DE3222719A1

DE3222719A1 - Circuit for an optoelectronic switching element

Info

Publication number: DE3222719A1
Application number: DE19823222719
Authority: DE
Inventors: Stefanos Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Dermitzakis; Elmar-Ernst Dipl.-Phys. Dr. 7101 Oedheim Wagner
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1984-02-02

Abstract

The invention relates to a circuit for an optoelectronic switching element comprising a radiation transmitter and a radiation receiver. According to the invention, a synchronisation device is provided which times a radiation emission present at the transmitter end and effects the temporal synchronisation of a sensing unit at the receiver end.

Description

Schaltung für ein optoelektronisches Circuit for an optoelectronic

Koppelelement Die Erfindung betrifft eine Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement aus einem Strahlungssender und einem Strahlungsempfänger. Mit Hilfe von optoelektronischen Koppelelementen werden vorzugsweise Schaltungen oder Schaltungsteile miteinander verknüpft. Ferner bilden optoelektronische Koppelelemente vielfach Lichtschranken, mit deren Hilfe Gegenstände im Lichtstrahl erfaßt und durch die Erfassung elektrische oder mechanische Vorgänge ausgelöst werden. Die im Dauerbetrieb arbeitenden Lichtschranken haben vielfach eine zu geringe Strahlungsleistung und einen zu kleinen Signal-Rausch-Abstand auf der optischen Übertragungsstrecke. Coupling element The invention relates to a circuit for an optoelectronic Coupling element made up of a radiation transmitter and a radiation receiver. With help of optoelectronic coupling elements are preferably circuits or circuit parts linked together. Furthermore, optoelectronic coupling elements often form light barriers, with the help of which objects are detected in the light beam and electrical by the detection or mechanical processes are triggered. The light barriers working continuously often have too little radiated power and a signal-to-noise ratio that is too small on the optical transmission path.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für ein optoelektronisches Koppelelement anzugeben, mit deren Hilfe die Strahlungsleistung erhöht und der Signal-Rausch-Abstand auf der optischen Übertragungsstrecke ebenfalls vergrößert werden kann. Diese- Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Synchronisiereinheit vorgesehen ist, die eine Str ahlungs abgabe auf der Senderseite taktet und die zeitliche Synchronisation einer Abfrageeinheit auf der Empfängerseite mit der Taktfolge bewirkt.The invention is therefore based on the object of providing a circuit for specify an optoelectronic coupling element, with the help of which the radiation power increases and so does the signal-to-noise ratio on the optical transmission path can be enlarged. This task is described in the introduction in a circuit Type solved according to the invention in that a synchronizing unit is provided, which clocks a radiation output on the transmitter side and the time synchronization an interrogation unit on the receiver side with the clock sequence.

Nach der Erfindung erfolgt somit die optische Abtastung nur mit der von der Synchronisiereinheit vorgegebenen Taktfrequenz, wobei sich die TaKtfrequenz und das Tastverhältnis nach den jeweiligen Erfordernissen bzw. nach der gewünschten Auflösung des Zustandes innerhalb der Übertragungsstrecke richtet. Da insbesondere Lichtschranken vielfach in Verbindung mit mechanischen Systemen verwendet werden, ist eine gegenüber der möglichen Maximal frequenz von Sender und Empfänger reduzierte Abtastfrequenz kein Nachteil, da bei diesen Systemen die erforderlichen Abtastraten meist wesentlich unter den Maximal frequenzen der elektronischen Bauelemente liegen.According to the invention, the optical scanning is carried out only with the clock frequency specified by the synchronization unit, whereby the clock frequency and the duty cycle according to the respective requirements or according to the desired Resolution of the state within the transmission path is aimed. Since in particular Light barriers are often used in connection with mechanical systems, is a reduced frequency of the transmitter and receiver compared to the maximum possible Sampling frequency is not a disadvantage, as these systems have the necessary sampling rates usually well below the maximum frequencies of the electronic components.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung arbeitet der Sender, der beispielsweise aus einer Infrarot-Diode besteht, im Pulsbetrieb, so daß der Diodenstrom beispielsweise von 100 mA auf 1 - 1,5 A erhöht werden kann. Dadurch erhöht sich auch die Strahlungsleistung etwa um den Faktor 10, so daß sich auch der Signal-Rausch-Abstand auf der optischen Übertragungsstrecke um diese Größenordnung erhöht.When using the circuit according to the invention, the transmitter works which consists, for example, of an infrared diode, in pulse mode, so that the Diode current, for example, can be increased from 100 mA to 1 - 1.5 A. Through this the radiation power also increases by a factor of about 10, so that the signal-to-noise ratio on the optical transmission path by this order of magnitude elevated.

