DE3020387A1

DE3020387A1 - Optisch-elektronischer uebertrager

Info

Publication number: DE3020387A1
Application number: DE19803020387
Authority: DE
Inventors: Gerrit Rademaker
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1980-12-18
Also published as: NL7904431A; GB2052924A; FR2484175A1; JPS55165050A; US4504974A

Description

PHN 9^80 J 6.5.1980

Op ti s eh.-elektronischer Übertrager

Die Erfindung bezieht sich auf einen Übertrager mit einem Strahlungselement und einem strahlungsempfindlichen Element um aus binären Informationssignalen galvanisch davon getrennt, Befehlssignale zu erzeugen.

Ein derartiger Übertrager ist allgemein bekannt und wird u.a. in Telegraphie— und Datensystemen verwendet. Ein Nachteil optisch-elektronischer Übertrager in professionellen Geräten ist die schnelle Alterung des Strahlungselementes (beispielsweise eine Leuchtdiode, LED).

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Übertrager der eingangs erwähnten Art zu schaffen, in dem die Lebensdauer des Strahlungselementes verlängert ist. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Übertrager erste Mittel enthält, die mit dem Strahlungselement gekoppelt sind, um aus den Informationssignalen erste Steuersignale für das Strahlungselement zu erzeugen, wobei die Steuersignale ein kleineres Tastverhältnis aufweisen als die Informationssignale, und dass aus den ersten Steuersignalen galvanisch davon getrennt zweite Steuersignale erzeugt werden. Unter Tastverhältnis des Steuersignals wird das Verhältnis zwischen der Zeit, während der das Steuersignal einen derartigen Wert hat dass die Diode Licht ausstrahlt, und der Periodenzeit des Steuersignals verstanden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Brennzeit des Strahlungselementes verkürzt wird, wodurch eine längere Lebensdauer dieses Elementes gewährleistet ist.

Vorzugsweise wird die Erfindung derart ausgebildet, dass die ersten Mittel einen Differentiator enthalten. Ein Vorteil dabei ist, dass das Strahlungselement mit kurzen, aber relativ hohen Stromimpulsen gesteuert wird, wodurch einerseits der mittlere Strom niedrig bleibt, was

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PHN 9^80 y h 6.5.1980

eine lange Lebensdauer gewährleistet, und andererseits die Geschwindigkeit der Übertragung hoch ist, wodurch bei Verwendung in Telegraphie und Datensystemen hohe Bitgeschwindigkeiten realisierbar sind.

Die Stromimpulse, mit denen das Strahlungselement gesteuert wird, führen zu Stromimpulsen in dem strahlungs— empfindlichen Element. Um aus diesem Signal gegebenenfalls ein gewünschtes binäres Datensignal zu erzeugen, ist es günstig, dass der Übertrager zweite Mittel enthält, die mit dem strahlungsempfindlichen Element gekoppelt sind, um aus den zweiten Steuersignalen die Befehlssignale zu erzeugen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des optischelektronischen Übertragers nach der Erfindung,

Fig. 2 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung des optisch-elektronischen Übertragers nach Fig. 1, Fig. 3 einen Teil einer zweiten Ausführungsform eines optisch-elektronischen Übertragers nach der Erfindung,

Fig. h einen Teil einer dritten Ausführungsform eines optisch-elektronischen Übertragers nach der Erfindung,

Fig. 5 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung des optisch-elektronischen Übertragers nach Fig. 4.

Entsprechende Elemente sind jeweils mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Dem in Fig. 1 dargestellten optisch-elektronischen Übertrager werden an einem ersten Eingang 1 Informationssignale I zugeführt, die beispielsweise die in Fig.2a dargestellte Form aufweisen. Ein zweiter Eingang 2 ist mit einem Punkt festen Potentials, beispielsweise Erdpotential, verbunden. Zwischen den Eingängen 1 und 2 liegt eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 3» einer Parallelschaltung eines ersten Strahlungselementes k, beispielsweise einer Leuchtdiode, und eines in entgegengesetzter Richtung gepolten zweiten Strahlungselementes 5> beispielsweise einer Leuchtdiode, und einem Widerstand 6. Die RC-Schaltung ist als Differentiator wirksam, wodurch

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PHN 9Λ8Ο y < 6.5.1980

erste Steuersignale erzeugt werden, die bei einem Pegelübergang in dem Informationssignal einen ImpulsCharakter aufweisen. Die ersten Steuersignale sind in diesem Ausführungsbeispiel der Strom i, dessen Form in Fig. 2b dargestellt ist.

