DE3207741C2

DE3207741C2 -

Info

Publication number: DE3207741C2
Application number: DE19823207741
Authority: DE
Inventors: Wolfang Dipl.-Ing. 7141 Oberstenfeld De Bambach; Horst Dipl.-Ing. Wernz; Theo Dipl.-Ing. 7150 Backnang De Wiesmann; Ernst Ing.(Grad.) 7157 Murrhardt De Kremers
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1989-04-13
Also published as: DE3207741A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Ausgangssignals eines Halbleiterlasers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahren.

Eine nach einem solchen Verfahren arbeitende Schaltungsanordnung ist bekannt aus der Patentschrift GB 15 63 944.

Halbleiterlaser werden heute vorwiegend für die digitale Übertragung von Nachrichten über Lichtleitfasern eingesetzt. Bei dieser Modulation macht sich vor allen bei hohen Bitraten störend bemerkbar, daß der zu sendende Lichtimpuls erst nach einer gewissen Einschaltverzögerung abgegeben wird. Diese Verzögerung kann verringert werden, indem die Laserdiode mit einem Vorstrom I _V betrieben wird, der gleich dem Schwellstrom I _S ist (vgl. dazu die Zeichnungen gemäß Fig. 1a und Fig. 1b - Lichtleistung P in Abhängigkeit des Stromes I und der Zeit).

Durch Temperatur- und Alterungseinflüsse ändert sich der Wert des Schwellstromes I _S. Die Forderung I _V≈I _S gilt jedoch nach wie vor. In der Sendeschaltung müssen deshalb Einrichtungen vorgesehen werden, die Änderungen des Schwellstroms erkennen und den eingestellten Vorstrom I _V entsprechend nachführen.

Ferner ist nicht garantiert, daß die Steigung

im steilen Teil der Lichtleistungs-Kennlinie (Fig. 1) konstant bleibt.

Sollen gleichbleibende Systemdaten eingehalten werden - das bedeutet u. a. konstante Sendeleistung -, so muß auch der Modulationsstrom I _M des Lasers so geregelt werden, daß Lichtimpulse konstanter Spitzenleistung

P = P _S + P _M

gesendet werden.

Die Erfüllung der Bedingungen:

I _V ≈ I _S und P = P _S + P _M

kann direkt überwacht werden durch Messen des Minimal- und Maximalwerts der optischen Ausgangsleistung mit Spitzenwertgleichrichtern, wie das in "Wissenschaftliche Berichte, AEG-Telefunken 53, 1980, 1-2 S. 56-61" beschrieben ist.

Dazu sind Signalamplituden von einigen 100 mV_SS erforderlich, die nur nach hochfrequenter Verstärkung erreicht werden. Dieses Verfahren ist deshalb schaltungstechnisch aufwendig und der Leistungsverbrauch ist relativ hoch.

Hochfrequenzverstärker können vermieden werden durch Verwendung eines Pilottons, beispielsweise bekannt aus der Veröffentlichung "Electronic Letters, Vol. 14, Nr. 24, 1978, Seiten 775 und 776". Damit wird zwar der Leistungsbedarf reduziert, nicht jedoch der Umfang der Schaltung.

Eine Regelschaltung, die ebenfalls ohne Hochfrequenzverstärker auskommt ist aus einer älteren Anmeldung bekannt, die zur DE 30 45 511 A1 geführt hat.

Aus der älteren Anmeldung, die zur DE 30 45 545 A1 geführt hat ist es bekannt, das vom Halbleiterlaser zu übertragende Datensignal für die Regelung des Modulationsstromes heranzuziehen. Es erfolgt dort ein Vergleich zweier Spitzenwerte. Einer der Spitzenwerte repräsentiert das Gesamtsignal, welches durch eine Photodiode aus dem Laserausgangssignal gewonnen wird. Durch die Spitzenwertgleichrichtung ergeben sich Signalverzögerungen, die die Regelgeschwindigkeit reduizieren. Störende Gleichanteile und thermische Drifterscheinungen gehen dort in die Regelung ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das geeignet ist, einen einfach aufgebauten und zuverlässig arbeitenden Regelkreis zu realisieren, der insbesondere Fehler durch schwankende statistische Eigenschaften des Sendesignals unterdrückt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Patentanspruch 2 bezeichnet eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens und die Patentansprüche 3 und 4 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 2 wieder.

