JP2001510294A - 赤外線信号のためのデータ受信回路 - Google Patents

赤外線信号のためのデータ受信回路

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Abstract

(57)【要約】 たとえば道路料金徴収システム用などの赤外線信号のためのデータ受信回路であって、複数の赤外線検出器(5)が設けられており、それらの赤外線検出器の信号は、妨害信号の抑圧によって有効出力を高めるため加算回路へ供給される。SN比を改善するため、複数の入力回路が設けられており、それらは各々赤外線検出器(5a,5b〜5n)と対応する別個の増幅器(6a,6b〜6n)を備えており、それらの入力回路は加算回路(7)と並列に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、赤外線信号のためのデータ受信回路に関する。この場合、複数の赤
外線検出器が設けられており、それらの信号は障害信号抑圧により有効出力を高
めるため加算回路へ供給される。
【0002】 たとえばテレビジョン装置において番組を選択したり音量を調整したりするた
めの、赤外線信号用のデータ送信およびデータ受信回路が公知である。また、道
路料金徴収システムのためにもすでに、デシメートル波長領域やセンチメートル
波長領域の高周波送信機の代わりに、発光ダイオードやレーザダイオードなど半
導体光送信素子を用いた赤外線領域の送信機が提案されている。この種の赤外線
データ伝送システムは、以下の変調形式で作動させることができる: AM 振幅変調 FM 周波数変調 PSK 位相シフトキーイング ASK 振幅シフトキーイング ASK−OOSK 振幅オン/オフシフトキーイング PDM 位相幅変調 PPM パルス位相変調 データ受信回路では、ゲルマニウムホトダイオードまたはシリコンホトダイオ
ードが赤外線検出器として使用され、その際、結果として生じる「光電流」が増
幅され、評価される。この種のデータ受信回路を、屋内や日陰において、あるい
はたんに夜であるなどバックグラウンド光が僅かな環境で使用する場合には、バ
ックグラウンド光電流を抑圧するのに単純な増幅および補償回路で十分である。
しかし、たとえば直射日光で受信機を作動させるときなど、バックグラウンド光
電流が高まると、そのような従来の回路技術では問題となり、最終的には使用で
きなくなる。それというのも、バックグラウンド光電流によってとりわけ電流ノ
イズが高まり、通常はnA領域にある有効信号流が打ち消されてしまう。
【0003】 AT 376 083 B によれば、赤外線受信機において電磁障害を抑圧するための回 路が公知である。この場合、並列接続されたホトダイオードから成るそれぞれ2
つのグループが設けられており、その際、一方のダイオードは前置抵抗R1を介
して正の給電電圧源と接続されており、他方のダイオードは前置抵抗を介してア
ースと接続されている。ホトダイオードの一方のグループから、負の極性をもつ
有効信号がコンデンサを介して差動増幅器の一方の入力側へ供給されるのに対し
、正の極性をもつ有効信号はコンデンサを介して差動増幅器の他方の入力側へ供
給される。このようにすることで差動増幅器の出力側には有効信号が加算されて
現れることになり、他方、たとえばラジオ放送送信局などから到来する妨害放射
は抑圧される。1つの変形として、コンデンサと差動増幅器DVの各入力側との
間に演算増幅器が設けられており、この演算増幅器はいわゆるインピーダンス変
換増幅器として用いられ、いっそう高速な信号処理が可能となる。
【0004】 US 5 355 242 A に開示されている赤外線に信号受信回路においても、並列接 続されたホトダイオードから成る2つのグループが設けられており(図1参照)
、それらの有効信号はトランスおよびコンデンサを介してインピーダンス変換器
へ供給される。正の極性と負の極性をもつ有効信号を得るため、トランスの2次
巻線は逆方向に巻回されており、それらの有効信号はバンドパスフィルタを通過
した後、AT 376 083 B の場合と同じようにインピーダンス変換増幅器へ供給さ れる。差動増幅器の出力側は、ローパスフィルタを介してさらに別の差動増幅器
の入力側と接続されており、その差動増幅器の出力側にはノイズバリアとして機
能するゲート回路が接続されている。したがってこの回路の場合、有効信号の加
算は、並列接続されたホトダイオードと個々のトランスの1次巻線との接続点に
