DE2905904A1

DE2905904A1 - Schaltungsanordnung zur grundlinienregeneration eines pcm-signals

Info

Publication number: DE2905904A1
Application number: DE19792905904
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Gruber; Reinhard Dipl Ing Petschacher; Peter Dr Techn Russer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1980-08-28

Description

'Schaltungsanordnung zur Grundlinienregeneration eines
PCM-Signals" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Grundlinienregeneration eines PCM-Signals in einem Empfänger eines optischen Nachrichtenübertragungssystems mit einem Photodetektor den ein wechselspannungsgekoppelter Verstärker nachgeschaltet ist.
In Empfangen optischer Übertragungsstrecken werden häufig wechselspannungsgekoppelte Eingangsverstärker verwendet.
Der Grund hierfür liegt darin, daß das Ausgangssigabl des Photodetektors eine sehr kleine Amplitude (im mV-Bereich) aufweist und diesem Signal eine hohe Gleichspannung (einige V bis zu einigen 100V) überlagert ist Werden z.B. Photodioden als Photodetektoren verwendet, so ist eine Gleichspannung von einigen V erforderlich, um eine geringe Sperrschichtkapazität und dadurch eine ausreichend hohe Grenzfrequenz der Photodiode zu erzielen. Bei Lawinenphotodioden wird eine Gleichspannung von einigen 100T zur Erzielung der Lawinenverstärkung benötigt.
Durch die Wechselspannungskopplung des Eingangsverstärkers kann der Gleichstromanteil und niederfrequente Anteil des PCM-Signals nicht übertragen werden. Bei PCM-Signalen schwankender Bithäufigkeit führt das zu Schwankungen der Grundlinie des PCM-Signals am Ausgang des wechselspannungsgekoppelten Eingangsverstärkers. Üblicherweise wird zur Regeneration der schwankenden Grundlinie eine Klammerschaltung mit Dioden verwendet (siehe z.B. W. Bitterlich:Einführung in die Elektronik", Springer 1967, Seiten 404-408). Bei einer Klammerschaltung ist jedoch zur Ansteuerung der Klammerschaltung ein Verstärker niedriger Ausgangsimpedanz und nach der Klammerschaltung ein Verstärker hoher Eingangsimpedanz für das PCM-Signal erforderlich, um in der Klammerschältung eine ausreichend große Entladezeitkonstante und dadurch eine ausreichende Unterdrückung (insbesondere langsamer) Grundlinienschwankungen zu erzielen. Für breitbandige PCM-Signale (oberhalb etwa 100 (Mbit/s) ist ein Verstärker ausreichend hoher Eingangsimpedanz schwer realisierbar.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine für hohe Bitraten (bis in den Gbit/s-Bereich ) geeignete Schaltungsanordnung zur Grundlinienregeneration eines PCM-Signals anzugeben, welche sich mit Verstärkern mittlerer Ein- und Ausgangsimpedanzen realisieren läßt und frei von Einschränkungen in Hinblick auf die Zeitkonstanten der Schaltung ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein positiver Spitzenwertdetektor (D1, R1, C1) und ein negativer Spitzenwertdetektor (D2, R2, C2) vorgesehen ist, deren Eingang miteinander und deren Ausgang mit den Eingängen eines schmalbandigen Verstärkers (V2) verbunden sind, daß der Ausgang des schmalbandigen Verstärkers (V2) mit einem ersten Eingang eines Summations- oder Differenzverstärkers (V3) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Ausgang der Schaltung verbunden ist und daß der Ausgang des wechselspannungsgekoppelten Verstärkers mit den Eingängen der beiden Spitzenwertdetektoren (D1, R1, C1; D2' R2, C2) sowie einem zweiten Eingang des Summations- oder Differenzverstärkers (V3) verbunden ist.
Ebenfalls wird diese Aufgabe erfindunggemäß dadurch gelöst, daß ein positiver Spitzenwertdetektor (D1, R1, C1) und ein negativer Spitzenwertdetektor (D2, R2, C2) vorgesehen ist, deren Eingang miteinander und deren Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Eingang eines schmalbandigen Verstärkers (V13) verbunden sind, daß der schmalbandige Verstärker einen dritten Eingang aufweist an den eine Referenzspannung (URef) anlegbar ist, daß der Ausgang des schmalbandigen Verstärkers (V13) mit einem zweiten Eingang eines Summations-oder Differenzverstärkers (V12) verbunden ist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des wechselspannungsgekoppelten Verstärkers verbunden ist und daß der Ausgang des Summations-oder Differenzverstärkers (V12) mit den Eingängen der beiden Spitzenwertdetektor (D1, R1, C1; D2, R2, C2) sowie dem Ausgang der Schaltung verbunden ist.
Fig 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsggemäßen Schaltungsanordnung. Das Ausgangssignal S1 des Photodetektors wird über den Koppelkondensator Co dem breitbandigen Verstärker V1 zugeführt. Das Ausgangssignal S2 von V1 gelangt sowohl an einen Eingang des gleichspannungsgekoppelten Differenzverstärkers V3 als auch an die Eingänge je eines positiven (D1, R1 C1) und eines negativen (D2, R2, C2) Spitzenwertdetektors. Im positiven Spitzenwertdetektor wird der Maximalwert S2max von S2 gebildet im negativen Spitzenwertdetektor der Ninimalwert S2min von S2- S2max und S2min werden imgleichspannungsgekoppelten Verstärker V2 mit der Verstärkung 1/2 addiert. Am Ausgang von V2 liegt daher das Signal (S2max + S2min)/2 vor, welches an den Eingang entgegengesetzter Polarität des Differenzverstärkers V3 angelegt wird. Am Ausgang des Verstärkers V3 (mit der Verstärkung K3) liegt das Signal wobei S30 der Gleichspannungsanteil des Ausgangssignal S3 für ist.