Ebenso wird das Signal-Rausch-Verhältnis bei der elektrischen Signalverarbeitung wesentlich erhöht, da Störungen nur noch während des zeitlichen Fensters, in dem die Signalverarbeitung auf der Empfängerseite erfolgt, wirksam sein können.The same is true of the signal-to-noise ratio in electrical signal processing significantly increased, since disruptions only occur during the time window in which the signal processing takes place on the receiving end, can be effective.

Die Synchronisiereinheit besteht vorzugsweise aus einem Taktgenerator, dessen Taktimpuls einen im Stromzweig des Senders liegenden Schalter ansteuert und zugleich ein Eingang signal für eine logische Verknüpfung bildet, der ein weiteres Eingangssignal vom Strahlungsempfänger zugeführt wird. Der Schalter ist vorzugsweise ein an der Basiselektrode angesteuerter Transistor. Bei der logischen Verknüpfung handelt es sich vorzugsweise um ein UND-Gatter und im speziellen Fall um eine bistabile Kippstufe deren Speicherzustand mit der positiven Flanke des Taktimpulses bei entsprechendem Signal am zweiten Eingang der Kippstufe veränderbar ist.The synchronization unit preferably consists of a clock generator, whose clock pulse controls a switch located in the current branch of the transmitter and at the same time forms an input signal for a logical link, which is another Input signal is fed from the radiation receiver. The switch is preferably a transistor controlled at the base electrode. With the logical connection it is preferably an AND gate and in the special case a bistable Flip-flop whose memory state with the positive edge of the clock pulse with the corresponding Signal at the second input of the flip-flop can be changed.

Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention and its advantageous embodiment are described below are explained in more detail using an exemplary embodiment.

In der Figur 1 ist eine Lichtschranke dargestellt, deren wesentlicher Teil aus der Infrarot-Diode IR auf der Senderseite und aus einer Fotodiode FD auf der Empfängerseite besteht. Die Wegstrecke zwischen den beiden Bauelementen bildet die optische und in ihrem Zustand abzufragende Übertragungsstrecke. Im Stromzweig der Infrarot-Diode IR liegt ein Schalter T, der im Ausführungsbeispiel von einem Transistor gebildet wird. Dieser Transistor T wird basisseitig vom Taktgenerator Sy angesteuert. Bei optoelektronischen Koppel elementen kann sich im Strompfad für den die Infrarot-Diode durchfließenden Strom ein weiterer Schalter S befinden, der durch elektronische Schaltungsbausteine St gesteuert wird. Bei einfachen Lichtschranken zur Abtastung der Übertragungsstrecke zwischen der Infrarot-Diode IR und der Fotodiode FD ist dieser Schalter S in der Regel nicht vorhanden.In the figure 1, a light barrier is shown, the essential Part of the infrared diode IR on the transmitter side and a photodiode FD the receiving end exists. The distance between the two components forms the optical transmission link to be queried in terms of its status. In the branch the infrared diode IR is a switch T, which in the embodiment of a Transistor is formed. This transistor T is on the base side of the clock generator Sy driven. With optoelectronic coupling elements can be in the current path for the current flowing through the infrared diode is another switch S, the is controlled by electronic circuit components St. With simple light barriers for scanning the transmission path between the infrared diode IR and the photodiode FD, this switch S is usually not available.

Der Taktgenerator gibt beispielsweise die in der Figur 2c dargestellte Impulsfolge ab. Diese Impulsfolge gemäß Figur 2c gelangt über einen Inverter I auf die Basiselektrode des NPN-Transistors T, so daß durch die Infrarot-Diode IR nur dann ein Strom fliesen kann, wenn das Taktsignal LOW und das invertierte Taktsignal HIGH ist. Daraus resultiert die in der Figur 2a dargestellte getaktete Infrarotstrahlung, wobei die Taktfrequenz der dargestellten Impulsfolge von der des Taktgebers Sy bestimmt wird.The clock generator gives, for example, that shown in FIG. 2c Pulse train from. This pulse sequence according to FIG. 2c arrives via an inverter I. the base electrode of the NPN transistor T, so that through the infrared diode IR only a current can flow when the clock signal is LOW and the inverted clock signal Is HIGH. This results in the clocked infrared radiation shown in Figure 2a, where the clock frequency of the pulse sequence shown is determined by that of the clock generator Sy will.