Ein Strom i.., der aus negativen Impulsen besteht, fliesst durch die erste Leuchtdiode k, und ein Strom i„, der aus positiven Impulsen besteht, fliesst durch die zweite Leuchtdiode 5· Der Strom i ist in Fig. 2c dargestellt und der Strom i„ in Fig. 2d. Die Spannung an der Diode k und 5 soll grosser sein als die Spannung, die dazu notwendig ist, die Dioden zu zünden.

Das Tastverhältnis der ersten Steuersignale ist kleiner als das der Informationssignale I, wodurch die Strahlungszeit der Dioden 4 und 5 wesentlich verkürzt und die Lebensdauer der Dioden dementsprechend verlängert wird.

Der ersten Leuchtdiode 4 ist ein erster Phototransistor 7 und der zweiten Leuchtdiode 5 ein zweiter Phototransistor 8 zugeordnet. Der Emitter des ersten Tran— sistors ist mit dem negativen Pol —TB einer Spannungsquelle ■ verbunden und der Kollektor mit dem Rückstelleingang R einer Kippschaltung 9· Der Kollektor des zweiten Phototransistors 8 ist mit dem positiven Pol +TB einer Spannungsquelle verbunden und der Emitter mit einem Stelleingang S der Kippschaltung 9· Em Ausgang der Kippschaltung 9 ist mit dem ersten Ausgang 10 des Übertragers verbunden. Der zweite Ausgang 11 ist mit einem Punkt festen Potentials, beispielsweise Erdpotentials, verbunden. Wenn infolge des Stromes i_? die Diode 5 zündet, wird durch die ausgesandte Strahlung der Phototransistor 8 leitend gemacht, wodurch über den Eingang S die Kippschaltung eingestellt wird und ein Signal mit einem vorbestimmten Pegel an dem Ausgang geliefert wird. Wenn kurze Zeit später der Strom i„ durch die Diode 5 derart abgenommen hat, dass die Diode 5 erlischt, wird der Transistor 8 zwar sperren, aber die Kippschaltung 9 bleibt in dem eingestellten Zustand. Wenn infolge des Stromes i.. die Diode k zündet, wird durch die ausgesandte Strahlung der Phototransistor 7 in den leitenden

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PHN 9^+80 y^ (θ' 6.5.198O

Zustand gebracht, wodurch über den Eingang R die Kippschaltung 9 rückgestellt wird und ein Signal mit einem vorbestimmten Pegel an dem Ausgang 10 geliefert wird. Das Signal an dem Ausgang 10 ist das Befehlssignal C, das in Fig. 2e dargestellt ist.

Die in den Phototransistoren 7 und 8 fliessenden Ströme bilden die zweiten Steuersignale, aus denen auf beispielsweise die beschriebene Weise die binären Befehls— signale abgeleitet werden. Dies ist jedoch keine Notwendigkeit: in manchen Anwendungsbereichen werden die zweiten Steuersignale als solche eine Form aufweisen, die sich für diese Anwendung unmittelbar eignet.