Die beiden Spitzenwertdetektoren sollen eine geringe Ladezeitkonstante und eine große Entladezeitkonstante aufweisen.
Die Ladezeitkonstanten sind durch das Produkt von C1 bzw. C2 und des Ausgangswiderstandes von V1 bestimmt. Die Entladezeitkonstanten sind durch R'1 . C1 und R'2 . C2 gegeben, wobei R'1 (R2) durch die Parallelschaltung von R1 (R2) und des Eingangswiderstandes von V2 gegeben. Eine sinnvolle Wahl der Entladezeitkonstanten ist R'1 . C1 = R'2 . C2 = 1/2#fu (2) wobei fu die untere Grenzfrequenz der Kettenschaltung von C0 und V1 ist. Da V2 schmalbandig sein kann, ist dieser Verstärker leicht mit hoher Eingangsimpedanz realisierbar. Es bestehen daher keine schaltungsbedingten Beschränkungen der Entladezeitkonstanten.
Fig. 2 stellt eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dar, bei der lediglich die Polaritäten der Eingänge des schmalbandigen Verstärkers V2 sowie des invertierenden Eingangs von V3 geändert wurde. V3 ist in diesem Fall also ein Summationsverstärker. Selbstverständlich ist hier noch eine Vielzahl solcher im Rahmen der Erfindung liegenden Varianten möglich ohne daß die prinzipielle Funktionsweise der gesamten Schaltung geändert wird.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverläufe in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. S1 ist das Eingangssignal konstanter Grundlinie,S2 das Ausgangssignal von V1 mit schwankender Grundlinie. Die Mittellinienschwankunn(S 2max +S2min )/2 werden von S2 in V3 abgezogen, so daß am Ausgang von V das Signal 8 mit konstanter Grundlinie vorliegt. In 3 3 einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Breitbandverstärker V3 mit einer nichtlinearen begrenzenden Verstärkerkennlinie nach Fig. 4 ausgeführt. Dadurch wird zusätzlich zur Grundlinienregeneration eine Amplitudenregeneration des PCM-Signals bewirkt.
Selbstverständlich bestünde auch die Möglichkeit in Fig. 1 nur den positiven Spitzenwertdetektor oder nur den negativen Spitzenwertdetektor zu verwenden und einen Verstärker V2 mit der Spannungsverstärkung 1 zu verwenden. In diesem Fall wäre der Maximalwert S2maX von S2 oder Minimalwert S2min die Bezugsgrößen für die Grundlinienregeneration. Es ist jedoch günstiger, den Mittelwert (S2max+S2min)/2 als Bezugsgröße zu verwenden, da dies bei schwankender Signalamplitude minimale Fehlerwahrscheinlichkeit bei der nachfolgenden Signaldetektion gewährleistet. Des weiteren hat die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit zwei Spitzenwertdetektoren den Vorteil, daß die gegenpoligen Flußspannungen von D1 und D2 und somit auch deren Temperaturabhängigkeit durch Addition der Spannungen in V2 kompensiert werden.
Fig. 5 zeit eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Eingangsstufe (C0, V1) und die Spitzenwertdetektoren (D1, R1, C1; D2, R2, C2) sind funktionsgleich mit den entsprechenden Komponenten in Fig. 1.
Die Subtraktion von (S13max + S13min)/2 von PCM-Signal erfolgt hier jedoch mit Hilfe einer negativen Rückkopplung. V12 ist ein gleichstromgekoppelter linearer breitbandiger Differenzverstärker. Dem invertierenden Eingang von V12 wird das Ausgangssignal S12 von V1 zugeführt. Der lineare schmalbandige Verstärker V13 hat zwei invertierende Eingänge und einen nicht invertierenden Eingang (jeweils hoher Eingangsimpedanz) und einen hohen Verstärkungsfaktor K13. Am Ausgang von V13 liegt das Signal ~(S13max + S13min - URef) K13 (3) vor, wobei S13max (S13min) der Maximalwert (Minimalwert) des Ausgangssignals S3 von V12 ist. URef ist eine Referenzspannung, mit welcher der Sollwert von S13max + S13min eingestellt wird. Es gibt S13 = K12 [- S12 - K13(S13max + S13min - URef)] (4) K1 (K12) ist die Verstärkung von V1 (V12). AS11 und #S13 seien kurzzeitige Signaländerungen von S11 und S13 Da sich S13max + S13min kurzzeitig nicht ändert, so ist die Verstärkung der kurzzeitigen Signaländerungen durch #S13 V = = K1 K12 (5) #S11 gegeben. K1(K12) ist die Verstärkung von V1 (V12). #S1 und #S3 seien kurzzeitige Signaländerungen von S11 und S13.
Aus Gleichung(4) folgt für S13max + 813min die Beziehung wobei S12max (S12min) der Maximalwert (Minimalwert) von S12 ist. Für ausreichend große Verstärkungsfaktoren K13 gilt S13max + S13min # URef, so daß der Mittelwert von Minimalwert und Maximalwert des Ausgangssignals S13 auf den Sollwert URef/2 eingeregelt wird. Für die Wahl der Zeitkonstanten gelten dieselben Gesichtspunkte wie bei der Anordnung nach Fig. 1.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
T1, C01, C02 entsprechen der letzten Stufe des Verstärkers V1 in Fig. 1. Der Breitbandige Differenzverstärker V3 wird von T2...T5 gebildet und hat eine begrenzende Kennlinie nach Eig. 4. VCC und VEE sind positive und negative Betriebsspannungen.
Selbstverständlich ist auch bei den Schaltungsanordnungen nach Fig. 5 und Fig. 6 eine Vielzahl von Varianten möglich, bei denen die Polaritäten von Eingängen der einzelnen Verstärker geändert werden, ohne daß damit eine Anderung der prinzipiellen Wirkungsweise der gesamten Schaltung verbunden ist.

