DE3545194A1 - Optoelektronisches sende-empfangsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Sende-Empfangsgerät zur Nachrichtenübermittlung über impulsförmig modulierte Lichtstrahlun­ gen, bestehend aus einer Sende-Leuchtdioden ansteuernden Schaltung und einer optoelektronischen Empfängerschaltung, deren Eingangsstromkreis aus der Reihenschaltung eines auf die äußere zu empfangende Lichtstrahlung ansprechenden fotoempfindlichen Bauelements mit einem festen und/oder dynamischen Arbeitswiderstand gebildet wird, welchen eine vom Nutz- Störsignalverhältnis abhängige Regelspannung steuert.

Sende-Empfangsgeräte dieser Art werden zur drahtlosen Übermittlung von Nachrichten über Licht, vorzugsweise über Infrarotlicht beispielswei­ se zwischen tragbaren Sende-Empfangsgeräten untereinander oder zwischen einem tragbaren Sende-Empfangsgerät und einer feststehenden Hauptstation eingesetzt. Die Ausstattung beider Stationen mit Sende- so­ wohl als auch Empfangseinrichtungen gestattet einen Duplexverkehr, wie er zum Beispiel bei einem sogenannten schnurlosen Telefon gefordert wird. Bei Telefonapparaten dieser Art sind sowohl das Tischgerät als auch der Handapparat mit optoelektronischen Sende-Empfangseinrichtungen ausgerü­ stet.

Empfängerschaltungen zum Empfang und zur Detektion modulierter Licht­ strahlungen enthalten einen Eingangskreis, der in bekannter Weise aus einem fotoempfindlichen Bauelement - beispielsweise einer Fotodiode - und einem in Reihe geschalteten Arbeitswiderstand besteht. Für diesen kann in zweckmäßiger Weise eine Induktivität eingesetzt werden, um das Nutz-Störsignalverhältnis zwischen den höherfrequenten Nutzsignalen und den tieferfrequenten Störsignalen zu verbessern.

Durch Störlichtsignale, insbesondere durch deren Gleichtlichtkomponente kann in nachteiliger Weise der Arbeitspunkt der Fotodiode in den Sätti­ gungsbereich verschoben werden, so daß bei Betrieb mit reellem Arbeitswi­ derstand der Empfang der Nutzsignale stark benachteiligt ist. Bekannte Schaltungen sehen daher in Reihe mit dem fotoempfindlichen Bauelement ei­ nen zusätzlichen steuerbaren Widerstand vor, beispielsweise einen Transi­ stor, der über eine vom Nutz-Störsignalverhältnis abhängige Regelspannung angesteuert wird und der Arbeitspunktverschiebung entgegenwirkt. Solche Schaltungseinzelheiten sind in den Deutschen Offenlegungsschriften 31 36 565 oder 33 36 027 beschrieben. Sind die Empfänger mit einem zu­ sätzlichen Sender ausgerüstet, um eine Nachrichtenübermittlung im Duplex­ verkehr zu ermöglichen, so tritt zu den Störlichtkomponenten aus dem Um­ feld noch zusätzlich ein organisiertes, von der Sendeeinrichtung hervor­ gerufenes Störsignal hinzu und benachteiligt den Empfang der von der Ge­ genstation ausgesandten Nutzsignale. Durch eine optische und elektromag­ netische Abschirmung der zur Aussendung bevorzugt verwendeten Sende- Leuchtdioden gegenüber den lichtempfindlichen Bauelementen in der benach­ barten Empfängerschaltung ist bisher versucht worden, den Störeinfluß ge­ ring zu halten. Wenn sich jedoch der Benutzer eines solchen tragbaren Sende-Empfangsgerätes im Bereich einer lichtreflektierenden Fläche befindet, können Störsignale auftreten, die wesentlich größer als die Nutzsignale sind. Wenn auch bei solchen Übertragungsverfahren, die mittels Impulsmodulation arbeiten, die Nutzsignale während der Impuls­ pausen der Sendesignale empfangen werden, die wiederum die besonderen Störsignale erzeugen, so sind doch aufgrund der in den Empfängerschal­ tungen, insbesondere in der Regelspannungserzeugung notwendigen Zeitkon­ stanten Beeinträchtigungen des Nutzsignalempfangs nicht zu vermeiden; bei besonders starken organisierten Störsignalen kann sogar der Empfänger so übersteuert werden, daß keine Detektion der Nutzsignalimpulse mehr möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Einfluß von organisierten Stör­ signalen zu verringern, die in einem optoelektronischen Sende-Empfangsge­ rät durch den eigenen Lichtimpulssender hervorgerufen werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Sende-Empfangsgerät der beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung erläutert, wobei

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sende- Empfangsgerätes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Eingangskreises der Empfangseinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Eingangskreises in einer besonderen Ausbildungsform,

Fig. 4 die Konfiguration eines Eingangskreises nach einer erprobten Bauelementezusammenstellung,

Fig. 5 Impulsdiagramme,

zeigt.

