JP6955505B2

JP6955505B2 - 光ノイズ除去電気回路、光レシーバー及び光チップ

Info

Publication number: JP6955505B2
Application number: JP2018547393A
Authority: JP
Inventors: リウ，ルオペン; スー，ウェイチェン; ファン，リンヨン; シャオ，グアンジン
Original assignee: クアン−チーインテリジェントフォトニックテクノロジーリミテッド
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: EP3429097A1; KR102057726B1; WO2017152811A1; US10567088B2; US20180367221A1; JP2019511171A; EP3429097B1; KR20180114117A; EP3429097A4

Description

本発明は、可視光通信技術に関わり、特に光ノイズ除去電気回路、光レシーバー及び光チップに関する。

可視光通信技術は、ＬＥＤ技術から発展してくる新型無線光通信技術である。ＬＥＤ光源の高周波点滅により通信を行い、可視光通信の伝送レートは最大１秒当たり１ギガである。可視光通信は豊かなスペクトルソースがある。これはマイクロ波通信を有する一般通信との比較にならないところである。同時に、可視光通信はいかなる通信プロトコルと環境に適用でき、可視光通信の設備架設は柔軟且つ便利で、低コストなので、大規模の普及に適用される。

可視光通信システムは可視光を利用して近距離通信を行い、可視光の方向性が高く、障害物を通過できないため、無線通信よりも安全性が高い。現在、一部の可視光通信システムの適用が始まっている。例えば、光子ＩｏＴの光子門限システム、光子支払い等である。携帯電話のような携帯式設備がますます普及することにともない、携帯電話のフラッシュ機能を使うと携帯電話を光子クライアントとすることで、大幅に可視光通信の応用障壁を下げ、且つ、携帯電話は元々ユーザの随時携帯するものなので、ユーザに対し余計な負担をかけなくて済む。

しかし、日常の携帯電話等の携帯式光子クライアントでの可視光通信は、普通環境光のある環境に行われるのである。光子受信側は、光子クライアントからの光信号を受信する時に、光電変換により光信号を意味ありの電気信号に変換する。ところが、環境光が当たることで、光子受信側は意味無しの環境光を無用の電気信号に変換するので、これら無用の電気信号はノイズ信号となり、光子受信器が正確に光子クライアントからの光信号を受信することを妨害している。

したがって、本分野では、光信号受信を改善できる技術がとても必要となっている。

本発明の一態様では、入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第１入力側がノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、ターゲットパルス信号を受信し、かつターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットとを有する光ノイズ除去電気回路を提供している。

本発明のもう一つの態様では、光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、光電変換ユニットにカップリングされ、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第１入力側がノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることでターゲットパルス信号を受信し、ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットと、を有することを特徴とする光レシーバーを提供している。

本発明の三つ目の態様では、光電変換ユニットは光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、光電変換ユニットにカップリングされ、電気信号の中の光ノイズを除去しデジタルレベル信号を出力する光ノイズ除去ユニットと、デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得するデコードユニットと、を有することを特徴とする光チップを提供している。

本発明の実施により、有効的に光信号受信品質を向上できる。

下記附図と結び合わせ、本開示の実施例の詳細説明を読むと、本発明の前記特徴とメリットがより良く理解できる。附図では、各構成部品は必ずしも比例描画ではなく、且つ、類似する関連特性や特徴を持つ構成部品は同じか似ている附図マークを持つことがある。

図１は、本発明を実践する可視光通信システムの簡略ブロック図である。図２は、本発明の一態様によるデコードユニットの簡略ブロック図である。図３は、本発明の一態様によるデコードユニットのデコード結果の見取り図である。図４は、本発明の一態様による光受信ユニットのブロック図である。図５は、本発明の一態様による第一実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。図６は、環境光無しの条件で、光電変換ユニットの生成するターゲット電気信号の見取り図である。図７は、環境光有り且つ信号光源無しの条件で、光電変換ユニットの生成するノイズ電気信号の見取り図である。図８は、環境光有り且つ信号光源有りの条件で、光電変換ユニットの生成する電気信号の見取り図である。図９は、光ノイズフィルタリングユニットの出力するターゲットパルス信号の見取り図である。図１０は、ターゲットパルス信号がフィルタリングされる後の信号の見取り図である。図１１は、比較器の出力するデジタルレベル信号の見取り図である。本発明による第二実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。図１３は、本発明による第三実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。

下記から、図面と具体的実施例とを結び合わせ、本発明について詳細に説明を行う。図面と具体的実施例とを結び合わせる説明の態様は例示的なものであり、本発明の保護範囲についていかなる制限を与えるものではないと理解すべきことに注意されたい。

図１は、本発明を実践する可視光通信システムの簡略ブロック図である。可視光通信システム１００は、光子クライアント１１０と光子受信側１２０とを有する。光子クライアント１１０は、エンコードユニット１１１を有する。エンコードユニット１１１は、オリジナル通信データを受信する。オリジナル通信データは、光子クライアント１１０から光子受信側へ伝えるいかなる情報データであってもよい。例えば、ユーザの身分（ＩＤ)情報、操作コマンド等である。

