DE3105758C2 - Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Signalwerten - Google Patents

Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Signalwerten

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Werten eines Signals mit Gleichstrom-Versetzungskompensation verwendet einen automatischen Verstärkungsregelkreis, eine Spitzendetektoreinrichtung und einen Rückkopplungsweg von der Spitzendetektoreinrichtung zu dem Eingangskreis des automatischen Verstärkungsregelkreises, wobei der Wert des Rückkopplungsstroms so geregelt wird, daß der Maximalwert des einen der Signale mit gleicher Polarität und mit entgegengesetzter Polarität mit dem Minimalwert des anderen der beiden Signale übereinstimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Signalwerten. Die Vorrichtung nach der Erfindung wird beispielsweise als eine Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Signalwerten in einer optischen Datenverbindung in einem LSI verwendet. Die beiden Werte »1« und »0« eines Signals in einer optischen Datenverbindung in einem LSI entsprechen dem »Licht-ist-ein«-Zustand bzw. dem »Licht-ist-aus«-Zustand.
Wenn das Wertsignal, das von einer Sendeseite ausgesandt wird, an einer Empfangsseite unterschieden wird, falls es unmöglich ist, den Mittelpegel an der Empfangsseite durch Gleichstromregeneration zu erhalten, wird ein Verfahren zum Unterscheiden zwischen den beiden Werten »1« und »0« des empfangenen Signals ausgeführt, wie in F i g. !(A) bis l(C) beschrieben ist Von einem empfangenen Signal SIGNAL-! werden das umgekehrte Signal SIGNAL-II und das verschobene Signal SIGNAL-HI erhalten, wie in Fig. l(A) und l(B) dargestellt ist Der Betrag der Verschiebung ist gleich der Amplitude vs des Signals SIGNAL-I. Werden ίο die beiden Signale SIGNAL-II und SIGNAL-III verglichen, wird ein Signal SIGNAL-IV erhalten, so daß das Ergebnis der Unterscheidung des empfangenen Signals SIGNAL-I dargestellt wird, wie in Fig. 1 (C) gezeigt ist,
Bei diesem Verfahren tritt jedoch ein Problem auf, falls die Grundpegel von SIGNAL-I und SIGNAL-HI nicht übereinstimmen, und daher wird eine Gleichstromversetzung OFS zwischen SIGNAL-I und SIGN AL-II gebildet, wie in den Fig. 1 (D) und l(G) dargestellt ist unter der Bedingung, daß der Wert der maximalen Amplituden von SIGNAL-I und SIGNAL-II innerhalb eines vorbestimmten Werts ν (max) begrenzt ist Dies geschieht weil der von den Signalen SIGNAL-II und SIGNAL-III gebildete Unterscheidungsgrad MG im Vergleich zu dem Fall der F i g. l(A)' bis l(C) verringert ist, wie in den Fig. 1(E) und 1(H) dargestellt, und dementsprechend kann die Unterscheidung des Werts des empfangenen Signals nicht immer korrekt ausgeführt werden.
Es ist ein Verfahren in der US-PS 40 27 152 beschrieben, bei dem ein Signal, das von einer Sendeseite ausgesandt wird und drei Werte hat, verwendet wird und die Unterscheidung des empfangenen Signals an der Empfangsseite ausgeführt wird, indem ein Grundpegel verwendet wird, der als Ergebnis der Integration des empfangenen Signals erhalten wird. Jedoch benötigt dieses bekannte Verfahren einen Vorgang zum Erzeugen der drei bewerteten Signale und verursacht eine Verringerung des Unterscheidungsgrads wegen der Verwendung der drei bewerteten Signale. Deshalb kann dieser Stand der Technik nicht eine vollständige Lösung für die Unterscheidung des empfangenen Signals mit mehreren Werten vorsehen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche zwei Signalwerte sehr genau unterscheiden kann.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. .
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind
Fig. l(A) bis 1(1) Darstellungen der Beziehungen zwischen einem ursprünglichen Signal, dem umgekehrten Signal und dem verschobenen Signal zum Erläutern der Unterscheidung zwischen den Werten eines empfangenen Signals,
F i g. 2 und 3 Schaltbilder einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig.4(A) bis 4(G) und 5(A) bis 5(G) zeigen die Wellenformen der in der Schaltung der Fig. 2 und 3 vorhandenen Signale,
F i g. 6, 7 und 8 Schaltbilder einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
F i g. 9(A) bis 9(C), 10(A) bis 10(C), 1 l(A) bis 11(C) und 12(A) bis 12(C) Wellenformen der in der Schaltung der F i g. 6,7 und 8 vorhandenen Signale.
