DK151670B - Drivkredsloeb til en ulineaere komponent, saasom de diode, der afgiver et binaert udgangssignal - Google Patents

Description

DK 151670 B

Opfindelsen angår et drivkredsløb til strømforsyning af en komponent, som afgiver et binært udgangssignal, der er en ulineær funktion af en styrestrem, som tilføres gennem en formodstand i afhængighed af et datasignal, og som endvidere har en 5 indgang for et forspændingskredsløb, som bestemmer komponentens arbejdsområder, uden at gennemløbe formodstanden, med en tilbagekoblingskreds og med en forstærker, der forstærker styrestrømmen og kan styres af mindst et tilbagekoblingssignal.

1Q Sådanne komponenter med en ulineær karakteristik kan være lys-emitterende dioder også kaldet LED, halvlederlasere og til mikrobølgefrekvenser de såkaldte gunn-dioder. De kræver en forspænding eller bias-strøm, som fastlægger et arbejdspunkt i et lineært område over en tærskelværdi samt en modulerende 15 styrestrøm, der svarer til styresignalet. I almindelighed vil arbejdspunktet ligge lige under den tærskelværdi, over hvilken den egentlige emission starter.

Som det er velkendt ændrer tærskel spænd i ngen for disse komponenter sig som følge af flere faktorer såsom komponentens ty- 20 pe, alder og hidtidige anvendelse. Der er ikke alene en betydelig spredning i de elektriske strøm-spændingskarakteristik-ker mellem de forskellige, men nominelt ensartede typer fremstillet af forskellige fabrikanter, men selv blandt samme type fremstillet af samme fabrikant kan der være forskelle. Endvi- 25 dere ændrer arbejdspunktet sig både ved temperaturændringer og med alderen. En sådan ændring kan dels medføre dårligere egenskaber og virkningsgrad og dels kan den føre til irreversible ødelæggelser af komponenten med mindre drivkredsløbet er i stand til at tilpasse sig et nyt arbejdspunkt.

30

Den styrestrøm, som afhænger af et tilført datasignal, har sædvanligvis to strømstyrker, hvoraf den ene svarer til det binære signal 0, og den anden svarer til det binære signal 1.

Da der ved det binære signal 0 ikke ønskes nogen emission, 35 skal der blot løbe en bias-strøm, men ingen styrestrøm. Med det binære signal 1 ønsker man derimod en emission, og den modulerede styrestrøm skal således antage en passende værdi, der bringer arbejdspunktet op over tærskelværdien, således at der sker en em-iss-inn fra knmnnnenten.

2

DK 151670B

Øsr kendes forskellige reguleringskredsløb til regulering af udgangssignalet fra komponenter såsom lasere, jf. SE A 771Q313 svarende til SE B 42226Q og Wireless World december 1376, N. Ramsey.».. "Optical Fibre Communication~2", siderne 67-70, 5 hvori en brøkdel af et signal, som udtages gennem en- forgrening fra komponentens udgangssignal, omsættes til en styrestørrelse og tilbagekobles til regulering af styrestrømmen. fisrvad udtrækkes en del af udgangssignalet også kaldet nyttesignalet, og denne del går dermed tabt for nyttesignalet. Desuden egner en 10 tilsvarende regulering sig ikke direkte til at holde styresignalets O-niveau konstant for at opnå styrestrømmen 0 i en given tid.

I forhold hertil er det formålet med opfindelsen, med enkle 15 midler og uden en mærkbar nedsættelse af virkningsgraden, at opnå at styrestrømmen, der både afhænger af datasignalet og dets behandling samt af bias-strømmen, bringes ned på 0 for cifferet 0, således at der hverken løber styrestrøm til komponenten eller ud af komponenten. Dette formål opnås ved et driv-2q kredsløb af det i indledningen nævnte art ifølge opfindelsen ved, at det tilbagekoblingssignal, som påtrykkes den ene indgang af forstærkeren, afgives af en differentialforstærker, hvis ene indgang er tilsluttet til forspændingskredsløbets forbindelse mellem formodstanden og komponenten, og hvis anden 25 indgang gennem et detektor- og integratorkredsløb er tilsluttet udgangen af forstærkeren og til formodstanden og at det fra differentialforstærkeren kommende tilbagekoblingssignal i forstærkeren adderes til det forstærkede datasignal, når der foreligger et binært signal med den logiske værdi "0" eller, 30 når der ikke er noget datasignal, hvorved der som sumspænding holdes en udgangsspænding svarende til værdien "0".