エンコードユニット１１１は、いかなるエンコード方法を使い、オリジナル通信データをエンコードできる。エンコードユニット１１１は、エンコードされた信号を光発射ユニット１１３へ出力する。光発射ユニット１１３は、発光する場合のロジックハイ、発光しない場合のロジックロー（又はその逆）により、受信された、エンコードされた信号を、可視光の形式で発信する。光発射ユニット１１３は、ＬＥＤ又はその他発光機能を持つ部品であってもよい。光子クライアント１１０は、光子ＩｏＴであってもよい。例えば、携帯電話、タブレット、ＰＤＡや光キー等のような光子門限システムの携帯式設備である。光キーは、可視光通信に基づくドアロックを開けるキーであり、光子キーとも呼ばれる。この時、光発射ユニット１１３は、携帯電話のフラッシュ又は携帯電話外付きの発光機能を持つ部品でも良い。

処理ユニット１１２は、エンコードユニット１１１、光発射ユニット１１３の操作をコントロールできる。処理ユニット１１２は、汎用プロセッサー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）等であってもよい。汎用プロセッサーは、マイクロプロセッサーでもよいが、代替案では、当該処理ユニット１１２は、いかなる標準のプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー又はステートマシンでもよい。処理ユニット１１２は、コンピューティング設備の組み合わせに実現されてもよい。例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサーの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサー、ＤＳＰコアと連携する一つか幾つかのマイクロプロセッサー、またはいかなる他のこのような構成であってもよい。

光子受信側１２０は、クライアント１１０より発射される可視光信号を受信し、可視光信号をデジタル信号へ変換する光受信ユニット１２３を有する。例えば、ＬＥＤランプの高周波点滅に対しては、光有りはロジックハイを示し、光無しはロジックローを示す。或いはその逆であってもよい。それで、受信される可視光信号を電気信号へ変換できる。光受信ユニット１２３は、感光デバイスを有する。例えば、光電トライオード、光電ダイオードである。光電トライオード、光電ダイオードの電気信号と光信号の特性を利用して、光電変換により電気パルス信号を生成する。

デコードユニット１２１は、光受信ユニット１２３からの電気信号を受信してデコードを行い、オリジナル通信データを復元する。処理ユニット１２２は、デコードユニット１２１、光受信ユニット１２３の操作をコントロールできる。処理ユニット１２２は、汎用プロセッサー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）等でもよい。汎用プロセッサーは、マイクロプロセッサーでもよいが、代替案では、当該処理ユニット１２２は、いかなる標準のプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー又はステートマシンであってもよい。処理ユニット１１２は、コンピューティング設備の組み合わせに実現されてもよい。例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサーの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサー、ＤＳＰコアと連携する一つか幾つかのマイクロプロセッサー、またはいかなる他のこのような構成であってもよい。

光子受信側１２０、特に光子受信側１２０のデコードユニット１２１と光受信ユニット１２３は、光チップに集積できる。当該光チップは、光子門限システムの門限側、光子ロックシステムの光子ロック被制御側、等に適用できる。

図２は、本発明の一態様によるデコードユニット２００の簡略ブロック図である。本発明の一態様により、当該デコードユニット２００は、デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得する。

具体的に言えば、本発明の当該態様によれば、信号レベルの一回反転はビット１を示し、信号レベルの不変はビット０を示す。即ち、信号がハイレベルからローレベルへ一回遷移するのはビット１を示し、或いは信号がローレベルからハイレベルへ一回遷移するのはビット１を示す。ハイレベルそのものはビット１を示さない。そのため、ビット１を伝送する毎に電気レベルの遷移が起こる。一組の信号が５つのビット１を伝送するには、５回の電気レベル遷移を引き起こす。レベルが遷移する毎に、受信側は信号の実際の到来により自身のクロックを同期調整する。このような発信側と受信側の同期体制は明らかに信号の伝送効率を向上できる。

図２に示すように、デコードユニット２００は、判決ユニット２１０を有する。判決ユニット２１０は、レベル反転に応答して情報ビット１を出力し、レベル不変に応答して情報ビット０を出力することができる。或いは、判決ユニット２１０は、レベル反転に応答して情報ビット０を出力し、レベル不変に応答して情報ビット１を出力することができる。判決ユニット２１０は、ロジックデバイスからなる判決器、判決電気回路等のハードウエアにより実現できるし、ソフトによりも実現できる。

図３は、本発明の一態様によるデコードユニットのデコード結果の見取り図である。図３により、信号がハイレベルとローレベルの間に遷移する場合はビット１を示すと仮設すれば、図の発信信号が０１１００００１であると分かる。