Die Schaltung der Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Werten eines Signals als eine Ausfüh-
rungsform der Erfindung ist in den Fig.2 und 3 beschrieben, wobei Fig.3 die Spitzendetektoreinrichtung 4 der Schaltung der F i g. 2 zeigt
Ein Eingangssignal wird an einen Eingangsanschluß einer Strom/Spannungs-Umsetzschaltung 2 angelegt Das Eingangssignal stellt den Wert »h — ^«dar, worin i\ der Strom einer Photodiode 12 ist, die durch einen Lichtstrahl 11 bestrahlt wird, und h der Rückkopplungsstrom ist Das Ausgangssignal V1 der Strom/Spannungs-Umsetzschaltung 2 wird an einen Eingangsanschiuß 31 eines automatischen Verstärkungsregelkreises 3 angelegt, während ein Bezugssignal V^n an den anderen EingangsanschluB 32 angelegt wird. Der "Wert des Signals Vl ist gleich dem mit dem Wert R multiplizierten Wert »j'i—*«, worin R einen vorbestimmten Widerstandswert darstellt
Der automatische Verstärkungsregelkreis 3 erzeugt die Ausgangssignale V(+) und V(-), die wie folgt ausgedrückt werden:
(2)
worin <x der Verstärkungsfaktor des automatischen Verstärkungsregelkreises 3 ist Das Signal V(+) hat die gleiche Polarität wie das Signal Vt, während das Signal V(-) die entgegengesetzte Polarität zu der des Sigvials Vi hat. Die erzeugten Signale V(+) und V(—) werden an die Eingangsanschlüsse einer Spitzendetektoreinrichtung 4 angelegt. Ein Beispiel des Aufbaus der Spitzendetektoreinrichtung 4 ist in F i g. 3 gezeigt Die Spitzendetektoreinrichtung 4 besteht aus einem Differenzverstärkerkreis 41 und einem Spitzendetektorkreis 42. Die Differenzverstärkerkreise sehen Transistoren 411, 412 und 413 vor, so daß die Subtraktion »V(-)- V(+)« ausgeführt wird. Der Maximalwert des Ergebnisses dieser Subtraktion wird in einem Kondensator 424 in dem Spitzendetektorkreis 42 gespeichert.
Wenn V(-)- V(+)>0, schaltet der Transistor 421 ein, und deshalb wird der Kondensator 424 mit einer Zeitkonstante, die durch den Kondensator 424 und einen Widerstand 423 bestimmt ist, aufgeladen, um die Spannung des Kondensators 424 zu erhöhen, so daß die Spannung parallel an dem Widerstand 425 erhöht wird. Wegen des Anstiegs der Spannung parallel an dem Widerstand 425 wird die Spannung an dem Ausgangsanschluß 426 der Spitzendetektoreinrichtung 4 erhöht, und deshalb wird der Rückkopplungsstrom /'2, der durch einen Rückkopplungswiderstand 8 fließt, verringert. Somit wird der Wert von h. verringert ür.i sich dem Grundwert von \\ des Stroms der Photodiode 12 zu nähern, so daß der Minimalwert von V( + ) und der Maximalwert von V( —) tendieren, gleich zu werden.