Durch unterhalb ihrer Diodenschwelle mit kleinen Signalamplituden betriebene, quadratisch gleichrichtende Dioden erübrigt sich eine Vorverstärkung mit den daraus restultierenden Signalverfälschungen. Impulse kurzer Dauer werden nach Gleichrichtung und Mittelwertbildung unverfälscht ausgewertet. Als Diode eignet sich dazu besonders eine Zero-Bias- oder eine Low-Barrier-Schottky-Diode. Zur Vermeidung der bei kleinen Signalamplituden auftretenden Driftprobleme ist es erforderlich, eine weitere Diode vorzusehen, die mit dem zu übertragenden Datensignal beaufschlagt und mit dem zweiten Eingang des Vergleichsverstärkers verbunden ist. Darüber hinaus wird die Temperaturdrift der Diode kompensiert.

Die Diode kann mit einer Hilfsstromquelle verbunden sein, die ihr einen derartigen Strom einprägt, daß ihre Empfindllichkeit maximal ist. Gleiches gilt für die weitere Diode.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Erläuterung des Regelungsprinzips und

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung.

In Fig. 2 liegt am Eingang 1 des Vorverstärkers VV das zu übertragende Datensignal an. An den Ausgang dieses Vorverstärkers VV schließt sich der Regelverstärker VR an, der das verstärkte Datensignal an die Laserdiode LD weiterleitet.

Mittels Lichtwellenleiter LWL wird das Datensignal auf optischem Wege übertragen. Zur Regelung wird ein Teil der von der Laserdiode LD abgestrahlten optischen Lichtleistung mittels einer Photodiode FD ausgekoppelt, beispielsweise an der Rückseite der Laserdiode.

Das elektrische Ausgangssignal der Photodiode FD wird zur Regelung des Vorstroms I _V in der Vorstromrelgelschleife VSR über den Operationsverstärker OV 1 mit einer Referenzspannung Ur 1 verglichen und so geregelt, daß der Mittelwert der optischen Sendeleistung P konstant bleibt.

Der Wechselanteil des Ausgangssignals der Photodiode FD wird über den Kondensator C 1 ausgekoppelt. Es besteht daher keine Abhängigkeit mehr von dem durch die Fotodiode FD fließenden Gleichstrom und damit auch keine Abhängigkeit mehr vom Mittelwert der optischen Sendeleistung, sondern nur noch von dem Amplituden P _M des zu übertragenden Datensignals. Deshalb kann der ausgekoppelte Wechselanteil als Kriterium zur Regelung des Modulationsstroms I _M dienen. Ohne Zwischenverstärkung wird der Wechselanteil an eine unterhalb ihrer Diodenschwelle quadratisch gleichrichtende Diode DD weitergeleitet. Die Ausgangsspannung der Diode DD ist somit zum Qudrat der optischen Lichtleistung proportional. Als Diode DD kann eine herkömmliche unterhalb der Diodenschwelle arbeitende Silizium-Diode benutzt werden. Besser eignen sich Low-Barrier- oder Zero-Bias-Schottky-Dioden. Über einen Entkopplungswiderstand RE 2 wird der quadratisch gleichgerichtete Wechselanteil dem invertierenden Eingang eines Vergleichsverstärkers - Operationsverstärker OV 2 - zugeführt. Der nichtinvertierende Eingang von OV 2 ist mit der Referenzspannung Ur 2 beaufschlagt. Das Ausgangssignal von OV 2 wird zur Schließung der Modulationsstromregelschleife an den Steuereingang des Regelverstärkers VR gelegt.

Die Temperaturdrift der Detektordiode DD wird gemäß Fig. 3 eliminiert durch eine zweite Diode - Kompensationsdiode DR - die den gleichen Temperaturgang wie die Detektordiode DD aufweist. Diese zweite Diode DR ist über einen Entkopplungswiderstand RE 3 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OV 2 verbunden.

