JPS6133732Y2 - - Google Patents

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JPS6133732Y2
JPS6133732Y2 JP1980106945U JP10694580U JPS6133732Y2 JP S6133732 Y2 JPS6133732 Y2 JP S6133732Y2 JP 1980106945 U JP1980106945 U JP 1980106945U JP 10694580 U JP10694580 U JP 10694580U JP S6133732 Y2 JPS6133732 Y2 JP S6133732Y2
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【考案の詳細な説明】 本考案は、改良された2値光信号受信装置に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improved binary optical signal receiving device.

従来、2値光信号受信装置の受光部には、高速
用としてAPD(アバランシエ・フオト・ダイオ
ード)、PiNダイオードなどの光電変換素子が用
いられている。これらの素子は高価である上、そ
の取扱いも簡単ではない。そこで、低速でもよい
場合には、安価で信号出力が大きい増巾素子内蔵
型フオト・トランジスタ、ダーリントン・フオ
ト・トランジスタなどの素子が用いられている。
しかし、これらの低速用の光電変換素子は温度特
性が非常に悪いという欠点がある。第1図は増巾
素子内蔵型フオト・トランジスタの温度特性を示
したもので、横軸は温度、縦軸は出力をそれぞれ
示している。破線は暗電流値を示し、実線は光電
流値を示しており3本の実線A,B,Cは受光パ
ワーをパラメータとしたときの光電流値をそれぞ
れ示している。第1図に示したようにこの素子
は、温度が高くなると光電流値および暗電流値が
共に増加するため、温度の変動が大きい所では使
用できないという欠点があつた。
Conventionally, a photoelectric conversion element such as an APD (avalanche photo diode) or a PiN diode has been used in a light receiving section of a binary optical signal receiving device for high speed. These elements are expensive and are not easy to handle. Therefore, when a low speed is acceptable, devices such as a photo transistor with a built-in amplifier element or a Darlington photo transistor are used, which are inexpensive and have a large signal output.
However, these low-speed photoelectric conversion elements have a drawback of very poor temperature characteristics. FIG. 1 shows the temperature characteristics of a phototransistor with a built-in amplifier element, where the horizontal axis shows temperature and the vertical axis shows output. The broken line shows the dark current value, the solid line shows the photocurrent value, and the three solid lines A, B, and C each show the photocurrent value when the received light power is used as a parameter. As shown in FIG. 1, this device had the disadvantage that it could not be used in places where there were large temperature fluctuations, since both the photocurrent value and the dark current value increased as the temperature rose.

また、このような光電変換素子は、受光パワー
が大きくなると素子が飽和し、さらに受光パワー
が大きくなると、素子の立下りの速度が遅くなる
ために短い周期の2値信号では素子が正常に動作
しない。第2図は、受光パワーをパラメータとし
たときの素子の出力波形を示したものであり、縦
軸は出力電圧、横軸は時間をそれぞれ示してい
る。ここでキはレベル“1”または“0”を判定
するための基準電圧を示している。第2図におい
て、イは受光パワーが小さいときの出力波形であ
り、時間遅れはあるが、レベル“1”または
“0”が正しく判定できる。受光パワーを大きく
していくと、出力波形はロのようになり、レベル
“1”の時間が長くなりレベル“0”の時間が短
くなる。さらに受光パワーを大きくすると、ハに
示したように出力電圧が基準電圧キより常に高く
なるために、レベル“0”の判定ができなくな
る。このため、これらの光電変換素子を用いた場
合、受光パワーに応じて基準電圧を調整しなけれ
ばならないという欠点があつた。さらに、増巾素
子内蔵型の光電変換素子は、増巾素子の電流増巾
率が素子により多小異つているという欠点があ
る。
In addition, in such a photoelectric conversion element, when the received light power increases, the element becomes saturated, and when the received light power increases further, the falling speed of the element becomes slower, so the element does not operate normally with short-cycle binary signals. do not. FIG. 2 shows the output waveform of the element when the received light power is used as a parameter, where the vertical axis shows the output voltage and the horizontal axis shows time. Here, K indicates a reference voltage for determining level "1" or "0". In FIG. 2, A is the output waveform when the received light power is small, and although there is a time delay, the level "1" or "0" can be correctly determined. As the received light power is increased, the output waveform becomes as shown in (b), and the time at level "1" becomes longer and the time at level "0" becomes shorter. If the received light power is further increased, the output voltage will always be higher than the reference voltage K as shown in C, making it impossible to determine level "0". For this reason, when these photoelectric conversion elements are used, there is a drawback that the reference voltage must be adjusted according to the received light power. Furthermore, the photoelectric conversion element with a built-in amplification element has a drawback in that the current amplification rate of the amplification element differs depending on the element.