Im Gegensatz zu den obigen Ausführungen schaltet der Transistor 421 aus, wenn V(-)- V(+)<0, und deshalb wird die in dem Kondensator 424 gespeicherte Ladung langsam mit einer durch den Kondensator 424, einen Widerstand 425 und den Stromverstärkungsiaktor eines Transistors 422 bestimmten Zeitkonstante entladen, um die Spannung des Kondensators 424 zu verringern, so daß die Spannung parallel an dem Widerstand 425 verringert wird. Wegen des Abfalls der Spannung parallel an dem Widerstand 425 wird die Spannung an dem Ausgangsanschluß 426 der Spitzendetektoreinrichtung 4 verringert, und deshalb wird der durch einen Rückkopplungswiderstand 8 fließende -Rückkopplungsstrom h erhöht Auf diese Weise wird der Wert von h erhöht um sich dem Grundwert von ü des Stroms der Photodiode 12 zu nähern, so daß der
Min'imalwert von V(+) und der Maximalwert von V(—) tendieren, gleich zu werden. Der Betrieb der Schaltung der F i g. 2 und 3 ist in den Fig.4(A) bis 4(G) und 5(A) bis 5(G) dargestellt Die Fig.4(A) bis 4(G) entsprechen dem Fall, in dem V(-)- V(+)>0, während die Fig.5(A) bis 5(G) dem Fall entsprechen, in dem V( -) - V(+) < 0. Gemäß F i g. 4(A) bis 4(G) ist der Zustand des in der Schaltung der Fig.2 anwesenden Signals in den Fig.4(A) bis 4(F) dargestellt und eine Versetzung OFS
besteht zwischen den Grundpegeln von V( + ) und
V(-). Als Ergebnis des Betriebs der Schaltung der F i g. 2 ändert sich der Zustand von V(+) und V( -) in
den in Fig.4(G) dargestellten Zustand, in dem sich die
Versetzung OFSx Null nähert
Gemäß Fig.5(A) bis 5(G) ist der Zustand des in der Schaltung der Fig.2 anwesenden Signals in den F i g. 5(A) bis 5(F) dargestellt und eine Versetzung OFS2 besteht zwischen den Grundpegeln von V( + ) und V(—). Als Ergebnis des Betriebs der Schaltung der Fig. 2 ändert sich der Zustand von V( + )und V(-)in den in Fig. 5(G) dargestellten Zustand, in dem sich die Versetzung OFSi Null nähert
Als Folge wird die Versetzung zwischen den Grundpegeln des Signals V(+) und des Signals V(-) eliminiert und demgemäß wird die Unterscheidung des Werts des empfangenen Signals korrekt ausgeführt
Die Ausgangssignale V(+)und V(-) des automatischen Verstärkungsregelkreises 3 werden über einen Pegelverschiebungskreis 91 an einen Komparator 92 -angelegt, um entweder ein Ausgangssignal »1« oder ein Ausgangssignal »0« als Ergebnis -der Unterscheidung des empfangenen Signals am Ausgang 921 des Komparators 92 zu erzeugen.
Obgleich bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Wellenform des empfangenen Signals so ist daß die Wellenform oberhalb des Grundpegels liegt ist es auch möglich, ein empfangenes Signal zu verwenden, dessen Wellenform unterhalb des 'Grundpegels liegt Jedoch sollte beachtet werden, daß der Maximalwert von V(+) und der Minimal wert von V(—) in dem Fall gleichgemacht werden müssen, in dem eine -solche Wellenform unterhalb des Grundpegels liegt
Eine andere Ausführungsform der Schaltung einer so Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Werten eines Signals ist in den F i g. 6,7 und 8 dargestellt, wobei Fig.7 und 8 die Pegelverschiebungskreise 40 und 60 und die Spitzendetektorkreise.50 und 70 der Schaltung der F i g. 6 darstellen.
Das Ausgangssignal Vi «iner Strom/Spannung-Umsetzschaltung 20 wird an einen Eingangsanschluß 301 eines automatischen Verstärkungsregelkreises 30 angelegt Ein Bezugssignal Vnr\ wird an den anderen EingangsanschluB 302 des automatischen Verstärkungsregetkreises 30 angelegt. Ein automatisches Verstär- kungsregelrückkopplungssignal Vagc wird an den Rückkopplungsanschluß 303 des Kreises 30 angelegt Unter der Annahme, daß der Verstärkungsfaktor des automatischen Verstärkungsregelkreises 30 «., die Leerlaufver-Stärkung «m und der Regelungsfaktor γ sind, wird die folgende Gleichung erhalten.
« = «„,(1-)" Vtgc) (4)
Der automatische Verstärkungsregelkreis 30 erzeugt ein Signal V(-t-), das die gleiche Polarität wie das Eingangssignal Vi hat, und ein Signal V( —), das die entgegengesetzte Polarität zu der des Eingangssignals Vi hat. Die erzeugten Signale V( + ) und V( —) werden einem ersten Pegelverschiebungskreis 40 und einem zweiten Pegelverschiebungskreis 60 zugeführt. Das Ausgangssignal des ersten Pegelverschiebungskreises 40 wird einem ersten Spitzendetektorkveis 50 zugeführt, dessen Ausgangssignal h. als ein Gleichstrom-Rückkopplungssignal über einen Rückkopplungswiderstand 80 dem Eingangskreis der Strom/Spannungs-Umsetzschaltung 20 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Pegelverschiebungskreises 60 wird einem zweiten Spitzendeteklorkreis 70 zugeführt, dessen Ausgangssignal V1^1- als ein automatisches Verstärkungsregelrückkopplungssignal dem Rückkopplungsanschluß 303 des Kreises 30 zugeführt wird.