Claims

Patentansprüche 1 Schaltungsanordnung zur Grundlinienregeneration eines PCM-Signals in einem Empfänger eines optischen Wachrichtenübertragungssystems mit einem Photodetektor dem ein wechselspannungsgekoppelter Verstärker nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein positiver Spitzenwertdetektor (D1, R19 C. C1) und ein negativer Spitzenwertdetektor (D29 R29 C2) vorgesehen ist9 deren Eingang miteinander und deren Ausgang mit den Eingängen eines schmalbandigen Verstärkers (V2) verbunden sind9 daß der Ausgang des schmalbandigen Verstärkers (V2) mit einem ersten Eingang eines Summations- oder Differenzverstärkers (Y3) verbunden ist9 dessen Ausgang mit dem Ausgang der Schaltung verbunden ist und daß der Ausgang des wechselspannungsgekoppelten Verstärkers mit den Eingängen der beiden Spitzenwertdetektor (D1, R1, C1; D2, R2, C2) sowie einem zweiten Eingang des Summations- oder Differenzverstärkers (V;) verbunden ist0 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schnalbandiger Verstärker (V2) mit einer Span nungsverstärkung 1/2 vorgesehen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Summations- oder Differenzverstärker (V3) eine begrenzende Verstärkungskennlinie aufweist.
4. Schaltungsanordnung zur Grundlinienregeneration eines PCM-Signals in einem Empfanger eines optischen Nachrichtenübertragungssystems mit einem Photodetektor dem ein wechselspannungsgekoppelter Verstärker nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein positiver Spitzenwertdetektor (D1' R1 C1) und ein negativer Spitzenwertdetoktor (D2, R2, C2) vore gesehen ist, deren Eingang miteinander und deren Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Eingang eines schmalbandigen Verstärkers (V13) verbunden snd, daß der schmalbandige Verstärker (V13) einen dritten Eingang aufweist an den eine Referenzspannung (URef) anlegbar ist, daß der Ausgang des schmalbandigen Verstärkers (V13) mit einem zweiten Eingang eines Summations- oder Differenzverstärkers (V12) verbunden ist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des wechselspannungsgekoppelten Verstärkers verbunden ist und daß der Ausgang des Summations- oder Differenzverstärkers (V12) mit den Eingängen der beiden Spitzenwertdetektoren (D1, R1, C1; D2 R2, C2) sowie dem Ausgang der Schaltung verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein schmalbandiger Verstärker (V13) mit einer möglichst hohen Spannungsverstärkung vorgesehen ist.