さらなる研究により、光チップを使う中に、環境光の存在により、光チップの正確受信と光信号デコードの能力が大幅に下がることが発見された。そのため、本発明のもう一つの態様は、環境光のノイズ影響を下げた光チップの提供に力を入れている。

図４は、本発明の一態様による光受信ユニット４００のブロック図である。図４に示すように、光受信ユニット４００は、光電変換ユニット４１０を有する。光電変換ユニット４１０は、光信号を受信し、光電変換により受信された光信号を電気信号に変換することに使われる。光電変換ユニット４１０は、光電トライオード、光電ダイオード等を有する。

光電変換ユニット４１０の受信される光信号は、信号光源（例えば、光子クライアントの光発射ユニット）からの通信データ付きのターゲット光信号を有するが、ノイズとする環境光を有することもある。そのため、光電変換ユニット４１０の生成する電気信号は、信号光源からの電気信号を有するが、環境光によるノイズ電気信号を有することもある。

環境光は、厳重にターゲット光信号の正確受信を影響し、光通信のスループットを下げ、通信失敗までを引き起こすことがある。そのため、本発明の一態様による光受信ユニット４００は、光ノイズ除去ユニット４２０を有することで、環境光のノイズ影響を除去する。

光電変換ユニット４１０の生成する電気信号は、信号光源からのターゲット電気信号を有するが、環境光からのノイズ電気信号をも有する。前記した通りに、信号光源は、一定規則の高周波点滅の光信号を発射する。例えば、光有りは、ロジックハイを示し、光無しは、ロジックローを示す。光電変換により、光電変換ユニット４１０の取得する相応なターゲット電気信号は、ハイ・ローレベルパルスシーケンスである。例えば、ハイレベルは、信号光源の発光と対応し、ローレベルは、信号光源の不発光と対応する。ところが、環境光は普通は変わらない、或いはその変化が無視できるのである。そのため、環境光に対し、光電変換ユニット４１０の生成するノイズ電気信号は、直流信号と似ているか、振幅値が小さく変化が遅い交流信号である。したがって、環境光のある条件では、光電変換ユニット４１０が、信号光源のターゲット光信号を受信した後に、生成する電気信号は、ノイズ電気信号を重ね合わせるパルス信号である。

これを鑑み、光ノイズ除去ユニット４２０は、ノイズフィルタリングユニット４２１を有する。ノイズフィルタリングユニット４２１は、光電変換ユニット４１０にカップリングされることで、光電変換ユニット４１０が生成する電気信号を受信する。ノイズフィルタリングユニット４２１が、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングすることで、ターゲットパルス信号を生成する。当該ターゲットパルス信号のパルスシーケンスは、ターゲット電気信号と近似している。例えば、ターゲット電気信号の変化と一致したパルスシーケンスを備える。

光ノイズ除去ユニット４２０は、比較ユニット４２２を有する。比較ユニット４２２の第１入力側がノイズフィルタリングユニット４２１の出力側にカップリングされることで、ターゲットパルス信号を受信する。比較ユニット４２２は、当該ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタルレベル信号を出力する。

ノイズフィルタリングユニット４２１より出力されるターゲットパルス信号は、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスであるが、当該ターゲットパルス信号のパルス振幅値は一般的に小さくて、デジタル電気回路のロジックレベル信号として使いにくい。比較ユニット４２２は、ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりロジックレベル信号を出力できる。例えば、電源電圧に依存し、ハイレベルは３−５Ｖに達することができる。当該基準電圧の大きさは、ターゲットパルス信号のパルスシーケンスの最低値とピーク値の間にあってもよい。例えば、ターゲットパルス信号のレベルが基準電圧以上である場合（ターゲットパルス信号に対するパルス）は、比較ユニット４２２は、ロジックハイレベルを出力する。ターゲットパルス信号のレベルが基準電圧以下である場合（ターゲットパルス信号に対するパルス間隔）は、比較ユニット４２２は、ロジックローレベルを出力する。それで、信号光源より発射されるターゲット光信号のデジタルロジックを正確に反映するロジックレベル信号を取得できる。

この場合、デコードユニットのデコード対象は、当該比較ユニット４２２の出力したデジタルレベル信号である。当該デジタルレベル信号は光ノイズを除去したきれいな信号なので、デコードユニットのデコード効率を向上し、さらに光通信のスループットを改善することができる。

本実施例の光ノイズ除去ユニットは、電気回路の構成部品により電気回路の形で実現できる。即ち、光ノイズ除去電気回路とし実施する。この場合の光ノイズ除去電気回路は、ノイズフィルタリングユニットを有する。前記ノイズフィルタリングユニットの入力側は、光電変換ユニットからの電気信号を受信し、前記ノイズフィルタリングユニットは、前記電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側よりターゲットパルス信号を出力する。並びに、比較ユニットを有する。前記比較ユニットの第１入力側は、前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされ、ターゲットパルス信号を受信する。前記比較ユニットは、前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力することに使われる。