Die Einzelheiten des Pegelverschiebungskreises 40 und des Spitzendetektorkreises 50 sind in F i g. 7 dargestellt. Der Pegelverschiebungskreis enthält Transistoren 401 und 402. Den Basen der Transistoren 401 und 402 werden das Signal V( + ) bzw. das Signal V(-) zugeführt. Das Signal V( +) ist durch einen vorbestimmten Wert V1 pegelverschoben, um das Signal V( + )' aufgrund der Anwesenheit eines Widerstands 403 zu werden. Das verschobene Signal V( + )' wird der Basis eines Transistors 501 in dem Spitzendetektorkreis zugeführt. Das Signal V( —) wird der Basis eines Transistors 502 zugeführt. Die Differenz zwischen den Werten V( + )' und V( —), die in dem Spitzendetektorkreis 50 erhalten wird, wird einem aus einem Widerstand 508, einem Kondensator 509. einem Transistor 507 und einem Widerstand 510 bestehenden Kreis zugeführt.
Der Kondensator 509 wird mit einer durch den Kondensator 509 und den Widerstand 508 bestimmten Zeitkonstante geladen und mit einer durch den Kondensator 509, den Widerstand 510 und den Stromverstärkungsfaktor des Transistors 507 bestimmten Zeitkonstante entladen. Folglich fließt ein Gleichstrom-Rückkopplungsstrom /·> zwischen dem Ausgangsanschluß 511 des Spilzendeiektorkreises 50 und einem der Eingänge "der Strom/Spannungs-Umsetzschaltung 20 über einen Rückkopplungswiderstand 80. Die Gleichstrom-Rückkopplung wird so ausgeführt, daß der Minimalwerl des Signals V( —) mit entgegengesetzter Polarität mit dem Maximalwert des verschobenen Signals V( + )' mit dergleichen Polarität übereinstimmt.
Die Arbeitsweise der Schaltung der F i g. 7 wird anhand der Fig.9(A) bis 9(C) und 10(A) bis 10(C) beschrieben. Die Beziehung zwischen V( —) und V( + )' in den Fig.9(B) und 10(B) entspricht der Beziehung zwischen V( + )und V(-) in den Fi g. 4(F) und 5(F) für die Betriebsweise der Schaltung der F i g. 3.
Die Einzelheiten des Pegelverschiebungskreises 60 und des Spitzendetektorkreises 70 sind in Fig.8 dargestellt. Der Pegelverschiebungskreis enthält Transistoren 601 und 602. Den Basen der Transistoren 601 und 602 werden das Signal V( + ) bzw. das Signal V(-) zugeführt. Das Signal V( —) ist durch einen vorbestimmten Wert vs pegel verschoben, um das Signal V(-)' aufgrund der Anwesenheit eines Widerstands 604 zu werden. Das verschobene Signal V( —)' wird der Basis eines Transistors 702 in dem Spitzendetektorkreis 70 zugeführt. Die Differenz zwischen den Werten V(-)' und V(-t-), die in dem Spitzendelektorkreis 70 erhalten wird, wird einem aus einem Widerstand 708, einem
ίο Kondensator 709, einem Transistor 707 und einem Widerstand 710 bestehenden Kreis zugeführt.
Der Kondensator 709 wird mit einer durch den Kondensator 709 und den Widerstand 708 bestimmten Zeitkonstante geladen und mit einer durch den Kondensator 709, den Widerstand 710 und den Stromverstärkungsfaktor des Transistors 707 bestimmten Zeitkonstante entladen. Folglich wird ein automatisches Verstärkungsregelsignal V^1- von dem Ausgangsanschluß 711 des Spitzendetektors 70 ausgesandt und dem Rückkopplungsanschluß 303 des automatischen Verstärkungsregelkreises 30 zugeführt. Die automatische Verstärkungsregelung wird so ausgeführt, daß der Minimalwert des Signals V( + ) mit gleicher Polarität mit dem Maximalwert des verschobenen Signals V( —)'■ mit entgegengesetzter Polarität übereinstimmt.
Die Arbeitsweise der Schaltung der Fig.8 wird anhand der Fig. 11(A) bis 11(C) und 12(A) bis 12(C) dargestellt. Die Beziehung zwischen V( + )und V( —)'in den Fig. 11(B) und 12(B) entspricht der Beziehung
jo zwischen V( + )und V(-) in den Fig.4(F) und 5(F) für die Arbeitsweise der Schaltung der F i g. 3.