おいて行われる。
【0005】 これら公知の回路における欠点は、有効出力を高めるため複数の赤外線検出器
(ホトダイオード)が並列接続されていると、ダイオードの並列キャパシタンス
も高まり、それによって回路の立ち上がり時間および立ち下がり時間も長くなっ
てしまう。
【0006】 本発明の課題は、冒頭で述べた形式のデータ受信回路において、短い回路立ち
上がり時間および立ち下がり時間を達成するとともに、強いバックグラウンド光
により大きい電流ノイズが引き起こされても、データ信号のSN比を大きくする
ことにある。
【0007】 本発明によればこの課題は、冒頭で述べた形式のデータ受信回路において、複
数の入力回路が設けられており、それらは各々赤外線検出器および対応する別個
の増幅器を備えており、該複数の入力回路は加算回路に並列に接続されているこ
とにより解決される。この構成により増幅器は信号同期して動作するが、自律的
なノイズの相を有しており、それらは加算回路において確率法則に従い部分的に
加算され、部分的に打ち消される。これに対し有効信号は加算回路において同相
で加算される。このことにより全体として、使用される増幅器の個数とともにS
N比が絶えず増加するようになる。
【0008】 本発明の有利な実施形態によれば、加算回路の出力側は比較器の一方の入力側
と接続されており、その比較器の他方の入力側は閾値発生器の出力側と接続され
ており、さらに閾値発生器の入力側は加算回路の出力側と接続されている。この
ようにしてAGC(Automatic Gain Control)増幅器回路の機能がシミュレート
され、これはたとえば道路料金徴収システムにおける料金所のように複数の送信
機が存在する場合、出力の弱い有効信号は抑圧され、出力の最も強い送信機だけ
が受信される。このことは、複数の走行レーンおよびそれ相応の送信機を有する
料金徴収システムにおいて、「レーン選択性」に関してとりわけ重要である。
【0009】 この関連で、加算回路の出力側と比較器の入力側および閾値発生器の入力側と
の間に主増幅器を設けるのも好適である。この構成により、有効信号の後続処理
のためのダイナミックレンジを高めることができる。
【0010】 自動的な閾値調整のためにきわめて有利であるのは、閾値発生器が加算回路あ
るいは場合によっては主増幅器の出力信号の整流および平滑により、その信号の
ピーク値と平均値から所定の比たとえば1:2で和を形成することであり、その
和は閾値信号として閾値発生器の出力側から送出される。
【0011】 格別有利で簡単かつ迅速に応答する増幅器の実施形態に関して好適であるのは
、入力回路の増幅器をトランジスタ増幅器とすることである。この場合、トラン
ジスタを簡単なバイポーラトランジスタとすることができる。
【0012】 加算回路をできるだけ簡単かつ安価に抑える目的で有利であると判明したのは
、加算回路をコンデンサにより形成することであり、このコンデンサは一方の側
で個々の増幅器出力側と接続されており、他方の側で1つの共通の結合点と接続
されている。
【0013】 入力回路の形態が構造的に簡単になることで格別有利であるのは、赤外線検出
器をホトダイオードとすることであり、それらのホトダイオードはトランジスタ
のエミッタ抵抗と並列に接続されている。有利には、加算回路のコンデンサはト
ランジスタのコレクタ抵抗と接続されている。
【0014】 さらに、閾値形成にあたり短い応答時間と簡単な実現の点で好適であると判明
したのは、閾値発生器の入力側をダイオードおよび直列に接続された抵抗を介し
てアースと接続し、ダイオードと抵抗との間の接続点をトランジスタのベースと
接続し、そのトランジスタに対し、加算回路または場合によっては主増幅器から
供給される出力信号のピーク値を蓄積するコンデンサを接続し、個々のピーク値
を得るためさらに別のコンデンサを分圧回路を介してダイオードまたはコンデン
サに接続することである。
【0015】 次に、図面を参照しながら有利な実施形態に基づき本発明について説明する。
とはいえ、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではない。
【0016】 図1に示されている従来の赤外線信号用データ受信回路は、赤外線検出器、た
とえば1つまたは複数の並列接続された赤外線ホトダイオード1からなっている
。これらの検出器は抵抗2を介して結合される演算増幅器3の入力側に接続され