図５は、本発明の一態様による第一実施例の光受信ユニット５００の各構成部品のブロック図である。図５に示すように、光受信ユニット５００は、光電トライオードＱを含み、光信号を電気信号に変換する。その代わりに、光電変換ユニットとしては、光電ダイオード等、その他感光デバイスを使える。

光受信ユニット５００は、ダイオードＤ１と電気抵抗Ｒ１を有する。光電トライオードＱ１のコレクタは、電源電圧Ｖcc（例えば、５Ｖ）にカップリングされ、光電トライオードＱ１のエミッターは、電気抵抗Ｒ１の一端及びダイオードＤ１の陽極にカップリングされ、電気抵抗Ｒ１のもう一端はアースされる。ここで、電気抵抗Ｒ１はクランプの役割を果たす。即ち、電気抵抗Ｒ１は、クランプ電気抵抗となる。

光受信ユニット５００は、さらに電気抵抗Ｒ２、キャパシタンスＣ１及びコンピューティング比較器ＣＭＰを有する。電気抵抗Ｒ２の一端は、ダイオードＤ１の陰極にカップリングされ、もう一端は、キャパシタンスＣ１の一端と比較器ＣＭＰの陰極入力端子にカップリングされ、キャパシタンスＣ１のもう一端はアースされる。また、比較器ＣＭＰの陽極入力端子は、ダイオードＤ１の陰極にカップリングされる。比較器ＣＭＰの出力側は、デジタルレベル信号Ｖoutを出力し、電気抵抗Ｒ３により電源電圧Ｖccにカップリングされる。

光電トライオードＱ１に対し、いかなる光（信号光源と環境光を有する）の照射がない場合は、光電トライオードＱ１がカットオフ状態にあり、電流が通らなく、ノードＳ１の電圧は０である。それと相応し、ダイオードＤ１もカットオフ状態にある。

光電トライオードＱ１に対し、光の照射がある場合は（例えば、信号光源、環境光言、或いは同時にこの二者とも）、光電効果により、光電トライオードＱ１を通る電流を発生し、さらにノードＳ１の電圧変動を引き起こす。ノードＳ１の当該電圧変動は、光電変換により発生した相応な電気信号を代表している。

信号光源のターゲット光信号は、高周波点滅である。理想的な場合は、即ち環境光のない条件では、Ｓ１に発生された電気信号は、ターゲット光信号に対応するターゲット電気信号であり、当該ターゲット電気信号は、ハイ・ローレベルのパルスシーケンスである。図６は、環境光無しの条件で、光電変換ユニットの生成するターゲット電気信号の見取り図である。ターゲット電気信号のパルスの振幅値は、Ｖ１である。

環境光有り且つ信号光源無しの場合は、環境光に当たり、ノードＳ１に発生する電気信号は、環境光に対するノイズ電気信号である。図７は、環境光有り且つ信号光源無しの条件で、光電変換ユニットの生成するノイズ電気信号の見取り図である。一般の状況では、環境光は不変又は変化の遅いものと見なされるので、対応するノイズ電気信号は、直流信号に近く、大きさはＶ２である。図７に示されるようである。

信号光源照射有り且つ環境光有りの条件では、ノードＳ１にターゲット電気信号とノイズ電気信号を有する電気信号を生成する。図８は、環境光有り且つ信号光源有りの条件で、光電変換ユニットの生成する電気信号の見取り図である。図８のように、この場合の電気信号は、ターゲット電気信号の上に直流信号のパルス信号を重ね合わせている。そのパルスの振幅値は、Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２で、パルス間隔部の電気レベルは、Ｖ２である。

ノードＳ１の電圧は、光電変換による電気抵抗Ｒ１を電流（光強さに依存）及びＲ１の抵抗値に依存する。光が強いほど、電気抵抗Ｒ１が大きく、ノードＳ１部の電圧が大きい。一般的に言えば、環境光の光強さは信号光源（例えばフラッシュ）の光強さより弱い。そのため、相対強さはＶ１＞Ｖ２となる。

仮にダイオードＤ１の導通電圧をＶ_Ｔとする。適切なＲ１抵抗値を選ぶと、Ｖ１＞Ｖ_Ｔ≧Ｖ２とすることができる。即ち、環境光のみの条件では、直流ノイズ電気信号はダイオードＤ１を導通させるほどの強さがない。Ｄ１はずっとカットオフ状態にあり、ノードＳ２部の電圧もずっと０である。しかし、信号光源のみ、或いは信号光源も環境光もある条件では、発生する電気信号（ターゲット電気信号とノイズ電気信号を有する）は、ダイオードＤ１がターゲット電気信号のパルスシーケンスにより規則的に導通やカットオフをするようにさせることで、ノードＳ２には、ターゲット電気信号と対応するターゲットパルス信号を発生させる。当該ターゲットパルス信号は、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスを持ち、且つ、パルスの振幅値は次のようになる。