Fig. 3 zeigt einen Teil einer zweiten Ausführungsform eines optisch-elektronischen Übertragers, wobei die beiden Phototransistoren 7 und 8 - mit denen die zweiten Steuersignale erzeugt werden - zugleich einen Teil einer bistabilen Kippschaltung bilden. Die Phototransistoren 7 und 8 sind dazu mit einem Basisanschluss ausgebildet. Die Basis des Transistors 7 ist über einen Widerstand 12 mit -TB und über einen Widerstand λΚ mit dem Kollektor des Transistors 8 verbunden. Die Basis des Transistors 8 ist über einen Widerstand I3 mit -TB und über einen Widerstand 15 mit dem Kollektor des Transistors 7 verbunden. Der Kollektor des Transistors 7 bzw. 8 ist über einen Widerstand 16 bzw. 17 mit +TB verbunden. Die im übrigen bekannte Wirkung der bistabilen Kippschaltung mit Phototransistoren ist wie folgt. Et wird vorausgesetzt, dass der Transistor 7 gesperrt und der Transistor 8 leitend ist. Das Ausgangssignal, das an dem Ausgang 10 erhalten wird, der mit dem Kollektor des Transistors 8 verbunden ist, weist dann einen ersten niedrigen Wert auf. Wenn nun der Transistor 7 durch eine Leuchtdiode in den leitenden Zustand gebracht wird, sinkt die Kollektorspannung des Transistors 7, wodurch (über den Widerstand 5) die Basisspannung des Transistors 8 auch sinkt, was dazu führt, dass die Kollektorspannung des Transistors 8 höher wird. Auch wenn der Transistor 7 keine Strahlung mehr erhält, bleibt er dennoch im leitenden Zustand, weil die höhere

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PHN 9^80 5/ y · 6.5.1 980

Kollektorspannung des Transistors 8 über den Widerstand auf die Basis des Transistors 7 übertragen wird. Die Ausgangsspannung — die Kollektorspannung des Transistors 8 — weist nun einen zweiten hohen Wert auf. Das Umschalten der bistabilen Kippschaltung in die eingestellte Ausgangslage erfolgt völlig auf entsprechende Weise, weil die Schaltungsanordnung symmetrisch ist.

In Fig. h ist ein Teil einer dritten Ausführungsform eines Übertragers dargestellt, wobei eine Verringerung des Tastverhältnisses auf digitale Weise bewirkt ist. Fig. 5 zeigt einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Fig. k. Der Eingang 1 ist mit einem D-Eingang einer Kippschaltung 18 vom D-Typ verbunden un ein taktimpuls sy η ehr on es Informationssignal I mit einer Form zu— zuführen, die beispielsweise in Fig. 5b dargestellt ist. Ein Taktimpulssignal C, das auf übrigens bekannte Weise erzeugt ist - beispielsweise aus dem Informationssignal mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz des Informationssignals I, wird dem Eingang 19 angeboten, der mit einem Taktimpulseingang CLK der Kippschaltung 18 verbunden ist. Am Ausgang der Kippschaltung ist ein um eine halbe Periode des Taktimpulssignals C verschobenes Informationssignal IT verfügbar (Fig.5c). Das Signal IT wird ebenso wie das Taktimpulssignal C den Eingängen eines EXKLUSIV-ODER-Tores 20 zugeführt. Das Ausgangssignal S des EXKLUSIV-ODER-Tores 20 wird einem Eingang eines ersten UND-Tores 21 und einem Eingang eines zweiten UND-Tores 22 zugeführt. Einem weiteren Eingang des ersten UND-Tores 21 wird das Informationssxgnal I zugeführt, wodurch an dem Ausgang des ersten UND-Tores 21 ein Signal S„ erhalten wird, wie dies in Fig. 5g dargestellt ist. Das Signal S₂ ist das Steuersignal, das über einen Widerstand 23 der Diode 5 zugeführt wird zum Erzeugen eines Teils des ersten Steuersignals. Das erste Steuersignal weist ein geringeres Tastverhältnis auf als das Informationssignal, wodurch die Lebensdauer der Diode verlängert wird. Einem weiteren Eingang des zweiten UND-Tores 22 wird ein von einem Inverter 24 invertiertes Informationssignal I (Fig.5f)

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PHN 9^80 d? 6.5. T980

zugeführt. An dem Ausgang des zweiten UND-Tores 22 ist ein Signal S. verfügbar (Fig. 5e). Das Signal S₁ ist das Steuersignal, das über einen Widerstand 25 der Diode k zugeführt wird, und zwar zum Erzeugen eines Teils des ersten Steuersignals. Auch das erste Steuersignal der Diode k weist ein geringeres Tastverhältnis auf als das Informationssignal I, von dem es abgeleitet ist, wodurch die Lebensdauer dieser Diode ebenfalls verlängert wird.