Med dette kredsløb bliver den styrespænding, som påtrykkes de umiddelbare indgange til komponenten, gjort lig med den spænding, der ligger på komponenten på grund af bias-strømmen, når 3 5 der enten ikke er noget signal eller signalet svarer til et 0. Hvis disse spændinger nemlig var forskellige, ville der gå en strøm fra forstærker til komponent, hvis styrespændingen var

DK 151670B

3 højest, og hvis den spænding, der var et resultat af bias-strømmen var den højeste, ville strømmen gå fra komponenten til forstærkeren.

g En manuel justering af forstærkerens forstærkning kan vise sig at være utilstrækkelig, når spændingen på indgangen af komponenten ændrer sig med temperatur, alder og komponentens art. Ved automatisk drift med et drivkredsløb ifølge opfindelsen sikres, at strømmen gennem formodstanden for et binært signal med vær-10 dien 0 altid vil være 0, selv om der i tidens løb er sket ændringer i komponenten.

For at tilvejebringe et differential-signal bearbejdes det styresignal, som udtages på de to indgange af komponenten,

hvori styrestrømmen således henholdsvis indgår og udgår. I

15 tilfælde af en laser eller en diode, såsom en LED, er indgangene samtidig forsyningsindgange, nemlig katoden og anoden. Styresignalet, hvis amplitude her har interesse, ampi itudemo-duleres i et detektorkredsløb, hvilket som bekendt sker gennem en ensretning og en integration. Det resulterende indhyldnings- 20 signal subtraheres fra spændingen på forsyningsindgangen for bias-strømmen, og differenssignalet videreforarbejdes til et styresignal.

Til regulering af O-niveauet for styresignalet adderes det 25 fremkomne styresignal med det forstærkede datasignal. Højden af det adderede styresignal bestemmer spændingshøjden for styresignalet så længe datasignalet har den binære værdi 0.

Drivkredsløbet ifølge opfindelsen, ved hvis hjælp det til sig-30 nalet 0 svarende niveau af styresignalet kan holdes konstant, suppleres fortrinsvis af en yderligere regulering, hvormed amplituden af spændingssignalet reguleres svarende til en justeret værdi eller ifølge krav 2 svarende til komponentens udstrålede effekt.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, som viser et blokdiagram af en udførelsesform ifølge opfindelsen.

35

DK 151670 B

&

Blokdiagrammet viser dH vkrøeslss vor <s-n hftlvTader las-er, beregnet til datatransmissionssystemer med optiske fibref

En indgangs1 eder 1 tilfører et datasignal, beregnet til modul s-g tion af en drivstrøra til en laser. Datasignalet vorstærkes af en forstærker AM, således at signalet ligger på spændingsniveau for ©n drivspsnding til laseren.

Er udgangs leder 2 fra forstærkeren AM overfører r’©:; forstærkede datasignal, som overlejres med en passende de-spænding.

10

Udgangslederen deles fortrinsvis i tre ledere 3, 4 og 5, og lederen 5 er direkte forbundet til en belastning LG.

I blokken LO er de væsentligst© komponenter indtegnet med deres symboler, nemlig modstanden R og halvlederlaseren U, der 15 blot er vist som en diode.

Modstandens funktion er at tilpasse laserens lavo impedans til udgangsimpedansen af forstærkeren AM.

Igennem en leder 6 leverer en strømgenerator GC2 en bias-strøm 20 til laseren U, og fastlægger dermed arbejdspunktet i hviletilstanden, dvs. lige over den tærskel, der angives af laserens karateristik.

En anden af de ledere, som lederen 2 fortsætter i, ar betegnet 25 4 og leder datasignalet og dc-spsndi ngen på udgangen af forstær keren AM til indgangen af et konventionelt detektions- og integreringskredsløb DM.

Signalet fra DM overføres via en leder 8 til den ene af to 30 indgange på en konventionel differentialforstærker EA1, hvis anden indgang, på en leder 7, modtager et signal, der svarer til dc-forspændingen på laseren U. Dette signal tages direkte fra belastningen, dvs. fra 1 aserdioden LO. Hvis der ikke er noget datasignal, eller når et bit 0 er til stede, falder det-3g te signal sammen med tærskelspændingen for dioden U, der, som tidligere nævnt, kan variere inden for et stort område, afhængig af arten af dioden, af dens alder, af temperaturen, etc. Resultatet af sammenligningen, som foretages af differential- 5

DK 151670B

forstærkeren ΑΕΙ, føres igennem én leder 9 til en spændingsgenerator GT, som kan styre spændingsniveauet på en leder 10, og som følge heraf niveauet af den dc-spænding, som er til stede på udgangen af forstærkeren AM.

5

Spændingsgeneratorer, som kan styres af et elektrisk signal, er velkendte. Én mulig udførelsesform for en sådan generator kan bestå i en konventionel transistor i en jordet kollektor-konfiguration. Styringen kan påtrykkes transistorens basis som 10 en strømvariation, og udgangsspændingen kan tages ud på emit-teren. Som det er velkendt, er udgangsimpedansen for transistoren i denne konfiguration meget lav, og det er derfor en god tilnærmelse til den ideelle spændingsgenerator.

