KR100574752B1

KR100574752B1 - 적외선신호용 데이터수신회로

Info

Publication number: KR100574752B1
Application number: KR1020007000244A
Authority: KR
Inventors: 파머라이문트; 리더헬무트
Original assignee: 에프콘 에이쥐
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2006-04-28
Also published as: KR20010021686A; CN1155174C; WO1999003218A8; US6567200B1; EP0995281B1; DE59801464D1; JP2001510294A; AT410873B; WO1999003218A1; ATE205648T1; DK0995281T3; NO20000135D0; IL133964A0; NO20000135L; CN1262827A; EP0995281A1; BR9810580A; TW417364B; AU8198298A; CA2295854A1

Abstract

본 발명은 특히 통행시스템에 사용되는 적외선신호용 데이터수신회로에 관한 것으로, 상기 데이터수신회로는 간섭신호를 억제하는 동안에 유용한 파워를 증가시키기 위하여 합산회로에 신호를 공급하는 복수의 적외선검출기(5)를 포함한다. 본 발명은 신호/잡음비를 향상시키기 위해, 각각 적외선검출기(5a,5b-5n)와 관련 분리증폭기(6a,6b-6n)를 갖는 입력회로가 제공되고, 상기 입력회로는 상기 합산회로(7)에 병렬로 연결된다.

통행시스템, 적외선신호, 데이터수신호로, 적외선검출기, 증폭기, 합산회로

Description

적외선신호용 데이터수신회로{DATA RECEPTION CIRCUIT FOR INFRARED SIGNALS}

본 발명은 간섭신호를 억압하는 동안에 유용한 파워를 증가시키도록 합산회로에 제공되는 회로를 검출하는 복수의 적외선검출기로 구성된 적외선신호용 데이터수신회로에 관한 것이다.

적외선신호용의 데이터전송기 및 데이터수신기는 프로그램 선택용이나 볼륨 조정용의 TV셋트에 이미 사용되고 있다. 또한, 길가의 통행시스템에서 발광다이오드나 레이저다이오드와 같은 반도체 광전송소자로 구성된 전송기는 적외선영역의 센티미터의 파장영역에서 무선전파 전송기 대신에 제안되고 있다. 이러한 적외선데이터 전송시스템은 다음과 같은 종류의 변조로 작동될 수 있다:

AM 진폭변조

FM 주파수변조

PSK 위상전이키잉(phase shift keying)

ASK 진폭전이키잉(amplitude shift keying)

ASK-OOSK 오프전이키잉(off shift keying)에서의 ASK

PDM 펄스폭변조

PPM 펄스위상변조

데이터수신회로에서, 게르마늄이나 실리콘 포토다이오드가 적외선검출기로 사용되어, 광(전기)전류가 증폭되고 계산된다. 이러한 데이터수신회로가 건물의 내부, 그늘 혹은 밤중과 같이 배경의 광이 거의 존재하지 않은 환경에서 사용되면, 배경광전류를 억제하는데에는 간단한 증폭기와 보상회로로도 충분할 것이다. 그러나, 배경 광전류가 증가하는 경우, 특히 수신기를 햇빛 아래에서 직접 조작하는 경우, 고 배경광전류(i.a.)가 nA영역에서 유용한 신호전류가 손실되는 고전류잡음을 발생시키기 때문에 이들 이전의 회로기술은 많은 문제를 일으키게 되어 결국 무용하게 된다.

오스트리아특허 제376 083B로부터, 적외선수신소자에서 전자기적인 간섭을 억제하는 회로가 잘 알려져 있다. 상기 특허에는 하나의 다이오드는 직렬 저항(R1)을 통해 양극 전원에 연결되어 있고 다른 하나의 다이오드는 직렬 저항을 통해 접지에 접속된 병렬접속된 2그룹의 포토다이오드가 제공된다. 한 그룹의 포토다이오드에서, 음극성의 유용한 신호가 캐패시터를 통해 차동증폭기의 하나의 입력으로 제공되는 반면에 양극성의 유용한 신호가 캐패시터를 통해 차동증폭기의 다른 입력으로 제공된다. 이러한 방법에서, 유용한 신호가 차동증폭기의 출력에 합으로 나타나는 반면에 라디오방송국 등으로부터 수신되는 간접방사는 억제된다. 수정된 실시예에서, 부가의 연상증폭기가 캐패시터와 차동증폭기(DV) 사이에 제공되는데, 트랜스임피던스(transimpedance)라 불리는 이 연산증폭기는 더 빠른 신호처리를 가능하게 한다.

