GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Effindung bezieht sich auf eine Signalerkennungsschaltung und ist auf eine
Signaleingangs-Entscheidungsvorrichtung und deren Vergleichsschaltung
anwendbar, um das Vorliegen eines optischen Eingangssignales, das beispielsweise über
eine optische Faser einzuspeisen ist, zu entscheiden bzw. zu beurteilen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bisher werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist, in dem optischen
Faserübertragungssystem 1, bei dem eine Übertragung über eine optische Faser erfolgt, die
Übertragungsdaten aus Empfangssignalen, die über die optische Faser empfangen sind,
wiedergegeben.
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Das heißt, wenn ein optisches Eingangssignal S1, das über die optische Faser
übertragen ist, an beispielsweise einer Photodiode 2 empfangen wird, so wandelt
diese es in ein Eingangssignal S2 um, das zu einer
Strom/Spannungswandlerschaltung 3 zu speisen ist.
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Ein durch die Strom/Spannungswandlung umgesetztes Eingangsspannungssignal
S3 wird zu einer optischen Eingangsempfangseinheit 4 gespeist, in der das
Spannungssignal S3 durch einen Hauptverstärker 5 verstärkt wird, um die
Übertragungsdaten aufgrund des daraus erhaltenen Empfangssignales S4
wiederzugeben.
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Somit werden in dem optischen Faserübertragungssystem 1 die
Übertragungsdaten aus dem von dem Hauptverstärker 5 ausgegebenen Empfangssignal S4
wiedergegeben, Jedoch wird auch das Empfangssignal S4 zu einer Alarmsignal-
Erzeugungsschaltung 6 gespeist, um zu entscheiden, ob das einzuspeisende
optische Elngangssignal S1 vorliegt oder nicht.
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In der Alarmsignal-Erzeugungsschaltung 6 wird das Empfangssignal S4 in eine
Spitzenhalteschaltung 7 eingegeben, um den Spitzenpegel zu erkennen, und das
Erkennungsergebnis wird zu einer Vergleichsschaltung 8 gespeist. Dann beurteilt
die Vergleichsschaltung 8 abhängig von dem Vergleichsergebnis zwischen dem
Spitzenpegel-Erkennungssignal S5, das von der Spitzenhalteschaltung 7
eingegeben ist, und der Bezugsspannung, ob das optische Eingangssignal S1
eingegeben ist oder nicht und liefert ein Alarmsignal S6.
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Wenn beispielsweise der Signalpegel des Empfangssignales S4 bei Trennung der
optischen Faser von dem Verbindungsstück abfällt, entscheidet die
Vergleichsschaltung 8, daß das optische Elngangssignal S1 nicht eingespeist ist, und sodann
ist der Spitzenpegel niedriger als die Bezugsspannung, was den logischen Wert des
Alarmsignales S6 auf einen "H"-Pegel ansteigen läßt, der zu der
Peripherievorrichtung ausgegeben wird.
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Da die Möglichkeit von In den Vorverarbeitungsschaltungen (d.h. Photodlode 2,
Strom/Spannungswandler 3 usw.) zu erzeugendem Rauschen und einem Mischen
in das in die Verglelchsschaltung 8 einzuspeisende Spitzenpegel-Erkennungssignal
S5 besteht, ist die Hystereseeigenschaft in der Vergleichsschaltung 8 vorgesehen,
und der Hysteresebereich kann durch das Hystereseeinstellslgnal S7 eingestellt
werden.
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Da weiterhin der dynamische Bereich des in die Vergleichsschaltung 8
einzugebenden Spitzenpegel-Erkennungssignales S5 etwa 10-fach gemäß dem Typ der
Photodiode 2 (beispielsweise eine Avalanche-Photodiode und eine pin-Photodiode) und
die Differenz der Verstärkungsfaktoren des Strom/Spannungswandlers 3
schwanken, kann die Bezugsspannung ebenfalls durch das
Schwellenwertpegel-Einstellsignal S8 eingestellt werden, wie dies In Fig. 2A und 2B gezeigt ist.