In der Fig. 1 ist im Prinzip eine Sende-Empfangseinrichtung dargestellt, in deren Eingangskreis der Empfängerschaltung die Erfindung angewendet wird. Beispielsweise kann die dargestellte optoelektronische Einrichtung der Handapparat eines sogenannten schnurlosen Telefons sein, der über ei­ ne Infrarot-Lichtverbindung mit einem feststehenden Tischapparat verbun­ den ist. Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Sendeschaltung bezeichnet, die einerseits von einem Mikrofon 2 angesteuert wird und andererseits einen impulsmodulierten Strom zur Ansteuerung von Sende-Leuchtdioden 3 erzeugt. Diese zum Beispiel im Infrarot-Lichtbereich strahlenden Dioden senden die modulierten Lichtimpulse in Pfeilrichtung A zu einer Gegenstation. Die von der Gegenstation ausgesandte Lichtstrahlung tritt in Pfeilrich­ tung B in den Empfangsteil des Gerätes ein und wird von mindestens einem fotoempfindlichen Bauelement, beispielsweise einer Fotodiode 4 aufgenom­ men. Diese bildet mit einem Arbeitswiderstand 5, einem Stelltransistor 6 und einem weiteren fotoempfindlichen Bauelement 7 einen Eingangsstrom­ kreis. Die beim Empfang einer modulierten Lichtstrahlung an der Diode entstehende Signalspannung wird durch einen Verstärker 8 verstärkt und einer Auswerteschaltung 9 zugeführt. Die Wiedergabe der detektierten Sig­ nale kann über einen elektroakustischen Wandler 10 erfolgen.

In bekannter Weise erzeugt der Verstärker 8 auch eine von der Amplitude der Störsignale abhängige Ausgangsspannung, welche über den Spitzenwert­ detektor 11 sowie den Regelverstärker 12 den Stelltransistor 6 ansteuert. Das nach der Erfindung zusätzlich in den Eingangsstromkreis angeordnete weitere fotoempfindliche Bauelement, für das ebenfalls eine Fotodiode eingesetzt werden kann, ist optisch eng mit mindestens einer der Sende- Leuchtdioden gekoppelt. Falls im Sende-Leuchtdiodenstromkreis hierfür ei­ ne zusätzliche Diode 13 angeordnet wird, ist für diese eine Diode dersel­ ben Bauart zu wählen, damit die das fotoempfindliche Bauelement 7 anre­ gende Strahlung dieselbe Impulsform aufweist, wie die nach außen in Rich­ tung A ausgesandte Strahlung. Das abwechselnde Senden und Empfangen der impulsmodulierten Lichtstrahlung erfolgt in einem Zeitrahmen, der durch einen Systemtakt vorgegeben ist. Dieser wird aus einer nicht näher be­ schriebenen Schaltung bei 14 eingespeist.

In der Fig. 2 ist der Eingangskreis der Empfangsschaltung anhand eines Blockschaltbildes im einzelnen beschrieben. Mit dem Bezugszeichen 4 ist wiederum ein elektrooptisches Bauelement zum Empfang der von einer Gegen­ station ausgesendeten modulierten Lichtstrahlung bezeichnet. Symbolisch ist hier im Blockschaltbild eine Fotodiode eingezeichnet, die jedoch auch durch einen Fototransistor oder durch ein anderes geeignetes fotoempfind­ liches Bauelement ersetzt werden kann. Den Arbeitswiderstand bildet in bekannter Weise die Induktivität 5 sowie gemäß der Erfindung parallel da­ zu die Reihenschaltung aus dem Stelltransistor 6, der als einstellbarer Widerstand wirkt und deshalb symbolhaft mit R gekennzeichnet ist, und dem lichtempfindlichen Bauelement 7, welches optisch eng mit den Sende- Leuchtdioden 13 des eigenen Lichtsenders gekoppelt ist. Auch dieses Baue­ lement kann im einfachsten Fall eine Fotodiode, aber auch ein Fotowider­ stand oder ein Fototransistor sein. Um jedoch eine impulsgetreue Öffnungs­ funktion in der Torschaltung im Eingangskreis zu erhalten, sollte die An­ stiegs- bzw. Abfallzeit des Fotostroms des für die Torschaltung verwende­ ten fotoempfindlichen Bauelements kürzer sein als die der für den Empfang der äußeren Lichtstrahlung eingesetzten fotoempfindlichen Bauelemente. Besonders kurze Zeiten werden bei Verwendung einer Leuchtdiode, wie sie zur Ausstrahlung in der Sendeschaltung eingesetzt werden, als Empfangs­ diode erzielt. Die geringe Fotoempfindlichkeit solcher Sendedioden kann durch eine enge Kopplung der Bauelemente ausgeglichen werden.