또한, 미국특허 제5,355,242호에 개시된 적외선신호를 수신하는 회로에서, 도 1에 도시된 바와 같은 병렬로 연결된 2그룹의 포토다이오드가 제공된다. 유용한 신호는 변압기와 캐패시터를 통해 트랜스임피던스 증폭기로 제공되며, 변압기의 2차권선은 위상변환되어 대역통과필터를 통과한 후 트랜스임피던스 증폭기를 통해 제공되는(오스트리아특허 제376 083B와 유사하게) 음극과 양극성을 갖는 유용한 신호를 얻게 된다. 차동증폭기의 출력은 저역통과필터를 통해 다른 차동증폭기의 입력에 접속되어 있으며 잡음장벽으로 작용하는 게이트회로는 다른 차동증폭기의 출력에 접속되어 있다. 그래서, 이 회로의 유용한 신호의 합산은 각 변압기의 1차권선을 가진 병렬 연결된 포토다이오드의 연결점에서 나타난다.

잘 알려진 회로에서는 몇가지의 적외선검출기(포토다이오드)가 유용한 파워를 증가시키기 위해 서로 병렬로 접속된다면 다이오드의 병렬캐패시터 역시 증가하여 결국 스위칭 상승시간과 스위칭 감쇄시간이 증가한다는 장점이 있다.

본 발명은 짧은 스위칭 상승시간과 짧은 스위칭 감쇄시간이 실현되며, 강한 배경광에 의해 발생된 고전류잡음에도 불구하고 유용한 데이터신호/잡음비가 높은 데이터수신회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기에서 정의된 종류의 수신회로에 있어서, 상기 목적은 각각이 적외선 검출기 및 관련된 분리 증폭기를 보유하는 다수의 입력회로를 제공하고 상기 입력회로들은 합산회로에 병렬로 연결되는 본 발명에 의해 성취된다. 이러한 방법에서, 증폭기는 신호 동시적으로 작동하고 확률법칙에 따라 부분적으로 합산되고 부분적 으로 삭제되는 자발적인 잡음위상을 갖는다. 그러므로, 신호/잡음비는 사용되는 증폭기의 수에 따라 상수적으로 증가한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 합산회로의 출력은 다른 입력이 문턱값 발생기의 출력에 연결되는 비교기의 입력에 연결된다. 이러한 방법에서, AGC(automatic gain control) 증폭회로의 기능은 약한 파워의 유용한 신호가 억제되도록 시뮬레이트하거나, 혹은 길가의 통행시스템의 통행사이트에서 고파워를 가지고 전송하는 전송기가 수신되도록 하는 것이다. 몇몇의 통로와 대응하는 전송기를 갖는 통행시스템에서 이것들은 '통로선택성'의 관점에서 중요하다.

이러한 연결에서, 주증폭기가 합산회로의 출력과 문턱값 발생기의 입력 사이 뿐만 아니라 합산회로의 출력과 비교기의 하나의 입력 사이에 제공되는 것도 적당하다. 이러한 측정에 의해, 유용한 신호의 연속되는 처리에 대한 동적영역이 증가할 수 있다.

자동 문턱값 조정에 대하여, 합산회로와 주증폭기의 출력신호를 선택적으로 정류하고 평활화하는 것에 의해 문턱값 발생기가 설정된 비, 예를 들면 1:2의 설정된 비로 이 신호의 피크값과 평균값의 합을 형성하며, 이 합은 문턱값 발생기의 출력에서 문턱신호로서 전송된다.

특히 적절하고 간단하며 빠르게 반응하는 증폭기의 실시예 관점에서, 입력회로의 증폭기가 트랜지스터 증폭기인 것이 적당하다. 상기 트랜지스터는 단순한 바이폴라 트랜지스터일 것이다.

합산회로를 가능하면 간단하고 값싸게 유지하기 위해서는 합산회로가 한편으 로는 각 증폭기의 출력에 연결되고 다른 한편으로는 공통접점에 연결되는 캐패시터로 구성되는 것이 바람직하다.

