DE3801608A1 - Schaltungsanordnung fuer einen optoelektrischen wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für einen optoelektrischen Wandler gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt geworden durch die deutsche Patentschrift DE 32 18 439. Hierbei wurde zwischen dem Ausgang des optischen Empfängers und dem dortigen Transimpedanzverstärker ein Ohmscher Widerstand, und vom Ausgang des optischen Empfängers ein spannungsabhängiger Widerstand nach Masse angeschlossen. Nachteilig ist hierbei, daß die Spannung an dem spannungsabhängigen Widerstand und damit am Eingang des Verstärkers auch bei Verwendung einer Schottky-Diode bei großen optischen Signalen noch zur Übersteuerung des Verstärkers führen kann, insbesondere bei hochempfindlichen Verstärker, wie sie für Meßzwecke verwendet werden. Außerdem weist die Anordnung eine hohe Nichtlinearität der Signale auf.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Übersteuerung des nachgeschalteten Verstärkers auch bei großen Signalen sicher verhindert, eine Verbesserung des Großsignalverhaltens bezüglich Linearität des Empfängers und des nachfolgenden Vorverstärkers und die Verhinderung der Sättigung bei Störimpulsen großer Amplitude erzielt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Unteransprüche.

Die Erfindung weist die Vorteile auf, daß die Schaltungsrealisierung sehr aufwands- und kostengünstig ist und auf kleinem Volumen erfolgen kann. Die Schaltungsrealisierung ist vorteilhafterweise innerhalb des Gehäuses des Vorverstärkers durchzuführen. Die Schaltungsanordnung ermöglicht eine niederohmige Verbindung nach Masse im durchgeschalteten Zustand und ist hochohmig im nicht geschalteten Zustand. Sie weist eine sehr geringe Nichtlinearität für das Verhältnis Ausgangssignal zu Eingangssignal sowohl bei Klein- als auch bei Großsignalen auf und ist für Höchstfrequenzsignale anwendbar. Außerdem wird eine hohe Umschaltgeschwindigkeit zwischen Klein- und Großsignalzustand ermöglicht, so daß die Schaltungsanordnung insbesondere für Signale mit zeitlich sehr schnellen Wechseln zwischen sehr großen und sehr kleinen Amplituden geeignet ist. Sind die Zeitpunkte dieser Wechsel bekannt, oder werden sie mittels eines Detektors detektiert, so läßt sich das erfindungsgemäße Abtasttor mit Hilfe einer Steuerungsanordnung vorteilhaft über die Fremdspannungs- oder -stromquelle zwischen den beiden Betriebszuständen umsteuern.

Es folgt nun die Beschreibung anhand der Figur.