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Wann immer jedoch im Fall des optischen Faserübertragungssystems 1 der
Eingangspegel S4 gemäß der Kombination der in den Vorverarbeitungsschaltungen
zu verwendenden Schaltungselemente und dem Streuen von deren
Betriebskennlinien sowie deren Betriebstemperatur schwankt, müssen der Hysteresebereich
und die Bezugsspannung gemäß dem Hystereseeinstellsignal S7, das von dem
Elnstellanschluß einzugeben ist, und dem Schwellenwertpegel-Einstellsignal S8
eingestellt werden. Es ist daher ein großer Auiwand für die Einstellung
erforderlich.
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Weiterhin erzeugt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, dieser Typ einer herkömmlichen
Vergleichsschaltung 8 mit variabler Hysterese die Spannung proportional zu der
Hysterese, indem Vergleichergebnisse VOUT1 und VOUT2, die von der durch zwei
NPN-Typ-Transistoren Q1 und Q2 gebildeten Differenzeingangsstufe über
Puffertransistoren Q3 und Q4 auszugeben sind, an die Basis der Transistoren Q5 und
Q6 gelegt werden, um den Versetzungsstrom entsprechend den
Vergleichsausgangssignalen VOUT1 und VOUT2 zu Lastwiderständen R1 und R2 (vorausgesetzt,
daß die Widerstandswerte beide R sind) rückzukoppeln.
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Das heißt, in der Vergleichsschaltung 8 kann der Hysteresebereich (R x I2) durch
Einstellen des Stromes 12 eingestellt werden, der in die Stromquelle 9 zu ziehen
ist, die mit dem gemeinsamen Emitter der Transistoren Q5 und Q6 verbunden ist,
welche die Verriegelungsschaltung bilden.
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Da Jedoch in diesem Typ der Vergleichsschaltung 8 der Strom I2 in einem festen
Verhältnis abnimmt und Verstärkungsfaktoren der Verriegelungsschaltung
ebenfalls mit sinkender Eingangsamplitude abnehmen, falls eine Hysterese der
Eingangsamplitude bei einem konstanten Verhältnis vermittelt wird, treten dann,
wenn die Eingangsamplitude klein ist und der Signalpegel des Empfangssignales
S4 nahe durch Weglassen der Bezugsspannung ist, Probleme auf, die darin liegen,
daß die Transistoren Q5 und Q6 ihre Schaltfunktion nicht erfüllen, die Hysterese
nicht genau arbeitet und der dynamische Eingangsbereich schmal wird.
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Das Dokument US-A-4 375 037 offenbart eine Signalempfangsschaltung gemaß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Diese bekannte Schaltung hat eine
Vorverarbeitungsschaltung für ein Eingangssignal und eine
Bezugsvorverarbeitungsschaltung, die die gleiche Schaltungsanordnung wie die zuerst erwähnte
Vorverarbeitungsschaltung aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf das Vorstehende ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Signalerkennungsschaltung vorzusehen, die den dynamischen Eingangsbereich
weiter als die herkömmliche Vorrichtung zu machen und die Notwendigkeit einer
Felneinstellung der Bezugsspannung und des Hysteresebereiches auf geeignete
Werte entsprechend dem Systemaufbau des optischen Faserübertragungsystems
aufzuheben vermag.