Das Taktsignal gemäß Figur 2c wird gleichzeitig auf eine bistabile Kippstufe L gegeben. Diese Kippstufe ist so ausgebildet, daß der Speicherzustand beispielsweise nur während der positiven Flanke des Taktsignals entsprechend dem Ausgangssignal der Empfängereinheit gesetzt werden kann. Die Empfängereinheit besteht aus der Fotodiode FD und einem nach- geschalteten Verstärker V, dessen Ausgang A an die bistabile Kippstufe L angeschlossen ist. In der Figur 2b wird die Ausgangsspannung am Verstärker über die Zeit von 2 Taktperioden dargestellt. Dabei sei angenommen, daß während der ersten Periode die Übertragungsstrecke ungestört ist, während bei der zweiten Taktperiode eine Unterbrechung der Übertragungsstrecke erfolgte. Wie man der Figur 2b entnimmt, ist dann das Ausgangssignal U(A) sehr klein, so daß der Speicherzustand der Kippstufe L gemäß Figur 2d verändert wird.The clock signal according to FIG. 2c is switched to a bistable at the same time Tilt stage L given. This flip-flop is designed so that the memory state for example only during the positive edge of the clock signal according to the Output signal of the receiver unit can be set. The receiving unit exists from the photodiode FD and a subsequent switched amplifier V, whose output A is connected to the bistable multivibrator L. In Figure 2b the output voltage at the amplifier is shown over a period of 2 clock periods. It is assumed that the transmission link is undisturbed during the first period is, while in the second clock period there is an interruption in the transmission path took place. As can be seen from Figure 2b, the output signal U (A) is then very small, so that the memory state of the flip-flop L is changed according to FIG. 2d.

Gemäß Figur 2d bleibt der HIGH-Zustand am Ausgang Q der Kippstufe L so lange erhalten, bis während der positiven Flanke eines Taktsignals das Signal am Punkt A seine Größe gegenüber dem vorangegangenen Abfragezyklus geändert hat. Dann nimmt Q gemäß Figur 2d den LOW-Pegel an.According to FIG. 2d, the HIGH state remains at the output Q of the trigger stage L received until during the positive edge of a clock signal the signal at point A has changed its size compared to the previous polling cycle. Q then assumes the LOW level in accordance with FIG. 2d.

Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel betrug die Flankenlänge der Taktsignale 100 ns. Bei einer Abtastfrequenz von 10 kHz erhält man eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses um den Faktor 1000 gegenüber einer im Dauerbetrieb arbeitenden Lichtschranke.In a realized embodiment, the flank length was of the clock signals 100 ns. An increase is obtained at a sampling frequency of 10 kHz the signal-to-noise ratio by a factor of 1000 compared to continuous operation working light barrier.

Claims

Claims 1) Circuit for an optoelectronic coupling element from a radiation transmitter and a radiation receiver, characterized in that, that a synchronization unit (Sy) is provided which emits radiation the transmitter side clocks and the time synchronization of an interrogation unit (L) on the receiving end with the timing sequence.

2) circuit for an optoelectronic coupling element according to claim 1, characterized in that the synchronization unit (Sy) consists of a clock generator whose clock pulse is a switch (T) in the current branch of the transmitter controls and at the same time forms an input signal for a logical link (L), to which a further input signal is fed from the radiation receiver.

3) circuit for an optoelectronic coupling element according to claim 2, characterized in that the switch is a transistor controlled at the base (T) is.

4) circuit for an optoelectronic coupling element according to claim 2, characterized in that the logical link (L) is an AND gate.

5) circuit for an optoelectronic coupling element according to claim 4, characterized in that the AND gate is a bistable multivibrator whose Memory status with the positive edge of the clock pulse with the corresponding signal can be changed at the second input of the flip-flop.

6) Circuit for an optoelectronic coupling element according to one of the The preceding claims, characterized in that the radiation transmitter is an infrared diode (IR) and the radiation em, receiver a photodiode (FD) with a downstream amplifier (V) is.

7) Circuit according to one of the preceding claims, characterized by using it for a light barrier.