ている。演算増幅器3の出力側4から出力される増幅された信号電圧USは、図 2において時間tに依存して示されている。この図からは、ホトダイオード1に
よって受信された有効信号UNがほとんどノイズ電圧URからは際だっていないこ
とが明らかである。冒頭でも述べたようにこれは主にバックグランドの光電流に
よって影響を受けている。図1にしめされているような付加的なホトダイオード
1の並列接続もSN比の向上には役立たず、それどころかキャパシタンスの高ま
りのためにかえってスイッチング時間の低下を引き起こす。
【0017】 本発明によれば、複数の入力回路と、その際の複数の赤外線ホトダイオード5
a,5b〜5nが詳細にはそれぞれ別個の増幅器6a,6b〜6nと共に所定の
方式で配置構成されており、この場合これらの増幅器6a,6b〜6nの出力側
は、図3のブロック回路図にしめされているように加算回路7に接続されている
。この加算回路7の出力側からの加算信号は、主増幅器9に供給され、その出力
側10は閾値発生器12の入力側と比較器14の入力側13に接続されている。
この比較器14の別の入力側15は、閾値発生器12の出力側16に接続されて
いる。
【0018】 主増幅器9から送出された信号USは、図4において時間tに依存して示され ている。ノイズ電圧URにはたとえば強いデータ信号US1と弱いデータ信号US2 が重畳する。この強いデータ信号US1はたとえばホトダイオード5a,5b〜5
nに対して直接的に配向された赤外線送信器から生じ、それに対して弱いデータ
信号US2はたとえば前記第1の赤外線送信器の側方に配置された別の第2の赤外
線送信器から生じ、それ故に僅かな振幅を有している。閾値発生器12は、ここ
において(強い)データ信号US1のピーク値USpと、前記加算信号USの平均値 UMWに依存して閾値電圧USchを求める。この値は比較器14において有効信号 USと比較され、それによって、閾値電圧USchを有効信号USが上回るか下回っ た時点で比較器14の出力側17からは信号US1に相応した応答パルスUKが生 じる。この応答パルスは後続するデータ処理ユニット(図示されていない)にさ
らなる処理のために供給される。
【0019】 このようにして選択的な信号評価が行われる。この場合SN比は、データ信号
の存在のもとで向上され、別の送信器の弱いデータ信号は抑圧される。特に有利
にはピーク値USpと平均値UMWからの閾値電圧USchが1:2の比で求められる 。この閾値発生器の作動方式は、あらゆるAGC(Automatic Gain Control)増
幅器と機能的に対等である。
【0020】 次に本発明によるデータ受信回路の具体的な実施形態を図5に基づいて説明す
る。
【0021】 図5に示された赤外線ホトダイオード5a,5b〜5nは、それぞれ前記図3
に基づいて説明した増幅器6a,6b〜6nを形成しているnpnトランジスタ
19a,19b〜19nのエミッタ抵抗18a,18b〜18nに対して並列に
接続されている。全てのトランジスタに対して共通のベース分圧器は、抵抗20
,21によって形成されている。この場合抵抗20は正の供給電圧源UVに接続 され抵抗21はアースに接続されている。これらの抵抗20,21は、トランジ
スタ19a,19b〜19nのベース電極に接続されている。バッファコンデン
サ22は、このアースと供給電圧源UVの間に接続されている。フィルタリング コンデンサ23は抵抗21と並列に接続されている。
【0022】 トランジスタ19a,19b〜19nのコレクタはそれぞれコレクタ抵抗24
a,24b〜24nを介して供給電圧源UVに接続されている。トランジスタ1 9a,19b〜19nの各コレクタからはそれぞれ1つの結合コンデンサ25a
,25b〜25nが共通の接続点26に接続されており、それによって前記図3
に基づいて説明したホトダイオード5a,5b〜5nから供給されトランジスタ
19a,19b〜19nを介して増幅される信号のために加算回路7が形成され
る。そのノイズ成分は接続点27において確率的に重畳され、すなわち部分的に
加算され部分的に打ち消され、これに対して有効信号は線形的に、かつ同じ位相
位置で加算される。それによりSN比は、ホトダイオード5の数と共に向上され
る。
【0023】 主増幅器9は、たとえば相前後して接続された2つの演算増幅器27,28か
らなる。この場合一方の増幅器27の反転入力側(−)は、結合コンデンサ25
a,25b〜25nの接続点26と接続されている。この増幅器27の出力側は