Die optisch enge Kopplung des fotoempfindlichen Bauelements 7 mit dem Sendekreis kann auch dadurch bewirkt werden, daß mit einer zusätzlichen Sendediode, die vom gleichen oder auch abgeleiteten Strom der anderen Sende-Leuchtdioden angesteuert wird, ein Optokoppler gebildet wird. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß das fotoempfindliche Bauelement 7 über einen Lichtleiter optisch an eine oder mehrere der Sende-Leuchtdioden angekoppelt wird.

Die vom Eingangskreis abgeleiteten Signale werden mit einem Verstärker 8 verstärkt und einer Auswerteschaltung zur Detektion zugeführt. Hinter dem Verstärker 8 wird jedoch eine insbesondere von den Störsignalen - da die­ se normalerweise stärker als die Nutzsignale einfallen - abhängige Regel­ spannung in bekannter Weise in den Schaltungsblöcken 11 und 12 erzeugt und dem Steuerelement 6 zugeführt, um eine Voreinstellung des einstellba­ ren Widerstands Δ R zu bewirken. Durch die Zeitkonstante T wird diese Vor­ einstellung über einen gewissen Zeitraum, abhängig von der zu erwartenden mittleren Änderungsgeschwindigkeit der Störimpulsamplituden hinweg auf­ recht erhalten. Dadurch, daß die Öffnungsfunktion der Torschaltung 7 an­ nähernd der Form der Impulse der ausgesandten Lichtstrahlung entspricht, wird eine impulsformgetreue Kompensation der organisierten, vom eigenen Sender ausgehenden Störsignalimpulse erzielt. Hierdurch wird eine Schwinganregung des Eingangskreises vermieden. Mit dem Stellglied 6 wird lediglich die Größe der Kompensationsspannung voreingestellt. Sie ist ab­ hängig von den empfangenen Störimpulsen, wie oben schon beschrieben wur­ de. Würde anstatt der erfindungsgemäßen Steuerung der Torschaltung durch die Sendelichtimpulse selber eine Ansteuerung durch eine von der Sendee­ lektronik abgeleiteten Impulsfolge direkt erfolgen, so könnte eine Über­ kompensation an den Flanken der empfangenen Störsignalimpulse eine nach­ teilige Übersteuerung des Vorverstärkers und eine Schwingneigung herbei­ führen.

Eine besondere Ausführungsform der Empfangsschaltung sieht, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eine zeitdiskrete Ansteuerung des Regelverstärkers derart vor, daß für die Erzeugung der Regelspannung nur die Störsignalam­ plituden der vom eigenen Sender hervorgerufenen organisierten Störsignale ausgewertet werden. Dies wird durch eine Torschaltung 15 erreicht, die nur während der Impulsdauer eines ausgesandten Lichtimpulses geöffnet wird.

Die Torsteuerung kann abgeleitet werden von einem Systemtakt, der in be­ kannter Weise einen Zeitrahmen für den Sende- bzw. Empfangsvorgang bil­ det. Hiermit wird vermieden, daß Nutzsignalimpulse, die größer als die Störsignalimpulse sind, eine Regelspannung erzeugen, die zu einer Über­ kompensation der Störsignalimpulse im Eingangskreis der Empfangsschaltung führen könnte. Mit den Diagrammen der Fig. 5 werden die zeitlichen Zusam­ menhänge erläutert. In der Fig. 5d ist der Zeitrahmen dargestellt, in dessen Ablauf abwechselnd gesendet und empfangen wird. Während des Zeit­ fensters t _S werden Sendeimpulse ausgestrahlt, deren störender Einfluß auf die Empfängerschaltung jeweils zum Zeitpunkt t ₁ in den darüberliegenden Diagrammen dargestellt ist. Während des Zeitfensters t _e können die emp­ fangenen Impulse detektiert werden. Entsprechend der Erfindung wird wäh­ rend des Zeitrahmens t _S in engeren Grenzen nur während des Aussendens eines Lichtimpulses der von diesem erzeugten Störsignalimpuls kompen­ siert. Die Wirkung ist in den Fig. 5a bzw. 5d dargestellt. 5a zeigt eine Impulsfolge am Ausgang des Vorverstärkers des Eingangskreises ohne jegliche Kompensation; der sehr stark bei t ₁ auftretende Störimpuls hat den Arbeitspunkt im Eingangskreis so verschoben, daß durch Überschwingen das bei t ₂ empfangene Nutzsignal nicht in der nachfolgenden Schaltung de­ tektiert werden kann. Durch eine impulsformgetreue Kompensation wird - Fig. 5b - das organisierte Störsignal soweit verringert, daß die bei wiederum t ₂ auftretenden Nutzsignale detektiert werden können.