本考案は、安価で信号出力が大きい低速用の光
電変換素子で受光部を形成し、該素子の有する上
記のような欠点を温度補償回路およびレベル検
出・電圧発生回路により補償することによつて使
用温度範囲が広く、受光パワーの変化が大きくて
も無調整で動作が可能であり、簡易で生産費が低
い2値光信号受信装置を提供するものである。
The present invention forms the light receiving section with a low-speed photoelectric conversion element that is inexpensive and has a large signal output, and compensates for the above-mentioned drawbacks of this element using a temperature compensation circuit and a level detection/voltage generation circuit. The present invention provides a binary optical signal receiving device that can be used over a wide temperature range, can operate without adjustment even if the received light power changes greatly, and is simple and inexpensive to produce.

以下、図面により本考案の実施例を詳細に説明
する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第3図は本考案の構成を示したブロツク図であ
る。2値光信号Lは光電変換素子1で光電変換さ
れる。そして光電変換素子1の出力を2値化用の
電圧比較器4に比較入力として入力するととも
に、レベル検出回路とその検出レベルに応じた電
圧を発生する電圧発生回路とからなるレベル検
出・電圧発生回路2に入力する。このレベル検
出・電圧発生回路2の出力は温度補償回路3の出
力と加算されて比較器4の基準電圧となる。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the present invention. The binary optical signal L is photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 1 . Then, the output of the photoelectric conversion element 1 is input as a comparison input to a voltage comparator 4 for binarization, and a level detection/voltage generation circuit consisting of a level detection circuit and a voltage generation circuit that generates a voltage according to the detection level. Input to circuit 2. The output of the level detection/voltage generation circuit 2 is added to the output of the temperature compensation circuit 3 to become a reference voltage for the comparator 4.

ここで、温度補償回路3の出力特性について第
1図を用いて説明する。
Here, the output characteristics of the temperature compensation circuit 3 will be explained using FIG. 1.

いま、最小受光パワーに対する出力電流が実線
Aであるとすると、この温度補償回路3の出力は
電流に換算したとき第1図の一点鎖線Dで示した
ように変化するので、この一点鎖線Dより下部の
電流は受信レベル“0”、この一点鎖線Dより上
部の電流は受信レベル“1”と判断される。第1
図に示したように、温度補償回路3の出力の温度
変化特性は、最小受光パワー時の光電変換素子1
の出力電流の温度特性と変化比がほぼ同じになる
ように設定する。また使用最高温度における温度
補償回路3の出力の値はその温度における暗電流
値と最小受光パワー時の出力電流との相乗平均値
となるように設定する。このようにすることよ
り、光電変換素子の光電変換感度の温度変化の影
響を防ぐと同時に、温度上昇による暗電流の急激
な増大をも軽減されることが可能となる。
Now, assuming that the output current for the minimum received light power is the solid line A, the output of the temperature compensation circuit 3 changes as shown by the dashed-dotted line D in FIG. 1 when converted to current. The current at the bottom is determined to have a reception level of "0", and the current above this dashed-dotted line D is determined to have a reception level of "1". 1st
As shown in the figure, the temperature change characteristics of the output of the temperature compensation circuit 3 are the same as those of the photoelectric conversion element 1 at the minimum receiving power.
Set so that the temperature characteristics and change ratio of the output current are almost the same. Further, the output value of the temperature compensation circuit 3 at the maximum operating temperature is set to be the geometric mean value of the dark current value at that temperature and the output current at the minimum received light power. By doing so, it is possible to prevent the influence of temperature changes on the photoelectric conversion sensitivity of the photoelectric conversion element, and at the same time, it is possible to reduce the sudden increase in dark current due to temperature rise.

また、このようにすることにより、素子のバラ
ツキおよびその他の要因によるバラツキ等を考え
た場合上記のような温度特性とすることが、信頼
度が高くかつ一番余裕をもたらすことができる。
Moreover, by doing this, when considering variations in the elements and variations due to other factors, the temperature characteristics as described above can provide the highest reliability and the greatest margin.