、結合コンデンサ29を介してもう一方の増幅器28の反転入力側(−)に接続
されている。その出力側は主増幅器9の出力側を形成する。これらの増幅器27
,28は、抵抗30,31を介して減結合されており、この場合一方の増幅器2
7の抵抗30に対してはコンデンサ32が並列に接続されている。前記2つの増
幅器27,28の非反転入力側(+)はトランジスタ19aのベースに接続され
ている。抵抗30,31とコンデンサ29、32の相応の選定によって、主増幅
器の下方の限界周波数が有効信号UNの周波数f0に選択的に適合化される。
【0024】 図5では主増幅器9や閾値発生器12を形成している電子回路群がそれぞれ破
線で囲まれるようにして示されている。
【0025】 閾値発生器12の入力側11ではダイオード35と抵抗36からなる直列回路
がアースに接続されている。ダイオード35のカソードと抵抗36の間の接続点
37は、pnpトランジスタ38のベースに接続されており、そのエミッタ抵抗
39は正の電圧源UVに接続され、コレクタ抵抗40はアースに接続されている 。閾値発生器12の入力側11と前記pnpトランジスタ38のコレクタの間に
は、2つの抵抗44及び45から形成される分圧器が設けられており、この場合
これらの2つの抵抗44と45の接続点46からはコンデンサ47がアースに対
して接続されている。別のコンデンサ48はトランジスタ38のコレクタからア
ースに対して接続されている。抵抗44,45の接続点46は閾値発生器の出力
側16を形成している。この出力側は、そのつど回路点10ないし11における
(最も強い)有効信号(US)の強さに適合化されて生成された可変の閾値USch を供給する。
【0026】 前述した変調方式では有利にはASK−OOSK変調が用いられているが、す
なわち赤外線送信器(図示されていない)から従来方式で赤外線パルスパケット
シーケンスが発せられているが、これはホトダイオード5a,5b〜5nによっ
て電気的パルスに変換され、出力側10(11)において信号USとして発せら れている。
【0027】 トランジスタ38は、静止状態、すなわちパルスが生じていない状態において
、僅かなコレクタ静止電流を供給する。これはコンデンサ47の、供給電圧UV のほぼ半分の電圧までの充電のために供給される。トランジスタ38の動作点は
次のように設定される。すなわちコンデンサ48も供給電圧UVのほぼ半分の電 圧まで充電されるように設定される。
【0028】 パルスの発生の際には、トランジスタ38が各パルスのもとでパルスの持続時
間の間完全に遮断される。すなわちコンデンサ47と48がこの期間の間は放電
され、パルス休止期間中は再び充電される。抵抗36,44,45の値とこれら
のコンデンサ47,48の値の選択によって、パルス持続期間とパルス休止期間
に依存して、コンデンサ47,48の充放電に対する相応の時定数ないし電圧が
定められる。これらはデータ信号USのピーク値USpないし平均値UMWに相応し ており、これによってそこから閾値電圧USchが前述したような所望の比で求め られる。
【0029】 ダイオード35において複数のパルス、たとえば3つのパルスの後で生じる電
圧は、データ信号USの平均値UMWないしは整流値に比例する。それに対してコ ンデンサ48に生じた電圧は、データ信号USのピーク値USpに比例する。これ らの2つの電圧値はそれぞれ抵抗44と45を介してそれらの共通のコンデンサ
47にて積分される(すなわち抵抗44と45の比で)。所望の比、たとえば1
:2の比をピーク値USpと平均値UMWから得るためには、抵抗44の値が抵抗4
5の値の2倍の大きさに選定される。もちろんその他の比もこれらの抵抗44,
45の相応の選定によって得ることが可能である。この場合2つの抵抗44,4
5の代わりに、ポテンショメータを用いて連続的にピーク値USpに関連して閾値
電圧USchの設定を選択に行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来方式のデータ受信回路のブロック回路図である。
【図2】 図1による回路のもとでのSN比の経過を概略的に示したダイヤグラムである
【図3】 本発明によるデータ受信回路のブロック回路図である。
【図4】 図3によるデータ受信回路の一部の機能を説明するためのダイヤグラムである
【図5】 本発明によるデータ受信回路の目下の特に有利な実施形態の一部を示したブロ