Beide Dioden DD und DR arbeiten durch Einprägung von Hilfsströmen IH 1 und IH 2 mit maximaler Empfindlichkeit. Die Temperaturdrift der Detektordiode DD wird eliminiert durch Differenzbildung unter der Voraussetzung, daß beide Dioden gleichen Temperaturgang haben. Die Hilfsströme IH 1 und IH 2 werden dann ebenfalls gleich groß gewählt. Wird die Kompensationsdiode DR am Eingang 2 über den Koppelkondensator C 2 mit dem Ansteuersignal für den Regelverstärker VR oder einem sonstigen vom zu übertragenden Datensignal abgeleiteten Signal beaufschlagt (Synchronregelung), so werden Fehler durch schwankende statistische Eigenschaften des Sendesignals vermieden. Solche Schwankungen treten insbesondere auf, wenn kein Scrambler für die Aufbereitung des Datensignals verwendet wird und die Dichte der logischen ′1′-Impulse deshalb nicht definiert ist oder wenn z. B. kein Datensignal anliegt, siehe dazu die Angaben in "Wissenschaftliche Berichte, AEG-Telefunken 53, 1980, 1-2, S. 56-61".

Die Differenzspannung U _DD-U _DR zwischen den beiden Dioden als Kriterium für die Einstellung des Modulationsstromes I _M der Laserdiode LD muß driftarm im Operationsverstärker OV 2 verstärkt werden. Zur Anpassung des an der Fotodiode FD abgenommenen Signals an das vom übertragenden Datensignal - zugeführt am Eingang 2 - abgeleitete Synchronsignal sind die Dämpfungswiderstände RA und RB vorgesehen. Am Ausgang des Operationsverstärkers OV 2 steht das Signal zur Modulationsstromregelung und am Ausgang von OV 1 das Signal zur Vorstromregelung zur Verfügung.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Ausgangssignals eines Halbleiterlasers, wobei der Modulationsstrom des Halbleiterlasers mit Hilfe eines Signals geregelt wird, das durch den Vergleich zwischen einer Referenzgröße und dem Wechselanteil des Ausgangssignals einer Photodiode, welche das optische Ausgangssignal des Halbleiterlasers empfäng, gebildet wird, wobei vor dem Verlgeich direkt, ohne zusätzliche Verstärkung der Wechselanteil des Ausgangssignals der Photodiode durch Gleichrichtung und Mittelwertbildung in ein Gleichspannungssignal umgesetzt wird und wobei die Diode (DD) zur Gleichrichtung unterhalb ihrer Diodenschwelle im quadratisch gleichrichtenden Bereich betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Diode (DR) mit gleichem Temperaturgang wie die Diode (DD) zur Gleichrichtung zur Kompensation der Temperaturdrift der Diode (DD) vorgesehen wird, daß die Differenzspannung (U _DD-U _DR) der an den Dioden (DD, DR) auftretenden Spannungen (U _DD, U _DR) für den Vergleich benutzt wird und daß die weitere Diode (DR) mit einem vom Halbleiterlaser zu übertragenden Datensignal abgeleiteten Signal beaufschlagt wird.

2. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- einem Halbleiterlaser (LD) mit vorgeschalteten Regelverstäker (VR),
- einem Vergleichsverstärker (OV 2) zur Steuerung des Regelverstärkers (VR),
- einer Mittelwertgleichrichterschaltung (DD, RE 2, OV 2) für das opto-elektrisch gewandelte Ausgangssignal des Halbleiterlasers (LD) mit einer Diode (DD) einem Entkopplungswiderstand (RE 2) und einem Operationsverstärker (OV 2),
- einer weiteren Diode (DR) zur Kompensation der Temperaturdrift der Diode (DD),
- einem Vergleichsverstärker (OV 2), dessen Eingänge derart mit den beiden Dioden (DD, DR) verbunden sind, daß der Regelverstärker (VR) durch die Differenzspannung (U _DD-U _DR) der an den Dioden (DD, DR) auftreten den Spannungen (U _DD, U _DR) steuerbar ist,
- einer Verbindung von einem das Datensignal für den Halbleiterlaser führenden Punkt zur Kompensationsdiode (DR).

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Hilfsstromquellen (IH 1, IH 2) zur Einstellung der maximalen Empfindlichkeit der Dioden (DD, DR).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (DD, DR) Zero-Bias oder Low-Barrier-Schottky Dioden sind.