Ein Vorteil des Übertragers ist, dass die Verzerrung gering ist, weil der übertrager symmetrisch ausgebildet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Lebensdauerverlängerung mit einfachen Mitteln verwirklicht wird, wodurch eine in wirtschaftlicher Hinsicht interessante Ausführung entsteht. Es ist günstig, dass eine gegebenenfalls erwünschte invertierende Wirkung ohne zusätzliche Mittel und mit einem nur leichten Eingriff in der Printplattenauslegung dadurch verwirklichbar ist, dass die Dioden h und 5 vertauscht werden. Der Übertrager, der auf diese Weise hergestellt wird, eignet sich ausserdem für hohe Bitgeschwindigkeiten, weil mit sehr kurzen, aber relativ hohen Stromimpulsen gesteuert werden kann. An die Breite des Impulses des ersten Steuersignals wird dann die Anforderung gestellt, dass die Kippschaltung mit Sicherheit geschaltet werden können muss.

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Leerseite

Claims

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PHN 9^80 Y 6.5.1980

PATENTANSPRÜCHE

1. Übertrager mit einem Strahlungselement und einem strahlungsempfindlichen Element, um aus binären Informationssignalen galvanisch davon getrennt Befehlssignale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager erste Mittel enthält, die mit dem Strahlungselement gekoppelt sind, um aus den Informationssignalen erste Steuersignale für das Strahlungselement zu erzeugen, wobei die Steuersignale ein geringeres Tastverhältnis aufweisen als die Informationssignale, und dass aus den ersten Steuersignalen galvanisch davon getrennt zweite Steuersignale erzeugt werden.

2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungselement zwei in entgegengesetzter Richtung gepolte Leuchtdioden und das strahlungsempfindliche Element zwei Phototransistoren enthält, die einzeln den Leuchtdioden zugeordnet sind.

3. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel einen Differentiator enthalten.

h. Übertrager nach Anspruch 1 mit einem ersten Eingang zum Zuführen der Informationssignale, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Kippschaltung vom D-Typ, eine Inverterschaltung, ein EXKLUSIV-ODER-Tor, ein erstes und ein zweites UND-Tor und einen zweiten Eingang zum Zuführen eines Taktimpulssignals enthalten, dass der erste Eingang mit einem D-Eingang der Kippschaltung, mit einem ersten Eingang des ersten UND-Tores und mit einem Eingang der Inverterschaltung verbunden ist, dass der Ausgang der Inverterschaltung mit einem ersten Eingang des zweiten UND-Tores verbunden ist, dass der zweite Eingang mit dem Taktimpulseingang der Kippschaltung und einem ersten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Tores verbunden ist, dass ein Ausgang der Kippschaltung mit einem zweiten Eingang des

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PHN 9^80 ¥^%J 6.5. 1980

EXKLUSIV-ODER-Tores verbunden ist, dass ein Ausgang des
EXKLUSIV-ODER-Tores mit einem zweiten Eingang des ersten und zweiten UND-Tores verbunden ist und dass ein Ausgang des ersten und des zweiten UND-Tores mit dem Strahlungselement gekoppelt ist.

5. Übertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager weiterhin Mittel entf. hält, die mit dem strahlungsempfindlichen Element gekoppelt sind, um aus den zweiten Steuersignalen Befehlssignale zu erzeugen.

6. Übertrager nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel eine Kippschaltung enthalten.

7. Übertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippschaltung zwei Phototransistoren

als strahlungsempfindliches Element enthält.

8. Übertrager nach Anspruch 5> mit einem Eingang und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang mit einer Reihenschaltung aus einem ¥iderstand, einer Parallelschaltung zweier in entgegengesetzter Richtung

gepolter Leuchtdioden und einem Kondensator verbunden ist und dass der Übertrager zwei Phototransistoren enthält,
die je einer der Leuchtdioden zugeordnet und mit einer
Kippschaltung gekoppelt sind, um aus den zweiten Steuersignalen Befehlssignale zu erzeugen.

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