Da im Regelverstärker die maximal auftretenden Amplituden ausgewertet werden, dürfen die Nutzsignalimpulse die Detektionsschwelle nicht über­ schreiten, um eine Überkompensation zu vermeiden. Dies wird, wie oben be­ reits dargelegt wurde, durch eine zeitfenstergesteuerte Torschaltung 15 erreicht. Das Ergebnis ist in dem Zeitdiagramm 5c zu ersehen: Die im Zeitpunkt t ₁ auftretenden Störimpulse sind sehr gut kompensiert und der bei t ₂ auftretende Nutzimpuls kann einwandfrei detektiert werden.

Eine praktische Ausführungsform des Eingangskreises einer elektroopti­ schen Empfangsschaltung zeigt Fig. 4. Hier ist eine Gruppe von parallel­ geschalteten Fotodioden vorgesehen, um die Empfindlichkeit zu erhöhen.

Es sei darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene Ausführungsbeispiel nicht als Begrenzung des Erfindungsgedankens anzusehen ist, sondern daß vielmehr Veränderungen und Abwandlungen vom Fachmann leicht durchgeführt werden können, ohne den Grundgedanken und Rahmen der Erfindung zu verlas­ sen. So ist die Anwendung der Erfindung nicht nur auf schnurlose Telefonapparate beschränkt, sie kann vorteilhaft bei allen Geräten eingesetzt werden, bei denen im Gegenverkehrsbetrieb Lichtimpulse sowohl ausgesendet als auch empfangen werden. Üblicherweise wird für die Übertragung von Nachrichten im optischen Bereich eine infrarote Strahlung verwendet, je­ doch sind auch andere Lichtwellenlängen geeignet.

Bei stationär betriebenen Sende-Empfangsgeräten wie beispielsweise Trans­ pondern werden die organisierten Störsignale eine konstante Amplitude aufweisen und die dem Stellglied 6 zugeführte Regelspannung wird daher ebenfalls konstant sein. Demzufolge kann in solchen Fällen das Stellglied 6 auch durch einen festen oder fest einstellbaren Widerstand ersetzt wer­ den, ohne daß sich am Prinzip der erfindungsgemäßen Kompensationsweise etwas ändert.

Claims (6)

1. Optoelektronisches Sende-Empfangsgerät zur Nachrichtenübermittlung über impulsförmig modulierte Lichtstrahlungen, bestehend aus einer Sende-Leuchtdioden ansteuernden Schaltung und einer optoelektronischen Empfängerschaltung, deren Eingangsstromkreis aus der Reihenschaltung eines auf die äußere Lichtstrahlung ansprechenden fotoempfindlichen Bauelements mit einem festen und/oder dynamischen Außenwiderstand gebildet wird, welchen eine von der Amplitude von Störsignalen abhängige Regelspannung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der den Eingangsstromkreis bildenden Reihenschaltung (4, 6) ein weiteres fotoempfindliches Bauelement (7) angeordnet ist, welches optisch eng mit mindestens einer der Sende-Leuchtdioden (13) des Lichtsenders gekoppelt ist, so daß sich für einen periodischen Eingriff der Regelspannung eine Torschaltung ergibt, welche eine Öffnungsfunktion aufweist, die annähernd der Form der Impulse der ausgesandten Lichtstrahlung entspricht.

2. Optoelektronisches Sende-Empfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere fotoempfindliche Bauelement (7) mit einer im Sende- Leuchtdiodenstromkreis angeordneten zusätzlichen Leuchtdiode (13) gleicher Bauart einen Optokoppler bildet.

3. Optoelektronisches Sende-Empfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere fotoempfindliche Bauelement (7) über einen Lichtleiter optisch an eine oder mehrere der Sende-Leuchtdioden angekop­ pelt ist.

4. Optoelektronisches Sende-Empfangsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Eingangsstromkreis eingreifende Regelspannung während eines des durch einen Zeitrahmen gebildeten Zeitfensters "Senden" über eine Torschaltung (15) von der Signalspannung abgeleitet wird.

5. Optoelektronisches Sende-Empfangsgerät nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das weitere fotoempfindliche Bauelement (7) eine Leuchtdiode verwendet wird.

6. Optoelektronisches Sende-Empfangsgerät nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei stationären Sende- und Empfangseinrichtungen wie beispielsweise Transpondern das Stellglied (6) durch einen festen oder fest einstellbaren Widerstand ersetzt wird.