Ｖ４＝Ｖ１−Ｖ_Ｔ、信号光源あり、環境光無しの照射条件；並びに

Ｖ４＝Ｖ３−Ｖ_Ｔ＝Ｖ１＋Ｖ２−Ｖ_Ｔ、信号光源も環境光もある照射条件。

図９は、当該ターゲットパルス信号の見取り図である。図９に示すように、当該ターゲットパルス信号は、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスを備え、違いはパルスの振幅値がＶ４≦Ｖ１である。

ここでは、ダイオードＤ１は、光ノイズをフィルタリングする役割を果たし、図４に示したノイズフィルタリングユニット４２１と対応できる。一部の状況では、環境光も一定頻度で変わっている。例えば、蛍光灯である。ただ信号光源の点滅頻度と比べれば無視できるので、本文では、ノイズ電気信号は直流信号と近似している。しかし、この場合は、発生されるノイズ電気信号は、依然として最終のロジック出力を影響する可能性がある。そのため、ダイオードＤ１によりノイズ電気信号をフィルタリングし、大いに受信精度を高めている。

ダイオードＤ１の陰極は、比較器ＣＭＰの陽極入力端子にカップリングされ、即ち当該ターゲットパルス信号を陽性入力とし比較器ＣＭＰに送る。比較器ＣＭＰは二つの入力端子があり、それぞれは陽極入力端子と陰極入力端子である。比較器ＣＭＰの陽性入力が陰性入力より大きい場合は、ロジックハイを出力する。例えば、ＴＴＬでレベル３Ｖである。これは電源電圧Ｖccに依存する。さもなければ、ロジックローを出力する。例えば、ＴＴＬレベルで０Ｖである。

比較器ＣＭＰの陰極入力端子は、電気抵抗Ｒ２とキャパシタンスＣ１の接続ポイントＳ３にカップリングされる。ここでは、電気抵抗Ｒ２とＣ１からローパスフィルタになることで、ターゲットパルス信号をフィルタリングする。いかなる信号ｆ(ｔ)に対してもフーリエ級数を使い展開できる：

実際の電気回路では、当該ＲＣローパスフィルタは、直流以外のすべての周波数成分をフィルタリングしてないので、ローパスフィルタリングにより、ノードＳ３部でターゲットパルス信号の中の近似直流成分を出力する。その振幅値は０〜Ｖ４で、具体的にはＲ２、Ｃ１の値に依存する。図１０は、ターゲットパルス信号がフィルタリングされる後の信号を示し、即ちＶ５の見取り図である。

ノードＳ３部のフィルタリングされた信号は、比較器ＣＭＰの陰極入力側に入力される。比較器ＣＭＰは、デジタルレベル信号を出力できる。当該デジタルレベル信号は、ロジックレベル信号である。例えば、ロジック１は、ＴＴＬハイレベル（例えば、３Ｖ）で、ロジック０は、ＴＴＬローレベル（例えば、０Ｖ)である。図１１は、比較器の出力するデジタルレベル信号の見取り図である。

ここの比較器ＣＭＰは、図４の比較ユニット４２２と対応できる。Ｒ２とＣ１からなるローパスフィルタは、比較器ＣＭＰのために比較用の基準電圧を上げるので、基準電圧生成ユニットと見なされてもいい。

図１２は、本発明による第二実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。図５と同様に、光受信ユニット１２００は、光電トライオードＱ１を有することで、光信号を電気信号に変換する。代わりに、光電変換ユニットとしては、光電ダイオード等、他の感光デバイスを使ってもいい。

光受信ユニット１２００は、さらにキャパシタンスＣ１と電気抵抗Ｒ１を有する。光電トライオードＱ１のコレクタは、電源電圧Ｖcc（例えば、５Ｖ）にカップリングされ、光電トライオードＱ１のエミッターは、電気抵抗Ｒ１の一端及びキャパシタンスＣ１の一端にカップリングされ、電気抵抗Ｒ１のもう一端はアースされる。

光受信ユニット１２００は、さらに分圧電気抵抗とトライオードＱ２を有する。キャパシタンスＣ１のもう一端は、分圧電気抵抗中間ノードにカップリングされる。当該分圧電気抵抗は、電気抵抗Ｒ２とＲ３を有する。Ｒ２とＲ３の当該中間ノードは、さらにトライオードＱ２のベースにカップリングされる。Ｒ２とＲ３のもう一端は、それぞれ電源電圧Ｖccとアースにカップリングされる。トライオードＱ２のエミッターは、アースするが、そのコレクタは、電気抵抗Ｒ４により電源電圧にカップリングされる。当該コレクタは、デジタルレベル信号Ｖoutを出力することに使われる。

図５を参照した前文と同様に、いかなる光（信号光源と環境光を有する）も光電トライオードＱ１を照射していない場合は、光電トライオードＱ１はカットオフ状態にあり、電流が通らなく、ノードＳ１部の電圧は０である。