ック回路図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年1月11日(2000.1.11)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 31/10 H03F 3/08 H03K 17/78 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ヘルムート リーダー オーストリア国 グラーツ ズュートティ ローラープラッツ 10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の赤外線検出器(5a,5b〜5n)が設けられており
    、各赤外線検出器の信号は、妨害信号抑圧により有効出力を高めるため加算回路
    (7)へ供給される形式の、赤外線信号のためのデータ受信回路において、 複数の入力回路が設けられており、それらは各々赤外線検出器(5a,5b〜
    5n)および対応する別個の増幅器(6a,6b〜6n)を備えており、該複数
    の入力回路は加算回路(7)に並列に接続されていることを特徴とする、赤外線
    信号のためのデータ受信回路。
  2. 【請求項2】 加算回路(7)の出力側(8)は比較器(14)の一方の入
    力側(13)と接続されており、該比較器の他方の入力側(15)は閾値発生器
    (12)の出力側(16)と接続されており、該閾値発生器の入力側(11)は
    加算回路(7)の出力側(8)と接続されている、請求項1記載のデータ受信回
    路。
  3. 【請求項3】 前記加算回路(7)の出力側(8)と比較器(14)の一方
    の入力側(13)および閾値発生器(12)の入力側(11)との間に主増幅器
    (9)が設けられている、請求項2記載のデータ受信回路。
  4. 【請求項4】 前記閾値発生器(7)は、加算回路(7)または場合によっ
    ては主増幅器(9)の出力信号(US)の整流および平滑化により、前記信号( US)のピーク値(USP)および平均値(UMw)から所定の比で和を形成し、該 和は閾値信号(USch)として前記閾値発生器(12)の出力側(11)から送 出される、請求項2または3記載のデータ受信回路。
  5. 【請求項5】 前記入力回路の増幅器(6a,6b〜6n)はトランジスタ
    増幅器(19a,19b〜19n)である、請求項1〜4のいずれか1項記載の
    データ受信回路。
  6. 【請求項6】 前記加算回路(7)はコンデンサ(25a,25b〜25n
    )によって形成されており、該コンデンサは一方の側で増幅器出力側と接続され
    ており、他方の側で1つの共通の接続点(26)と接続されている、請求項1〜
    5のいずれか1項記載のデータ受信回路。
  7. 【請求項7】 前記赤外線検出器はホトダイオード(5a,5b〜5n)で
    あり、該ホトダイオードはトランジスタ(19a,19b〜19n)のエミッタ
    抵抗(18a,18b〜18n)と並列に接続されている、請求項1〜6のいず
    れか1項記載のデータ受信回路。
  8. 【請求項8】 前記加算回路(7)のコンデンサ(25a,25b〜25n
    )は、トランジスタ(19a,19b〜19n)のコレクタ抵抗(24a,24
    b〜24n)と接続されている、請求項6または7記載のデータ受信回路。
  9. 【請求項9】 前記閾値発生器(12)の入力側(11)は、ダイオード(
    35)および直列接続された抵抗(36)を介してアースと接続されており、 前記のダイオード(35)と抵抗(36)との間の接続点は、トランジスタ(
    38)のベースと接続されており、該トランジスタに、前記加算回路(7)また
    は場合によっては主増幅器(9)から供給される出力信号のピーク値(USp)を
    蓄積するコンデンサ(48)が接続されており、個々の閾値(USch)を得るた め別のコンデンサ(47)が分圧回路(44,45)を介してダイオード(35
    )またはコンデンサ(48)と接続されている、請求項4〜8のいずれか1項記
    載のデータ受信回路。
JP2000502591A 1997-07-10 1998-07-09 赤外線信号のためのデータ受信回路 Ceased JP2001510294A (ja)

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