Den sidste af de ledere, som lederen 2 fortsætter i, er beteg- 15 net med 3 og overfører signalerne på udgangen af AM til en spidsværdi-detektor DP, også kaldet "peak to peak" detektor, der, som det er velkendt, på udgangen giver en dc-spænding med en amplitude, der svarer til spændingsspringet fra spids til spids af spændingen for datasignalet på dens indgang.

20

Dc-spændi ngen overføres igennem en leder 11 til en anden differentialforstærker AE2, hvis anden indgang på en leder 12 modtager en referencespænding for at kunne fastlægge og fastholde modulationsstrømmen til enheden LO på et konstant niveau.

25

Differencen mellem værdierne af de spændinger, som er til stede på indgangene på forstærkeren, genererer et fejlsignal på en leder 13. Dette fejlsignal styrer en strømgenerator GC1, der, igennem en leder 14, regulerer spids-ti1-spids-niveauet 30 af datasignaler på udgangen af forstærkerne AM.

Analogt med hvad der er anført for udførelsesformen for spændingsgeneratoren GT, volder realiseringen af strømgeneratoren GC1 ingen vanskeligheder for fagfolk; F.eks. kan en transistor i "jordet emitter"-kobling være en god tilnærmelse til den 35 ideelle strømgenerator på grund af den høje kollektorimpedans, hvorved styresignalet i form af strømvariationer kan påtrykkes basisterminalen.

DK 151670B

β

Sid® gfcrørageneratarøn QCi og spsndi[tg®g®rfsrgter&n uT ΰ iår ogor, sons anført, til at modificer® de elektriske niveauer sf s i griflerne, der er til stede på udgangen af AM på lederen 2. Spids-til-spids amplituden af det forstærkede signal vil afhænge af 5 størrelsen af den strøm, der leveres fra GC1, og spending?- niveauet i tilfælde af tilstedeværelsen af bit 0 eller i tilfæl de af aanglende datasignal, vil afhænge af størrelsen af den spænding, der er til stede på udgangen af GT.

10 Forstærkeren AM kan sammenbygges af trin i klasse B eller C, som realiseres af et eller flere aktive komponenter, (f.eks. jordet emitter-transistorer) og spændingsgenera'oren GT kunne sættes i serie raed eraitteren, mens strømgener&t&run 8Gi kunne placeres i serie med kollektoren. På denne måde ville varia-15 tioner i spændingen fra GT give anledning til spsndingsvaria- tioner på udgangen af AM og variationer i strømmen fra GC1 ville forårsage variationer i forstærkningen.

Hvis Forstærkeren er af klasse A-typen, kan forstærknings- og spændingsstyringen på udgangen realiseres ved konventionel tek- 20 mk.

Virkemåden af kredsløbet i det beskrevne eksempel vil nu blive beskrevet med henvisning til tegningen.

25 Hvis der ikke er noget datasignal på lederen 1, der er forbundet til indgangsterminalen, modtager halvlederlaseren U fra strømgeneratoren GC1 en bias-strøm, som er en anelse større end tærskelværdistrømmen. Under disse arbejdsbetingelser opstår der en bestemt spændingsforskel mellem laserens termina-30 ler, og størrelsen af denne spændingsforskel er en funktion af arten af laserdioden, af dens alder, af temperaturen, osv. Et af målene med kredsløbet er at opnå, at spændingsniveauet på udgangstermina 1 en af AM, uden datasignal eller i tilfælde af tilstedeværelsen af bit 0, bliver lig med det niveau, der er 35 til stede på terminalerne af dioden, som skal strømforsynes, uafhængigt af arten af dioden og af arbejdstiIstanden. På denne måde vil der hverken gå strøm fra AM til U eller i den modsatte retning.

pnrm

DK 151670B

τ

Drivkredsløbet ('strøraforsyningskredsløfret} giver endvidere mulighed for at styre amplituden af datasignalet, som forstærkes af AM, for at holde amplituden konstant med tiden, såvel sots med ændringer i de arbejdsbetingelser, der fastlægges af omgi-5 velserne. Det er muligt igennem en ekstern, manuel eller automatisk styring at regulere amplituden af modulationssignaiet til laseren.

Disse formål opnås ved hjælp af to tilbagekoblingssløjfer af 10 ny konstruktion.

Virkemåden for den sløjfe, der består af blokkene AM, LO, DM, AEi og OT, vil i det følgende blive gennemgået.