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Diese Aufgabe wird durch eine Signaleingabe-Entscheidungsvorrichtung mit den
im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das Schwellenwert-Einstellsignal und
das Hystereseeinstellsignal entsprechend dem Schwellenwert-Einstellsignal zu der
Vergleichseinrichtung über die Hystereseeinstelleinrichtung mit identischer
Kennlinie zu dem Verstärker und der Spitzenhalteschaltung eingespeist, so daß
das Streuen der Schaltungselemente, die den Verstärker und die
Spitzenhalteschaltung bilden, und die Schwankung der Betriebstemperatur Jeder
Schaltung aufgehoben werden kann, wodurch die Einstellung der
Betriebskennlinie bzw. -eigenschaft, des Schwellenwertes und des Hysteresebereiches Jeder
Schaltung, die erforderlich Ist, so oft die Betriebstemperatur schwankt, unnötig
wird.
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Weiterhin wird ein Vergleichsausgangsslgnal der Vergleichseinheit in 2-wertige
Daten umgewandelt, die dann mit dem Hystereseeinstellsignal multipliziert
werden, und das multiplizierte Ergebnis entsprechend dem Hysteresebereich wird
zu der Vergleichseinheit als Versetzungsspannung rückgekoppelt, so daß die
Störung beim Stand der Technik, bei dem der Hysteresebetrieb Instabil wird, wenn
der Signalpegel des Eingangssignales klein ist, wirksam vermieden werden kann,
wodurch der so erhaltene dynamische Eingangsbereich weiter gestaltet werden
kann.
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Art und Weise, Prinzip und Brauchbarkeit der Erfindung werden aus der folgenden
Detailbeschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, in
denen einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszahlen oder -zeichen
versehen sind, deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den beigefügten Zeichnungen gilt:
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die herkömmliche
Signalentscheidungs- bzw. -beurteilungsschaltung veranschaulicht,
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Fig. 2 und 2B sind Signalwellenformdiagramme, die eine Betriebseigenschaft
bzw. -kennlinie der in Fig. 1 gezeigten
Signalentscheidungsschaltung veranschaulichen,
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Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild, das die herkömmliche
Vergleichsschaltung veranschaulicht, die in der in Fig. 1 gezeigten
Signalentscheidungsschaltung zu verwenden ist,
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Fig, 4 ist ein Blockdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Signalerkennungsschaltung veranschaulicht;
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Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild, das die Vergleichsschaltung
veranschaulicht, die in der in Fig. 4 gezeigten Signalerkennungsschaltung
zu verwenden ist; und
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Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine andere (nicht beanspruchte)
Signalerkennungsschaltung veranschaulicht.
DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit 20 ist
allgemein ein optisches Faserübertragungssystem angegeben.
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In dem optischen Faserübertragungssystem 1 empfängt eine Photodiode 32 ein
optisches Eingangssignal S11, das in ihr in ein Eingangsstromsignal S12
umgewandelt wird, und der Eingangsstrom S12 wird in ein Eingangsspannungssignal
S13 in einer Strom/Spannungswandlerschaltung 32 umgewandelt, um das
Eingangsspannungssignal S13 In eine Spitzenhalteschaltung 37 einer
Alarmsignal-Erzeugungsschaltung 22 über einen Hauptverstärker 35 einer optischen
Eingangsempfangseinheit 21 einzuspeisen.
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Die Alarmsignal-Erzeugungsschaltung 21 umfaßt einen
Schwellenwertpegel-Einstellverstärker 23 und eine Spitzenhalteschaltung 24. Der
Schwellenwertpegel-Einstellverstärker 23 verstärkt das Alarmsignal-Einstellsignal S21, um dieses in die
Spitzenhalteschaltung 24 einzuspeisen, wobei eine Spitzenhaltespannung hiervon
zu einer Vergleichsschaltung 30 als ein Schwellenwertpegel-Einstellsignal S18
gespeist wird.
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Darüber hinaus wird das Schwellenwertpegel-Einstellsignal S18 zu der
Vergleichsschaltung 30 über den Hystereseeinstellverstärker 25 als ein
Hystereseeinstellsignal S17 gespeist, so daß der Hysteresebereich der Vergleichsschaltung 30
proportional zu der Eingangsamplitude eingestellt werden kann.
