DE3590147T1 - Gerät zur Erhöhung des dynamischen Bereiches in einem integrierenden opto-elektrischen Empfänger - Google Patents
Gerät zur Erhöhung des dynamischen Bereiches in einem integrierenden opto-elektrischen EmpfängerInfo
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- DE3590147T1 DE3590147T1 DE19853590147 DE3590147T DE3590147T1 DE 3590147 T1 DE3590147 T1 DE 3590147T1 DE 19853590147 DE19853590147 DE 19853590147 DE 3590147 T DE3590147 T DE 3590147T DE 3590147 T1 DE3590147 T1 DE 3590147T1
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
- H03F3/087—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with IC amplifier blocks
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
- H04B10/691—Arrangements for optimizing the photodetector in the receiver
- H04B10/6911—Photodiode bias control, e.g. for compensating temperature variations
Description
tL
Gerät zur Erhöhung des dynamischen Bereiches in einem integrierenden opto-elektrischen Empfänger
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur
Erhöhung des dynamischen Bereiches in einer Eingangsstufe vom integrierenden Typ in einem opto-elektrischen
Empfänger.
Hintergrunds-Stand der Technik
Zwei gewöhnliche optische Eingangsstufen sind eine Übertragungs-Impedanz
stufe und eine Integrationsstufe. Verwiesen sei z.B. auf das Buch "Halbleitervorrichtungen
für optische Kommunikationen", H. Kressel, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980. Integrationsstufen
sind vom Empfindlichkeits-Aspekt her besser, da weniger Rauschen bzw. Störsignale erzeugt werden als in Übertragungs-Impedanzstufen.
Da Integrations stufen leicht überverstärkt werden, weisen sie jedoch schwächere dynamische
Eigenschaften auf als die Übertragungs-Impedanzstufen.
Um eine hohe Empfindlichkeit in einem Empfänger mit einer
integrierenden Eingangsstufe zu erhalten, ist man bestrebt, eine geringe Kapazität in ihrem Verstärkereingang zu erhalten.
Eine niedrige Kapazität verursacht eine hohe Spannung am Verstärkereingang, da das Eingangssignal integriert
wird. Die Eingangsstufe kann daher bereits bei einem mittelmäßigen
Pegel des Eingangssignales überverstärkt werden. Eine integrierende Stufe ist sehr empfindlich im Hinblick
auf Überverstärkung, da die Signalinformation sich
_3 3590H7
in der Ableitung des integrierten Signales befindet.
Der Versuch, eine Kapazität extra elektrisch mit dem Verstärkereingang
zu verbinden, um den dynamischen Bereich zu vergrößern oder zu erhöhen, resultiert in einer verschlechterten Empfindlichkeit aufgrund der unvermeidbaren
Streukapazxtaten im Gerät, welches für die Verbindung benutzt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierende Eingangsstufe
mit erhöhtem dynamischen Bereich und beibehaltener Empfindlichkeit zu erzielen, so daß sowohl schwache
als auch starke Eingangssignale korrekt ermittelt werden können. Die Aufgabe wird durch eine besondere Rückkopplung
erzielt.
Ein Gerät, das der Erfindung entspricht, ist so gekennzeichnet, wie dies aus den beigefügten Ansprüchen ersichtlich
ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer konventionellen integrierenden
Eingangsstufe darstellt, und 30
Fig. 2 eine integrierende Eingangsstufe veranschaulicht,
die in Übereinstimmung mit der Erfindung verbessert wurde.
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
In der bereits bekannten Eingangsstufe gemäß Fig. 1 sind
ein opto-elektrischer Wandler D, z.B. eine Photodiode,
und ein Widerstand R, der einen hohen Widerstandswert aufweist, in Serie in einer Versorgungsschaltung·zwischen
einer Spannungsquelle V und Masse angeschlossen. Der Eingang zu einem Hochimpdanzverstärker F1 mit der Verstärkung
A1 ist mit einem Verbindungspunkt ρ zwischen der Photodiode D und dem Widerstand R angeschlossen. C, und C. sind
Kapazitäten, die unvermeidbar mit der Photodiode D und dem Verstärker F1 jeweils verknüpft sind, wobei diese Kapazitäten
in einer Integration resultieren. Der Verstärker F1 erzeugt ein Signal, das das Ausgangssignal· der Stufe
bildet.
Wenn Licht L auf die Photodiode D .fällt, wird ein Strom
proportional zur Helligkeit erzeugt, wobei dieser Strom das elektrische Eingangssignal der Stufe bildet. Der Widerstand
R gibt der Photodiode D einen Arbeitspunkt. Der Widerstand wird so hoch als möglich ausgewählt, welches
ein geringes thermisches Rauschen und eine niedrige Abwärtsgrenzfrequenz
ergibt. Jedoch weist die Stufe schwache dynamische Eigenschaften auf, da es aufgrund der niedrigen
Kapazität einfach bei der Integration überverstärkt wird. Die Übertragungsfunktion der Stufe kann geschrieben
werden:
H1(S) 0I^ Al_
I1Cs) s(Cd + C.) + l/R
wobei s die Laplac'sehe Variable bezeichnet.