Den spænding, der påtrykkes laserdioden U, er til stede på 15 lederen 7 som følge af den bias-strøm, som leveres fra GC2, medens den dc-spænding, der svarer til niveauet med bit 0 i den styrede datastrøm, er til stede på lederen 8. Denne sidste spænding fremkommer ved detektion og integration i DM af signalet, som modtages fra AM. Differentialforstærkeren AEl, hvis 20 indgange på lederne 7 og 8 modtager to spændinger, sammenligner amplituden af disse spændinger og leverer på sin udgang 9 et forstærket signal, som er proportionalt med forskellen mellem de to spændinger på lederne 7 og 8. Dette fejlsignal sendes videre til spændingsgeneratoren GT og forårsager en æn-25 dring af udgangsspændingen fra forstærkeren AM, indtil forskellen mellem spændingerne på indgangene til AEl er udlignet. Under disse betingelser bliver de tidligere definerede spændinger på trådene 5 og 7 ens, derfor er der i tilfælde af manglende datasignal eller i tilfælde af bit 0 ingen strøm, hver-30 ken fra AM til U eller omvendt.

I den anden tilbagekoblingssløjfe, bestående af blokkene AM, DP, AE2 og GC1, behandles datasignalet med det formål at holde amplituden konstant med tiden, og at sikre muligheden af en 35 let manuel eller automatisk regulering af selve amplituden.

Spids-ti 1-spids detektoren DP modtager på lederen 3 det forstærkede datasignal fra AM og afgiver på sin udgang, der er forbun-

DK 151670B

δ det gennem lederen 11 til én af indgangene på differentialforstærkeren AE2, en dc-spænding, med en størrelse, der er proportional med spids-ti 1-spids-værdien af spændingen af datasignalet på indgangen af detektoren DP. En referencespænding fra en 5 spændingsgenerator er til stede på en leder 12. Dennes niveau kan justeres manuelt eller automatisk ved hjælp af en anden styring, f.eks. kunne der tilvejebringes en styring, som gør det muligt at holde niveauet af den optiske effekt, som udsendes af laseren, konstant. Forstærkeren AE2 sammenligner de to 10 spændinger og afgiver på sin udgang et forstærket signal, der er proportionalt med deres differens. Forstærkeren AE2 styrer strømgeneratoren GC1 og varierer den afgivne strøm, der, som tidligere nævnt, bestemmer forstærkningen af forstærkertrinnet AM. På denne måde vil amplituden af det forstærkede datasig-15 nal, som er til stede på udgangen af AM, svare nøje til refe rencespændingen. Hvis der opstår en ændring i datasignalets amplitude, enten på indgangen af driv-kredsløbet eller på udgangen af AM på grund af forstærkningsvariationer af samme forstærker, indtræder en ændring i spændingen af udgangen af 20 DP, hvilken ændring forårsager et fejlsignal på udgangen af AE2 med en påfølgende ændring af den strøm, der leveres af GC1, således at en ny ændring i forstærkningen i AM automatisk kompenserer for den oprindelige ændring.

25 Referencespændingen kan ud over at være en manuel regulering også afhænge af amplituden af det optiske signal, som udsendes af laseren, en lille del af dette signal kan udtages, og efter at være konverteret til et elektrisk signal ved hjælp af en konventionel fotodetektor, kan det detekteres og integreres. 3Q Den sål^les dannede spænding kan udnyttes til endnu en tilbage kobling, således at det bliver muligt at styre det signal, som udsendes af laserdioden, som strømforsynes.

35

Claims (2)

1. Drivkredsløb til strømforsyning af en komponent (U), som § giver et binært udgangssignal, der er en ulineær funktion af en styrestrøm (5), som tilføres via en formodstand (R) i afhængighed af et datasignal (1), og som endvidere har en indgang (S) for et forspændingskredsløb (6C2), som bestemmer komponentens (U) arbejdsområde, uden at gennemløbe formodstanden (R), 10 med en tilbagekoblingskreds og med en forstærker (AM), der forstærker styrestrømmen (1) og kan styres af mindst et tilbagekoblingssignal (10, 14), kendetegnet ved, at det tilbagekoblingssignal, som påtrykkes den ene indgang (10) af forstærkeren (AM), afgives af en differentialforstærker (AE1), 15 hvis ene indgang (7) er tilsluttet til forspændingskredsløbets forbindelser mellem formodstanden (R) og komponenten (U), og hvis anden indgang (8) gennem et detektor- og integratorkreds-løb (DM) er tilsluttet til udgangen (2, 4) af forstærkeren (AM) og til formodstanden (R), og at det fra differentialforgø stærkeren (AE1) kommende tilbagekoblingssignal (10) i forstærkeren (AM) adderes til det forstærkede datasignal, når der fore.ligger et binært signal med den logiske værdi "0", eller når der ikke er noget datasignal, hvorved der som sumspænding holdes en udgangsspænding svarende til værdien "0". 25

2. Drivkredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at referencesignalet (12) tilføres via en omformer, som omformer energien, der udsendes af den strømforsynede komponent (U) til et elektrisk signal, som derefter .ensrettes, integreres og anvendes som et styresignal. 30 35