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Im folgenden wird der Aufbau der Vergleichsschaltung 30 dieses
Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 5 in Einzelheiten beschrieben.
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Die Vergleichsschaltung 30, die aus einer Vergleichseinheit 41, einer
Verriegelungseinheit 42 und einer Multipliziereinheit 43 aufgebaut ist, dient zum
Umwandeln von Vergleichsausgangssignalen S31 und S32 der Vergleichseinhelt 41 in
Digitalsignale D31 und D32 an der Verriegelungseinheit 42 und zum Ausgeben als
Alarmsignal S16 und Umkehralarmsignal S16I.
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Die Vergleichseinheit 41 gibt eine Spitzenhaltespannung S15 und ein
Schwellenwertpegel-Einstellsignal S18 in Transistoren Q31 und Q32 aus einem
Differenzpaar ein und liefert ein Umkehrvergleichsausgangssignal S31 und ein Inphasen-
Vergleichsausgangssignal S32 von Verbindungsknoten P31 und P32 von mit dem
Kollektor verbundenen Lastwiderständen R31 und R32.
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Hier sind die anderen Enden der Lastwiderstände R31 und R32 mit den
Verbindungsknoten P33 und P34 von Puffertransistoren Q33 und Q34 und Stromquellen
55 und 56 verbunden, so daß Versetzungssignale V31 und V32 über die
Puffertransistoren Q33 und Q34 rückgekoppelt sind.
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Bei dieser Ahordnung tritt eine Versetzung entsprechend einer
Hystereseeinstellspannung zu dem Bezugspotential VCC an den Verbindungsknoten P33 und P34
auf, und selbst in dem Fall, in welchem die Spitzenhaltespannung S15, die nahezu
gleich zu dem Schwellenwertpegel-Einstellslgnal S18 ist, eingegeben wird, arbeitet
die Vergleichsschaltung 30 mit der normalen Hysteresefunktion.
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Die Vergleichseinheit 41 liefert ein Umkehr-Vergleichsausgangssignal S31 und ein
Inphasen-Vergleichsausgangsslgnal S32 zu der Verriegelungseinheit 42 der
folgenden
Stufe über die Puffertransistoren Q35 und Q36.
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In diesem Zusammenhang sind der gemeinsame Emitter für die Transistoren Q31
und Q32 und die Emitter der Puffertransistoren Q35 und Q36 Jeweils mit den
Stromquellen 57, 58 und 59 verbunden.
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Die Verriegelungseinheit 42 liefert sequentiell das
Inphasen-Vergleichsausgangssignal S32 und das Umkehr-Vergleichsausgangssignal S31 über einen Verstärker
60 und eine RS-Flipflop schaltung 61 und wandelt das
Umkehr-Vergleichsausgangssignal S31 und das Inphasen-Vergleichsausgangssignal S32, die analoge
Ausgangssignale sind, in digitale Ausgangssignale D31 und D32 um, um diese zu
einer Multipliziereinheit 43 als ein Q-Ausgangssignal und ein IQ-Ausgangsslgnal
auszugeben.
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Die Multipliziereinheit 43 besteht aus Transistoren Q37 und Q38 sowie Q39 und
Q40, die Jeweils Differenzpaare bilden, und Transistoren Q41 und Q42, die mit
den Differenzpaaren verbunden sind, um eine Multiplizierschaltung zu bilden.
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Die Emitter der Transistoren Q41 und Q42 sind miteinander über einen
Eingangswiderstand R34 verbunden.
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Auch werden das Q-Ausgangssignal und das IQ-Ausgangssignal in die Basis der
Transistoren Q37 und Q38 bzw. Q39 und Q40 eingespeist, und
Hystereseeinstellsignale S17I und S17, die in die Transistoren Q41 und Q42 einzuspeisen sind,
werden multipliziert.