Die verbesserte Eingangsstufe, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, weicht von der des Standes der Technik durch Verwendung
einer Rückkopplungsschaltung F2 mit der Übertragungsfunktion A2 ab, die zwischen der Ausgangsstufe und dem
Pol der Photodiode D verbunden ist, der von dem Eingang des Verstärkers F1 abgewandt ist. Die Schaltung F2 ist als
steuerbarer Verstärker dargestellt, wobei sie jedoch auch als steuerbarer Spannungsteiler ausgebildet sein kann. Die
Verstärkung kann kontinuierlich oder stufenweise regulierbar sein und wird durch das Ausgangssignal· eines Wandiers
G gesteuert, wobei das Ausgangssignal· proportional· zur Hel^gkeit ist, und wobei der Wandier in der Versorgungsschalung
zwischen dem Widerstand R und Masse angeschossen ist. Der Wandier kann auch an anderen Steven in der
Eingangsstufe angeschiossen sein, wo er ein Signal· erzeugt,
welches proportional· der He^igkeit ist, z.B. an einer an-' deren Ste^e der Versorgungsscha^ung oder im Anschluß an
den Verstärker F1 .
Die RückkoppiungsverStärkung wird so in Proportion zum optischen
Eingangssignal· verändert. Die wirksame Integrationskapazität wird so von C. +C, auf C. +C, (1+A1xA2) erhöht.
Dies ist deshaib der Fall, weil aufgrund des Miilerschen
Theorems eine Impedanz, welche in die Rückkoppiung eines Verstärkers einbezogen ist, als eine Impedanz gesehen
wird, weiche 1/(A+1) mal· größer ist als am Eingang des Verstärkers, wobei A die invertierte Spannungsverstärkung
ist.
Durch die beschriebene Rückkopplung wird der Wert der effektiven Kapazität an der Photodiode D beachtlich erhöht,
-X- 3590H7
(ρ
während der wahre Wert ungeändert bleibt.
Die Übertragungsfunktion der verbesserten Stufe kann in
folgender Weise geschrieben werden:
H2(s) U2(s) _ Al
I2(s) s (c. + Cd (1 + Al x A2)] + l/R
Für niedrige Helligkeit (Luminanz) wird A2 auf einen vernachlässigbaren
Wert geregelt, wobei die Übertragungsfunktion der Stufe somit mit dem Gegenstück in einer konventionellen
Stufe übereinstimmt. Für große Luminanz oder HeI-ligkeit
wird eine beträchtlich höhere effektive Kapazität erhalten, wobei jedoch der dynamische Bereich der Stufe
beträchtlich erhöht. Auf der anderen Seite werden die Frequenzeigenschaften
der Stufe innerhalb des gebräuchlichen Frequenzbereiches nicht geändert.
Claims (3)
1. Gerät zur Vergrößerung des dynamischen Bereiches in
einem integrierenden opto-elektrischen Empfänger, enthaltend einen opto-elektrischen Wandler (D), der
in einer elektrischen Versorgungsschaltung einbezogen ist, in welcher der Spannungszustand in einem Punkt
(p), der mit einem Pol des Wandlers verbunden ist, in Abhängigkeit von der Helligkeit variiert, und an welchen
Punkt der Eingang eines Verstärkers (F1) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal
des Empfängers bildet, wobei unvermeidbare Kapazitäten (C,, C.), die mit den Komponenten (D, F1) des
Empfängers verknüpft sind, für die Integration verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet , daß ein Rückkopplungspfad, enthaltend eine steuerbare Spannungsregelungseinrichtung (F2), z.B. ein Verstärker oder ein Spannungsteil, zwischen dem Ausgang des Verstärkers (F1) und dem Pol des opto-elektrischen Wandlers (D) , welcher von dem Punkt (p) in der elektrischen Versorgungsschaltung wegweist, angeschlossen ist, wobei die Spannungsregelungseinrichtung (F2) durch ,einen Wandler (G) steuerbar bzw. regelbar ist, wobei dessen Ausgangssignal· in Abhängigkeit von der Helligkeit variiert.
dadurch gekennzeichnet , daß ein Rückkopplungspfad, enthaltend eine steuerbare Spannungsregelungseinrichtung (F2), z.B. ein Verstärker oder ein Spannungsteil, zwischen dem Ausgang des Verstärkers (F1) und dem Pol des opto-elektrischen Wandlers (D) , welcher von dem Punkt (p) in der elektrischen Versorgungsschaltung wegweist, angeschlossen ist, wobei die Spannungsregelungseinrichtung (F2) durch ,einen Wandler (G) steuerbar bzw. regelbar ist, wobei dessen Ausgangssignal· in Abhängigkeit von der Helligkeit variiert.
2. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Spannungsregelungseinrichtung
kontinuierlich steuerbar ist.
3. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Spannungsregelungseinrichtung stufenweise steuerbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| SE8402056A SE452827B (sv) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | Anordning for att utoka dynamikomradet i en integrerande optoelektrisk mottagare |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3590147T1 true DE3590147T1 (de) | 1986-05-15 |
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ID=20355559
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE3590147T1 (de) |
| DK (1) | DK165087C (de) |
| FI (1) | FI82162C (de) |
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| GB (1) | GB2173966B (de) |
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| NL (1) | NL8520066A (de) |
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