光が光電トライオードＱ１を照射する場合は（例えば、信号光源、環境光源或いはこの二者とも）、光電効果により、光電トライオードＱ１を通る電流が発生し、ノードＳ１の電圧変動を引き起こす。ノードＳ１部の当該電圧変動は、光電変換により生成される相応な電気信号を代表している。

信号光源のターゲット光信号は、高周波点滅である。理想な状況では、即ち環境光のない条件では、Ｓ１に生成される電気信号は、ターゲット光信号に対応するターゲット電気信号であり、当該ターゲット電気信号は、ハイ・ローレベルのパルスシーケンスである。

環境光有り、信号光源無しの状況では、環境光の照射を受け、ノードＳ１に生成される電気信号は、環境光に対応するノイズ電気信号である。一般の状況では、環境光は不変又は変化の遅いものと見なされるので、それ相応なノイズ電気信号は直流信号に近似してもいい。

信号光源照射も環境光も存在する条件では、ノードＳ１にターゲット電気信号とノイズ電気信号を有する電気信号を生成する。この時の電気信号は、ターゲット電気信号の上に直流ノイズ電気信号を重ね合わせるパルス信号である。

キャパシタンスＣ１は、交流導通、直流隔離の役割を果たす。即ち、電気信号の中の直流分量はノードＳ４部に来れない。前記のように、ノイズ電気信号は、直流信号か近似直流信号である。それ故、キャパシタンスＣ１は有効的にノイズ電気信号をフィルタリングできる。そのため、Ｃ１は、ノイズ電気信号をフィルタリングする役割を果たし、図４のノイズフィルタリングユニット４２１と対応する。ノードＳ４に来るターゲットパルス信号はターゲット電気信号に近似する。例えば、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスを備える。

分圧電気抵抗の設置により、基礎電圧Ｖ_基をＱ２の導通電圧以下にさせ、ターゲットパルス信号の電圧を重ね合わせるとＱ２の導通電圧以上となる。それで、トライオードＱ２は、ターゲット電気信号のパルスシーケンスにより規則的に導通やカットオフを行える。トライオードＱ２の導通やカットオフにより、コレクタより相応なデジタルレベル信号Ｖoutを出力できる。

本実施例では、トライオードＱ２は、ノードＳ４部の電圧と自身導通電圧の比較によりデジタルレベル信号を出力し、図４に示した比較ユニット４２２と対応する。基準電圧がトライオードＱ２自身の導通電圧であるので、比較ユニット２２２自身が基準電圧生成ユニットを有する、或いは基準電圧生成ユニットが比較ユニットの一部であると見なしてもいい。

図１３は、本発明による第三実施例の光受信ユニット１３００の各構成部品のブロック図である。図１２と同様に、光受信ユニット１３００は、光電トライオードＱ１を有することで、光信号を電気信号に変換する。その代わりに、光電変換ユニットとし光電ダイオード等、その他感光デバイスを使ってもよい。

光受信ユニット１３００は、さらにキャパシタンスＣ１と電気抵抗Ｒ１を有する。光電トライオードＱ１のコレクタは、電源電圧Ｖcc（例えば、５Ｖ）にカップリングされ、光電トライオードＱ１のエミッターは、電気抵抗Ｒ１の一端及びキャパシタンスＣ１の一端にカップリングされ、電気抵抗Ｒ１のもう一端はアースされる。

光受信ユニット１３００は、さらに第１分圧電気抵抗と比較器ＣＭＰを有する。キャパシタンスＣ１のもう一端は、分圧電気抵抗の中間ノードにカップリングされる。当該第１分圧電気抵抗は、電気抵抗Ｒ２とＲ３を有する。Ｒ２とＲ３の当該中間ノードは、比較器ＣＭＰの陽極入力端子にカップリングされる。Ｒ２とＲ３のもう一端は、それぞれ電源電圧Ｖccとアースにカップリングされる。

光受信ユニット１３００は、さらに第２分圧電気抵抗を有する。後者は電気抵抗Ｒ４とＲ５を有する。比較器ＣＭＰの陰極入力端子は、第２分圧電気抵抗の中間ノードにカップリングされ、Ｒ４とＲ５のもう一端は、それぞれ電源電圧Ｖccとアースにカップリングされる。

図１３と図１２の電気回路は、左側からノードＳ４までは同じで、即ちノードＳ４には、ターゲットパルス信号を生成できる。違いとしては、図１３の比較器ＣＭＰは、比較ユニットとして比較と出力を行う。即ち、ターゲットパルス信号は、比較器ＣＭＰの陽極入力端子に入力される。比較器ＣＭＰの陰極入力端子は、第２分圧電気抵抗の中間ノード、即ちＲ４とＲ５の接続ポイントにカップリングされることで、比較用の基準電圧を受信する。この意味では、第２分圧電気抵抗は、基準電圧生成ユニットと見なされてもよい。

比較器ＣＭＰの陰極入力端子に入力される当該基準電圧は、ターゲットパルス信号のパルスシーケンスのピーク値と最低値の間にあることが理解しやすい。それで、ＣＭＰは、信号光源よりのターゲット光信号のデジタルロジックを反映するロジックレベル信号を出力できる。

