsspannungsimpulsen, mit einer optischen Quelle zur Erzeugung eines Lichtsignals in Abhängigkeit von einem dieser zugeführten elektrischen Signal, mit einem optischen Übertragungsmedium, dessen eines Ende zur Aufnahme des erzeugten Lichtsignals neben der Lichtquelle angeordnet ist, und mit einem dicht neben der optischen Quelle angeordneten Lichtdetektor, der von der optischen Quelle emittiertes Licht auffängt und das aufgefangene Licht in ein erstes Signal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (117) zur Erzeugung eines zweiten Signals in Abhängigkeit von dem der optischen Quelle (114) zugeführten elek-

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München: Kramer · Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

ORIGINAL INSPECTED

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trischen Signal vorgesehen ist, eine Einrichtung (120, 121) zum Subtrahieren des zweiten Signals vom ersten Signal zum Zweck der Erzeugung einer Steuerspannung und eine auf die Steuerspannung ansprechende Einrichtung (135, 136, 143, 109, 110), die die Eingangsspannungsimpulse auf die optische Quelle koppelt, so daß eine negative Rückkopplung zur Steuerung der Intensität des von der Lichtquelle stammenden Lichtsignals gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals einen zweiten Lichtdetektor (117) aufweist, der so angeordnet ist, daß seine Position und die Position des erster"//ahnt en Lichtdetektors (116) bezüglich der optischen Quelle (114) elektrisch symmetrisch sind, und daß der zweite Lichtdetektor mit lichtundurchlässigem Material abgedeckt ist, um zu verhindern, daß er elektrische Energie in Abhängigkeit von irgendwelchem auftreffendem Licht erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Subtrahieren des zweiten Signals vom ersten Signal einen Differenzverstärker (120) umfaßt, der an einem Eingang das erste Signal und an einem zweiten Eingang das zweite Signal erhält.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Subtrahieren ein Potentiometer (119) umfaßt, das einen Endes an den einen Eingang und anderen Endes an den anderen Eingang des Differenzverstärkers (120) angeschlossen ist und dessen Abgriff auf ein Bezugspotential führt.

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