Die Fig.9(A) und 10(A) stellen den Zustand dar, bevor die Rückkopplung für die Gleichstrom-Kompensation ausgeführt wird. Die Differenz zwischen dem V( + )-Mitielpegel und dem V(-)-Mittelpegel ist gleich »ix(v,— Vr,.n)«, worin α der Verstärkungsfaktor des automatischen Verstärkungsregelkreises 30, v,. die Spannung des Mittelpegels des Signals Vi und Vrcf, die Bezugsspannung sind.
Als Ergebnis der Rückkopplung für die Gleichstrom-Kompensation tendiert die Differenz, Null zu werden, wie in den F i g. 9(C) und 10(C) dargestellt ist.
Die F i g. 11(A) und 12(A) zei>r— den Zustand, bevor die Rückkopplung für die automatische Vcrstärkungsregelung ausgeführt wird. Es Wird angenommen, daß die Amplitude jedes Signals V(+)und V(-) nicht gleich v„ aber gleich entweder »ν,+ λ:« oder »»-, —Ar« ist. worin k ein vorbcstinimter Wert ist. Der Wert »v,+ Ar« ist gleich »ft(va-=--να·π)«. worin vadie Amplitude des Signals Vi ist.
Als Ergebnis der Rückkopplung für die automatische Verstärkungsregelung tendiert die Amplitude von V( + ) und V( —) dazu, gleich v, zu werden, wie in den F i g. 11(C) und 12(C) dargestellt ist.
Die Ausgangssignalc V(+) und V(—) des auiomatisehen Verstärkungsregclkreises 30 werden einem Komparator 90 zugeführt, um entweder ein Ausgangssignal »1« oder ein Ausgangssignal »0« als Ergebnis der Unterscheidung des empfangenen Signals am Ausgang 901 zu erzeugen.
Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Unterscheiden zwischen zwei Signalwerten, gekennzeichnet durch einen automatischen Verstärkungsregelkreis (3, 30), der aus dem ankommenden Signal ein Signal V(+) mit derselben Polarität wie das ankommende Signal und ein Signal V(—) mit der entgegengesetzten Polarität zu der des ankommenden Signals erzeugt, eine Spitzendetektoreinrichtung (4, SO), die das Signal V(+) und das Signal V(-) empfängt und diese spitzenwertgleichrichtet,
einen Rückkopplungsweg zum Verbinden des Ausgangs der Spitzendetektoreinrichtung mit dem Eingangskreis des automatischen Jferstirkungsregei-
kreises,
einen Komparator (92,90), der das Signal V( +) und das Signal V(—) empfängt und die zwei Signal werte unterscheidet und an dessen Ausgang das Ergebnis der Unterscheidung abnehmbar ist, und einen Pegelverschiebungskreis (91,40), wobei der Wert des Rückkopplungsstroms so geregelt wird, daß der Maximalwert des einen der Signale V( + ) und V(-) mit dem Minimalwert des anderen der beiden Signale übereinstimmt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Pegelverschiebungskreis (60) zum Verschieben des Signals mit derselben Polarität, eine weitere Spitzendetektoreinrichtung (70), die das Ausgangssignal des weiteren Pegelverschiebungskreises (60) empfängt und die Differenz zwischen dem verschobenen Signal V( + )' derselben Polarität und dem Signal V( —) entgegengesetzter Polarität spitzenwertgleichrichtet, und
einen weiteren Rückkopplungsweg zum Verbinden des Ausgangs der weiteren Spitzendetektoreinrichtung (70) mit dem Rückkopplungsanschluß (303) des automatischen Verstärkungsregelkreises (30), um die automatische Verstärkungsregelung zu bewirken, ' wobei die Spitzendetektoreinrichtung (50) das Ausgangssignal des einen Pegelverschiebungskreises (40) empfängt und die Differenz zwischen dem verschobenen Signal V(—)' mit entgegengesetzter Polarität und dem Signal V(+) mit derselben Polarität spitzenwertgleichrichtet, und wobei die Gleichstrom-Rückkopplung durch den weiteren Rückkopplungsweg so ausgeführt wird, daß der Minimalwert des Signals V( —) mit entgegengesetzter Polarität mit dem Maximalwert des verschobenen Signals V( + )' mit derselben Polarität übereinstimmt.
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