また、レベル検出・電圧発生回路2は、光電変
換素子1にの力に応じた電圧を出力するので、受
光パワーが大きくなつて光電変換素子1の出力が
第2図ハに示すたようになつた場合には、レベル
検出・電圧発生回路2の出力により基準電圧キが
上がるため、受信レベル“0”または“1”を正
確に判断することができる。次に具体的な回路を
示し説明する。
In addition, since the level detection/voltage generation circuit 2 outputs a voltage according to the force applied to the photoelectric conversion element 1, the received light power increases and the output of the photoelectric conversion element 1 becomes as shown in FIG. In this case, the reference voltage key is increased by the output of the level detection/voltage generation circuit 2, so that it is possible to accurately judge whether the reception level is "0" or "1". Next, a specific circuit will be shown and explained.

第4図は本考案の一実施例を示した回路図であ
る。第4図において、5は増巾素子内蔵型の光電
変換素子であるフオト・トランジスタ、6は負荷
抵抗器、7は電流制限用の抵抗器、8はバイパス
コンデンサである。ここで、増巾素子内蔵型の光
電変換素子は、負荷抵抗によつて速度が大巾に変
化するために、負荷抵抗の値を小さくしてその速
度を早くしている。この場合、使用温度が高くか
つ受光パワーが大きくなると光電変換素子での消
費電力が定格値を超えてしまうので、このような
電力制限用の抵抗器を電源に直列接続して消費電
力が定格値を超えないようにしている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 4, 5 is a phototransistor which is a photoelectric conversion element with a built-in amplification element, 6 is a load resistor, 7 is a current limiting resistor, and 8 is a bypass capacitor. Here, since the speed of a photoelectric conversion element with a built-in amplifier element varies widely depending on the load resistance, the speed is increased by decreasing the value of the load resistance. In this case, if the operating temperature is high and the received light power increases, the power consumption of the photoelectric conversion element will exceed the rated value, so connect a power limiting resistor like this in series with the power supply to reduce the power consumption to the rated value. I try not to exceed.

9は、増巾器10,11、ダイオード12,1
3、コンデンサ14からなるレベル検出・電圧発
生回路である。ここで増巾器10はバツフアアン
プであり、この出力はダイオード12を通りコン
デンサ14を充電する。増巾器11は高入力抵抗
のバツフアアンプであり、コンデンサ14に充電
された電荷をゆつくり放電する。ダイオード13
は、増巾器11の出力電圧が温度補償回路15か
ら出力される最小基準電圧より大きくなつたとき
に導通する。また増巾器10または増巾器11の
ゲインは1以下としてレベル検出・電圧発生回路
9の出力電圧がフオト・トランジスタ5の出力電
圧の最大値より大きくならないようにしてある。
温度補償回路15はサーミスタ16、抵抗器1
7,18,19からなつている。20は、温度補
償回路15の出力(最小基準電圧)にレベル検
出・電圧発生回路9の出力を加えた電圧とフオ
ト・トランジスタ5の出力とを比較する比較器で
ある。
9 is an amplifier 10, 11, a diode 12, 1
3. A level detection/voltage generation circuit consisting of a capacitor 14. Here, the amplifier 10 is a buffer amplifier, and its output passes through a diode 12 and charges a capacitor 14. The amplifier 11 is a buffer amplifier with high input resistance, and slowly discharges the charge stored in the capacitor 14. diode 13
becomes conductive when the output voltage of the amplifier 11 becomes larger than the minimum reference voltage output from the temperature compensation circuit 15. Further, the gain of the amplifier 10 or the amplifier 11 is set to 1 or less so that the output voltage of the level detection/voltage generation circuit 9 does not exceed the maximum value of the output voltage of the photo transistor 5.
Temperature compensation circuit 15 includes a thermistor 16 and a resistor 1
It consists of 7, 18, and 19. A comparator 20 compares the output of the photo transistor 5 with the voltage obtained by adding the output of the level detection/voltage generation circuit 9 to the output (minimum reference voltage) of the temperature compensation circuit 15.

以上のように構成された本実施例の動作を説明
する。
The operation of this embodiment configured as above will be explained.