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Bei dieser Anordnung erzeugt die Multipliziereinheit 43 eine Differenzspannung
entsprechend dem Hysteresebereich für Lastwiderstände R35 und R36, die mit
dem gemeinsamen Kollektor verbunden sind, wobei den Transistoren Q38 und
Q39 sowie Q37 und Q40 das zueinander umgekehrte logische Ausgangssignal
vermittelt ist, um es als Versetzungsspannungen V32 und V31 zu der
Vergleichseinheit 41 rückzukoppeln.
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Die Verglelchsschaltung 30 schaltet die Transistoren Q37 und Q39 in der
Multipliziereinheit 43 aus und betreibt andererseits die Transistoren Q38 und Q39 in
dem Fall, in welchem die Spitzenhaltespannung VREF + VΔV, die nahezu
gleichwertig zu dem Spannungspegel VREF des Schwellenwertpegel-Einstellsignales S18
ist, eingespeist wird, und das Q-Ausgangssignal sowie das IQ-Ausgangssignal der
Verriegelungseinheit 42 sind Jeweils logisch "L" bzw. "H".
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Wenn an dieser Stelle die Differenz der Spannungen VS17 und VS17I (VS17 >
VS17I) der zu den Transistoren Q41 und Q42 zu speisenden
Hystereseeinstellsignale S17I und S17 den Wert VCONT hat, erzeugen die Transistoren Q41 und
Q42 die Stromdifferenz, wie dies durch die folgenden Gleichungen gegeben ist:
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113 = 112 - VCONT/R34 ... (1)
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114 = 112 + VCONT/R34 ... (2)
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Hier fallen die Spannungen der Lastwiderstände R35 und R36 Jeweils ab, wie dies
in den folgenden Gleichungen angegeben ist:
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VCC - V32 = I13 x R ... (3)
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VCC - V31 = I14 x R
(jedoch gilt R35 = R36 = R) ... (4)
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Zwischen den Spannungen V31 und V32 wird die Versetzungsspannung
entsprechend der Hysteresesteuerspannung erzeugt, wie dies in der folgenden
Gleichung angegeben ist:
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Als Ergebnis wird die Versetzungspannung entsprechend der
Hysteresesteuerspannung VCONT zu der Vergleichseinheit 41 unabhängig von der
Eingangssignalamplitude rückgekoppelt Daher können Störungen, bei denen die Hysterese
instabil und der dynamische Eingangsbereich schmal wird, wenn die
Eingangsamplitude klein ist, wirksam vermieden werden.
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Demgemaß kann die Vergleichsschaltung 30 den Hysteresebereich mit dem
vorgeschriebenen Verhältnis erzeugen, selbst wenn die Eingangsamplitude
entweder groß oder klein ist, und somit kann eine Vergleichsschaltung des variablen
Hysteresetyps mit einem weiten dynamischen Eingangsbereich erzielt werden.
Wenn bei dem obigen Aufbau die Kombination der Typen der als eine Photodiode
33 zu verwendenden Diodenelemente und Verstärkungsfaktoren eines Strom/
Spannungswandlers 33 schwanken, kann der Benutzer die
Alarmsignal-Einstellspannung S21 entsprechend dieser Kombination in eine
Alarmsignal-Erzeugungsschaltung 21 von dem externen Anschluß einspeisen, und sodann werden der
Schwellenwertpegel VREF der Vergleichsschaltung 30 und der Hysteresebereich
einmal eingestellt, indem die Alarmsignal-Einstellspannung S21 eingespeist wird.
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In Fig. 4 sind der Schwellenwertpegel-Einstellverstärker 23 und die
Spitzenhalteschaltung 24 von gleichem Aufbau zu dem herkömmlichen Block des In Fig. 1
gezeigten Hauptverstärkers und der Spitzenhalteschaltung. Das heißt, in dem
Fall, in welchem die Anwendungsbedingungen (Betriebstemperatur,
Stromquellenspannung und Größe des Streuens der Betriebskennlinie während des
Herstellungsprozesses) des Hauptverstärkers 23 und der Spitzenhalteschaltung 24, in
die das Empfangssignal S21 eingespeist ist, schwanken, und in dem Fall, In
welchem der Verstärkungsfaktor schwankt, nehmen die Hysterese-Einstellspannung
S17 und die Schwellenwertpegel-Einstellspannung S18 zu und ab entsprechend
den Schwankungen.