説明の目的で特定した実施例を述べたにも関わらず、本発明の各態様は、これらの特定実施例に限らないことが理解しやすい。特定実施例に説明された一部の構成部品は必ずしも必要でなかったり、構成部品の代替品があったり、或いは他の構成部品があったりすることがある。例えば、図５を参照しながら説明した第一実施例の比較器は、トライオード又は他の比較手段で実現できる。

本分野の技術者は、ここで開示される実施例により説明される各種の説明したロジックブロック、モジュール、電気回路やアルゴリズムステップと結び合わせると、電子ハードウエアに実現できること、ストレージやほかのパソコン読取可能な媒体に保存しプロセッサーや他のプロセッサー設備により実行するコマンド、或いはその組み合わせに実現できることが理解できる。ここで開示されたストレージはいかなるタイプや大きさのストレージでもよく、そして保存に必要な、いかなるタイプの情報に配置されてもよい。この互換性をはっきり説明するために、各種の説明的構成部品、枠、モジュール、電気回路とステップは前文では機能の形式にて一般的説明を行っている。このような機能性がどのように実現されるかは、具体的な応用、設計選択及び/又は設計制約に依存する。本分野の技術者は、特定した応用毎に、説明された機能を異なる方法で実現できるが、このような実現方法を本開示の範囲外と見なしてはならない。

本文に開示される実施例により説明される、各種の説明したロジックモジュールと電気回路は、本文説明機能を実行するプロセッサー、ＤＳＰ、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、ＦＰＧＡ又はその他プログラミング可能なロジックデバイス、分立したゲート又はトランジスターロジック、分立したハード構成部品、或いはいかなる組み合わせに設計されたものにより、実現又は実行することができる。プロセッサーはマイクロプロセッサーを使えるが、代替案では、当該プロセッサーは、いかなる一般的なプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー又はステートマシンでも良い。プロセッサーは、コンピューティング設備の組み合わせと設計されてもよい。例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサーの組み合わせ、多数のマイクロプロセッサー、ＤＳＰコアと協力する一つか幾つかのマイクロプロセッサー、或いはいかなるこのような構成でもよい。

本文に開示された実施例は、ハードウエア、ハードウエアに保存されるコマンドにより実現できる。これらのコマンドは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ)、フラッシュメモリ、読取専用メモリ（ＲＯＭ)、電子プログラミング可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ)、電子消去可能なプログラミング可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスターメモリ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は本分野でのいかなる他の形式のストレージ媒体に保持しておくことができる。例示的なストレージ媒体がプロセッサーにカップリングすることにより、当該プロセッサーが、当該ストレージ媒体から/に対し情報の読取と書き込みをすることができる。代わりに、ストレージ媒体はプロセッサーに整合されることができる。プロセッサーとストレージ媒体は、ＡＳＩＣに駐留できる。

本分野の技術者は本開示の作成や利用ができるために、上記まで本開示に対する説明を提供している。本開示に対する各種の修正は、本分野の技術者にとっては明らかに分かることである。そして、本文で定義の一般原理は他の変形に使われてよいが、本開示の趣旨や範囲から逸脱しない。それにより、本開示は、本文説明の例示と構成に限定されることがなく、本文開示の原理とユニーク特性と一致する最も広い範囲に適用されべきである