先ず受光パワーが小さいときには、比較器20
の基準電圧はサーミスタ16、低抗器17,1
8,19により決められる最小基準電圧となつて
いる。この最小基準電圧は温度に対応して、第1
図の一点鎖線のように変化する。受光パワーが大
きくなりフオト・トランジスタ5の出力が大きく
なると、コンデンサ14の電圧が上昇し増巾器1
1の出力電圧が最小基準電圧を超えるとダイオー
ド13が導通し、増巾器11の出力が抵抗器19
で最小基準電圧に加算されるため比較器20の基
準電圧が上昇する。
First, when the received light power is small, the comparator 20
The reference voltage is thermistor 16, low resistance resistor 17, 1
This is the minimum reference voltage determined by 8 and 19. This minimum reference voltage is the first
It changes as shown by the dashed line in the figure. When the received light power increases and the output of the phototransistor 5 increases, the voltage of the capacitor 14 increases and the amplifier 1
When the output voltage of amplifier 1 exceeds the minimum reference voltage, diode 13 becomes conductive, and the output of amplifier 11 is connected to resistor 19.
Since the reference voltage of the comparator 20 is added to the minimum reference voltage, the reference voltage of the comparator 20 increases.

本実施例ではフオト・トランジスタ5の出力が
大きくなるにつれて比較器20の基準電圧は連続
的に変化するのであるが、もし増巾器10を電圧
比較器とすれば離散的な変化をする。
In this embodiment, the reference voltage of the comparator 20 changes continuously as the output of the photo transistor 5 increases, but if the amplifier 10 is used as a voltage comparator, it changes discretely.

以上説明したように本考案によれば、温度変化
による光電変換素子の変換感度や暗電流の変化を
受けないので、使用温度範囲が広く、受光パワー
の変化が大きくても無調整で動作が可能であり、
簡易で生産費が低いという従来例にない著しい利
点がある。
As explained above, according to the present invention, the conversion sensitivity and dark current of the photoelectric conversion element are not affected by changes in temperature, so it can be used over a wide temperature range and can operate without adjustment even if there are large changes in received light power. and
It has the remarkable advantage of being simple and having low production costs over conventional methods.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は光電変換素子の温度特性を示した図、
第2図は光電変換素子の受光パワーに対する変化
を示した図、第3図は本考案の基本的構成を示し
たブロツク図、第4図は本考案の一実施例を示し
た回路図である。 1……光電変換素子、2,9……レベル検出・
電圧発生回路、3,15……温度補償回路、4,
20……比較器。
Figure 1 is a diagram showing the temperature characteristics of a photoelectric conversion element.
Fig. 2 is a diagram showing changes in the received light power of a photoelectric conversion element, Fig. 3 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention, and Fig. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. . 1...Photoelectric conversion element, 2, 9...Level detection/
Voltage generation circuit, 3, 15...Temperature compensation circuit, 4,
20... Comparator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 2値光信号を受信する光電変換素子と、 前記光電変換素子の出力を検出し、その出力に
応じた電圧を出力するレベル検出・電圧発生回路
と、 温度変化率が前記光電変換素子の光電変換感度
の変化率と等しい電圧であつて、かつ使用最高温
度における前記光電変換素子の暗電流値と前記使
用最高温度における最小受光パワーに対応する電
流値との相乗平均値に対応する電圧を発生する温
度補償回路と、 前記温度補償回路の出力と前記レベル検出・電
圧発生回路の出力とを加算して作られる基準電圧
と、前記光電変換素子の出力電圧とを比較する比
較器と を設けたことを特徴とする2値光信号受信装
置。
[Claims for Utility Model Registration] A photoelectric conversion element that receives a binary optical signal, a level detection/voltage generation circuit that detects the output of the photoelectric conversion element and outputs a voltage according to the output, and a temperature change rate. is a voltage equal to the rate of change of the photoelectric conversion sensitivity of the photoelectric conversion element, and the geometric mean of the dark current value of the photoelectric conversion element at the maximum temperature of use and the current value corresponding to the minimum received light power at the maximum temperature of use. A temperature compensation circuit that generates a voltage corresponding to the value, and a reference voltage created by adding the output of the temperature compensation circuit and the output of the level detection/voltage generation circuit, and the output voltage of the photoelectric conversion element are compared. 1. A binary optical signal receiving device comprising: a comparator;
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