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In dem Fall, in welchem die Anwendungsbedingung der
Alarmsignal-Erzeugungsschaltung 21 schwankt, kann demgemäß die Vergleichsschaltung 30 auch die
Vergleichsfunktion mit einem geeigneten Schwellenwertpegel und Hysteresebereich
des festen Verhältnisses, vorgegeben zur Zeit der Einstellung, ausführen, und die
Notwendigkeit einer erneuten Einstellung auf den Betriebszustand von Jedem
Schaltungselement, der zuvor erforderlich war, wann immer sich der
Anwendungszustand verändert, kann aufgehoben werden.
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Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau sind der
Schwellenwertpegel-Einstellverstärker 23 und die Spitzenhalteschaltung 24 mit dem identischen Aufbau zu dem
Hauptverstärker 35 und der Spitzenhalteschaltung 37 vorgesehen, die das
Spannungssignal S13, das von dem optischen Eingangssignal S11 umgewandelt ist, zu
der Vergleichsschaltung 30 speisen, und die Hystereseeinstellspannung S17
entsprechend der Eingangsampiltude wird über den Schwellenwert-Einstellverstärker
23 und die Spitzenhalteschaltung 24 eingespeist, so daß die konstante
Hysteresefunktion in der Vergleichsschaltung 30 unabhängig von dem Anwendungszustand
und der Kombination der Schaltungselemente erhalten werden kann.
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Eine Abwandlung
des obigen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
wird beschrieben.
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Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel beschäftigt sich mit dem Fall der
Verstärkung des Schwellenwertpegel-Einstellsignales S18 am Hystereseeinstellverstärker
25 und der Einspeisung In die Vergleichsschaltung 30 als das
Hystereseeinstellsignal S17. Die vorliegende Erfindung ist Jedoch nicht nur hierauf beschränkt,
sondern kann auch in dem Fall des direkten Einspeisens des Schwellenwertpegel-
Einstellsignales S18 in die Vergleichsschaltung 30 als die
Hystereseeinstellspannung S17 angewandt werden.
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Weiterhin beschäftigt sich das oben erläuterte Ausführungsbeispiel mit dem Fall
der Bildung des Hystereseeinstellsignales S17 abhängig von dem
Alarmsignal-Einstellsignal S21. Der Spitzenpegel des optischen Eingangssignales S41 kann auch
über den Verstärker 87, wie in Fig. 6 gezeigt, verstärkt werden, und er kann als
die Hystereseeinstellspannung S47 behandelt werden. Ein derartiges
Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht beansprucht.
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Bei dieser Anordnung kann das optische Faserübertragungssystem 85 eine
Hysterese auf das optische Eingangssignal S41 mit dem weiten dynamischen
Eingangsbereich und bei dem festen Verhältnis konstant anwenden.
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Darüber hinaus beschäftigt sich das oben beschriebene, in Fig. 5 gezeigte
Ausführungsbeispiel mit dem Fall der Bildung der Verriegelungseinheit 42 der
Vergleichsschaltung 30 durch Verstärker 60 und 61. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht nur hierauf begrenzt, sondern es ist auch die D-Verriegelung anwendbar,
und diese ist ebenfalls in dem Fall verbreitet einsetzbar, wenn ein
Begrenzerverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor ohne Verriegelungsfunktion benutzt wird.
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Während die obige Beschreibung im Zusammenhang mit den bevorzugten
Ausführungsbeispielen der Erfindung gegeben ist, Ist es für den Fachmann offensichtlich,
daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können.