Die Figur zeigt eine Photodiode PD als optischen Empfänger, beispielsweise in einem Meßverstärker, welche die über einen Lichtwellenleiter LWL übertragenen optischen Impulse empfängt und in ein elektrischen Signal umsetzt. Die Photodiode ist mit ihrem einen Anschluß an den Pluspol einer Betriebsspannung UB angeschlossen. Der andere Anschluß der Photodiode, der Ausgang der Photodiode, ist zum einen auf den Eingang eines Vorverstärkers VV und zum anderen über das erfindungsgemäße Abtasttor AT mit Massepotential verbunden. Erfindungsgemäß besteht das Abtasttor AT aus einer Brückenschaltung von Dioden 1, 2, 3, 4, wobei der Strompfad mit dem optischen Empfänger PD den Längszweig mit den Anschlüssen a, b der Brücken-Schaltung bildet und wobei im Querzweig zwischen den Anschlüssen c und d eine Stromquelle IAT zur Ansteuerung des Abtasttors AT geschaltet ist. Ist die schaltbare Stromquelle IAT ausgeschaltet, so sind alle Dioden der Brückenschaltung in Sperrichtung gepolt, und es bildet sich aufgrund der Verhältnisse der Widerstände von Photodiode, Vorverstärker und Brückendioden ein bestimmtes Potential am Eingang des Vorverstärkers VV aus. Das ist der Fall für höchste Empfindlichkeit der Anordnung für ankommende schwache Lichtsignale. Inhomogenitäten des Lichtwellenleiters, hervorgerufen bespielsweise durch optische Stecker, können störenden Reflexionen erzeugen, wobei der Reflexionsgrad beispielsweise in die Größenordnung 5% und der Energiepegel mit nur ungefähr 10 dB Differenz zum maximalen Pegel voll in den ungefähr 10 dB Differenz zum maximalen Pegel voll in den Nutzpegelbereich fällt; dadurch würde der Vorverstärker VV einer Rückstreumeßanordnung restlos übersteuert und in die Sättigung getrieben. Um dies zu verhindern, wird die schaltbare Stromquelle IAT eingeschaltet, wodurch die Brückendioden leitend gemacht werden und zwar durch einen relativ hohen Steuerstrom I sehr niedrig leitend, wodurch der wirksame Eingangswiderstand des Vorverstärkers ebenfalls sehr klein wird, so daß der Photostrom i nur noch einen Spannungsabfall erzeugen kann, der weit unter der Sättigungsspannung liegt. Der Steuerstrom I ist dabei um 1 bis 2 Größenordnungen größer als der Photostrom i, das bedeutet, daß die Schaltungsanordnung bezüglich Verhältnis Eingangs- zu Ausgangssignal hochgradig linear und pegelunabhängig arbeitet. Ein noch kleinerer Ableitwiderstand kann erreicht werden, wenn den Brückendioden jeweils eine weitere Diode parallel geschaltet wird. Je nach Realisierung der Fremdstromquelle IAT können zur Symmetrierung der Potentialverhältnisse die Brückendioden 4, 3 des Querzweiges jeweils mit weiteren Dioden 5 und 6 antiparallel beschaltet werden. In den Längszweig zwischen dem Abtasttor AT und Massepotential ist vorteilhafterweise eine weitere Spannungsquelle UAT eingefügt, welche eine Potentialverschiebung ermöglicht. Wenn der Gleichspannungswert dieser zusätzlichen Spannungsquelle UAT gleich dem Ruhepotential gemacht wird, das sich am Eingang des Vorverstärkers VV bei nicht durchgeschaltetem Abtasttor AT, also im Ruhefall, ergibt, so tritt beim Durchschalten kein störender Potentialsprung auf. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann vorteilhafterweise insbesondere bei Rückstreumeßgeräten eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in Nachrichtentechnischen Berichte der ANT Nachrichtentechnik, Heft 3 "Lichtwellenleitertechnik", vom Dez. 1986 auf S. 73 ff. beschrieben sind.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung für einen optoelektronischen Wandler mit einem optischen Empfänger, der an einen Lichtwellenleiter angeschlossen ist, und einem nachgeschalteten Verstärker, wobei der eine Anschluß des optischen Empfängers mit dem einen Pol der am anderen Pol mit Masse verbundenen Betriebsspannung verbunden ist und wobei am anderen Anschluß (Ausgang) des Empfängers ein elektrisches Element mit spannungsabhängigem Widerstand angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß mit dem Massepotential des Verstärkers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrische Element (AT) aus einer Brückenschaltung mit Dioden (1, 2, 3, 4) besteht, deren Längszweig durch den Strompfad (a, -, PD, +, Masse, UAT, b) mit dem optischen Empfänger (PD) gebildet wird und in deren Querzweig (c, IAT, d) einen Fremdstrom- (IAT) oder -spannungsquelle liegt, mittels der das elektrische Element (AT) umschaltbar ist zwischen einem hohen Sperrwiderstand und einem extrem niedrigen Durchlaßwiderstand, und
daß zwischen dem elektrischen Element (AT) und dem Massepotential eine weitere Spannungsquelle (UAT) eingefügt ist, die zur Verkleinerung bzw. Verhinderung von Potentialsprüngen des Verstärkereingangs beim Umschalten dient.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, mit Fremdstromsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Photostrom (i) sehr niedrig ist gegenüber dem das elektrische Element durchschaltenden Steuerstrom (I), so daß der im durchgeschalteten Betriebszustand niederohmige Eingangswiderstand des Vorverstärkers unabhängig vom Photostrom (i) ist.

3. Schaltungsanordung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Brückenzweige jeweils aus parallel geschalteten Dioden bestehen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Anschlußklemmen (c, d) des Querzweiges je eine weitere Diode (5, 6) antiparallel zu den beiden Brückendioden (4, 3) nach dem dem optischen Empfänger abgekehrten Anschluß (b) des Brückenlängszweiges geschaltet ist.