Claims

入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、
第１入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、前記ターゲットパルス信号を受信し、かつ前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットと、を有し、
前記ノイズフィルタリングユニットは、陽極が前記光電変換ユニットにカップリングされ、陰極が前記比較ユニットの前記第１入力側にカップリングされるダイオードを有し、
前記光電変換ユニットと直列接続され、第１端が前記光電変換ユニットの一端と前記ダイオードの陽極にカップリングされ、第２端がアースするクランプ電気抵抗をさらに有し、並びに前記光電変換ユニットのもう一端は電源電圧に接続し、前記クランプ電気抵抗は前記ダイオードの陽極上の電圧クランプを行い、信号光源照射がない場合は前記ダイオードの導通電圧以下にし、信号光源照射がある場合は前記ダイオードの導通電圧の電圧レベル以上にすることを特徴とする光ノイズ除去電気回路。
電気抵抗とキャパシタンスを有することでローパスフィルタとなる基準電圧生成ユニットをさらに有し、前記電気抵抗の一端は前記ダイオードの陰極にカップリングされ、もう一端は前記キャパシタンスの一端と前記比較ユニットの第２入力側にカップリングされることで、前記基準電圧を提供し、前記キャパシタンスのもう一端はアースすることを特徴とする請求項１に記載の光ノイズ除去電気回路。
入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、
第１入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、前記ターゲットパルス信号を受信し、かつ前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットと、を有し、
前記ノイズフィルタリングユニットは、第１端が前記光電変換ユニットにカップリングされ、第２端が前記比較ユニットの前記第１入力側にカップリングされるカップリングキャパシタンスを有し、
第１ノードが電源電圧にカップリングされ、第２ノードがアースし、中間ノードが前記カップリングキャパシタンスの前記第２端と前記比較ユニットの前記第１入力側にカップリングされる第１分圧電気抵抗をさらに有し、前記中間ノード部の電圧は、信号光源照射がない場合は前記基準電圧以下であり、信号光源照射がある場合は前記基準電圧以上であることを特徴とする光ノイズ除去電気回路。
前記比較ユニットは、陽極入力端子が前記比較ユニットの前記第１入力側であり、陰極入力端子が前記基準電圧を受信する比較器を有し、
前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで前記基準電圧を提供する基準電圧生成ユニットをさらに有する光ノイズ除去電気回路であって、
前記基準電圧生成ユニットは、第１ノードが電源電圧にカップリングされ、第２ノードがアースし、中間ノードが前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで前記基準電圧を提供する第２分圧電気抵抗を有することを特徴とする請求項３に記載の光ノイズ除去電気回路。
光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、
前記光電変換ユニットにカップリングされ、前記電気信号の中の光ノイズを除去しデジタルレベル信号を出力する光ノイズ除去ユニットと、
前記デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得するデコードユニットと、を有し、
前記光ノイズ除去ユニットは、
入力側が前記光電変換ユニットからの電気信号を受信し、前記電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、
第１入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで前記ターゲットパルス信号を受信し、前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較により前記デジタルレベル信号を出力する比較ユニットと、を有し、
前記ノイズフィルタリングユニットは、陽極が前記光電変換ユニットにカップリングされるとともに陰極が前記比較ユニットの前記第１入力側にカップリングされるダイオードを１つ有し、
前記光ノイズ除去ユニットは、前記光電変換ユニットと直列接続され、第１端が前記光電変換ユニットの一端と前記ダイオードの陽極にカップリングされ、第２端がアースするクランプ電気抵抗をさらに有し、前記光電変換ユニットのもう一端は電源電圧に接続され、前記クランプ電気抵抗は前記ダイオードの陽極の電圧クランプを行い、信号光源照射がない場合は前記ダイオードの導通電圧以下にし、信号光源照射がある場合は前記ダイオードの導通電圧の電圧レベル以上にすることを特徴とする光チップ。
前記デコードユニットは判決ユニットを有し、
前記判決ユニットはレベル反転に応答し、情報ビット１を出力し、レベル不変に応答し、情報ビット０を出力し、或いは、
前記判決ユニットはレベル反転に応答し、情報ビット０を出力し、レベル不変に応答し、情報ビット１を出力することを特徴とする請求項５に記載の光チップ。
前記レベル反転がローレベルからハイレベルへの反転、及びハイレベルからローレベルへの反転の二者を有することであることを特徴とする請求項６に記載の光チップ。
前記光ノイズ除去ユニットは、電気抵抗とキャパシタンスを有することでローパスフィルタとなる基準電圧生成ユニットを有し、前記電気抵抗の一端は前記ダイオードの陰極にカップリングされ、もう一端は前記キャパシタンスの一端と前記比較ユニットの第２入力側にカップリングされることで前記基準電圧を提供し、前記キャパシタンスのもう一端はアースすることを特徴とする請求項５に記載の光チップ。
光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、
前記光電変換ユニットにカップリングされ、前記電気信号の中の光ノイズを除去しデジタルレベル信号を出力する光ノイズ除去ユニットと、
前記デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得するデコードユニットと、を有し、
前記光ノイズ除去ユニットは、
入力側が前記光電変換ユニットからの電気信号を受信し、前記電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、
第１入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで前記ターゲットパルス信号を受信し、前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較により前記デジタルレベル信号を出力する比較ユニットと、を有し、
前記ノイズフィルタリングユニットは、第１端が前記光電変換ユニットにカップリングされ、第２端が前記比較ユニットの前記第１入力側にカップリングされるカップリングキャパシタンスを有し、
前記光ノイズ除去ユニットは、第１ノードは電源電圧にカップリングされ、第２ノードはアースし、中間ノードは前記カップリングキャパシタンスの前記第２端と前記比較ユニットの前記第１入力側にカップリングされる第１分圧電気抵抗をさらに有し、前記中間ノード部の電圧は信号光源照射がない状況では前記基準電圧以下であり、信号光源照射がある状況では前記基準電圧以上であることを特徴とする光チップ。
前記比較ユニットは、陽極入力端子が前記比較ユニットの前記第１入力側であり、陰極入力端子が前記基準電圧を受信する比較器を有し、
前記光ノイズ除去ユニットは、前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで前記基準電圧を提供する基準電圧生成ユニットを有し、
前記基準電圧生成ユニットは、第１ノードは電源電圧にカップリングされ、第２ノードはアースし、中間ノードは前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで、前記基準電圧を提供する第２分圧電気抵抗を有することを特徴とする請求項９に記載の光チップ。