트랜지스터의 에미터저항과 병렬로 연결되고 합산회로의 캐패시터가 트랜지스터의 컬렉터저항에 연결되는 포토다이오드로 적외선검출기를 형성하는 경우 입력회로를 간단하게 구성할 수 있는 실시예를 얻는다.

마지막으로, 문턱값을 형성하기 위해, 문턱값발생기가 직렬로 배열된 다이오드와 저항을 통해 접지에 연결되고 다이오드와 저항 사이의 접점이 합산회로의 공급된 출력신호의 피크값을 저장하는 캐패시터와 주증폭기가 선택적으로 연결되는 트랜지스터의 베이스에 연결되고 다른 캐패시터가 다이오드나 캐패시터에 각각 연결되어 전압분배회로를 통해 각각의 문턱값을 얻는 경우 짧은 반응시간 및 그 간단한 실현하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예에 의해 설명되지만 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래의 데이터수신회로를 나타내는 회로.

도 2는 도 1에 따른 회로에서 유용한 신호/잡음비를 나타내는 다이어그램.

도 3은 본 발명에 따른 데이터수신회로의 블록도.

도 4는 도 3에 따른 데이터수신회로의 일부분의 기능을 설명하는 다이어그램.

도 5는 본 발명에 따른 데이터수신회로의 적어도 하나의 바람직한 실시예의 일부분의 회로다이어그램.

도 1에 도시된 종래의 적외선신호용 데이터수신회로는 저항(2)을 통해 음극피드백을 가진 연산증폭기(3)의 입력에 연결된 예를 들면 하나 혹은 병렬로 연결된 몇 개의 포토다이오드(1)와 같은 적외선검출기로 구성된다. 시간 t에 따라 연산증폭기(3)의 출력(4)에 나타나는 증폭된 신호전압(Us)은 도 2에 도시되어 있다. 포토다이오드(1)에 의해 수신된 유용한 신호(Un)는 전에 언급한 바와 같이 배경광전류에 의해 발생하는 잡음전압(Ur)과는 다르다. 도 1에 도시된 부가의 포토다이오드의 병렬연결은 신호/잡음비를 향상시키는 것이 아니라 증가된 캐패시턴스에 의해 스위칭시간을 저하시킨다.

본 발명에서는 도 3에 따른 블록도에 도시된 바와 같이 몇몇의 입력회로와 몇몇의 적외선 포토다이오드(5a,5b-5n)의 배열이 특정한 방법, 즉 출력이 합산회로(7)에 공급되는 분리증폭기(6a,6b-6n)을 갖도록 이루어진다. 합산회로(7)에서의 합산신호는 문턱값 발생기(12)의 입력과 비교기(14)의 입력(13)이 연결되는 출력(10)을 갖는 주증폭기(9)에 공급되며, 비교기(14)의 다른 입력(15)은 문턱값발생기(12)의 출력(16)에 연결된다.

도 4에서, 주증폭기(9)에 의해 방출된 신호(Us)는 시간 t에 의존하여 나타난다. 강한 데이터신호(Us1)과 약한 데이터신호(Us2)는 잡음전압(Ur)에서 중복된다. 강한 데이터신호(Us1)는 예를 들면, 포토다이오드(5a,5b-5n)쪽으로 직접 향한 적외선 전송기로부터 나오는 반면에, 약한 데이터신호(Us2)는 제1적외선 전송기의 측면 으로 위치한 다른 제2적외선 전송기로부터 나오게 되어, 적은 진폭을 가진다. 문턱값발생기(12)는 (강한) 데이터신호(Us1)의 피크값(Usp)과 전체 신호(Us)의 평균값(Umw)에 따라 문턱값 전압(Usch)을 결정하여, 비교기(14)의 출력(17)에서 문턱전압(Usch)이 신호(Us)를 초과하거나 더 낮을 때 신호(Us1)에 따라 재생성된 펄스(Uk)가 발생되어 더 나은 처리를 위해 연속 데이터처리부(도면표시하지 않음)에 공급되도록 비교기(14)에 의해 문턱값 전압이 유용한 신호(Us)와 비교된다.

이러한 방법에서, 데이터신호와 억제되는 약한 데이터신호가 다른 전송기에 존재한다면, 선택적인 신호평가는 신호/잡음비를 증가하는 것에 의해 효과적으로 된다. 특히, 문턱값 전압(Usch)은 피크값(Usp)과 평균값(Umw)으로부터 약 1:2의 비로 계산된다. 이 기능에서 문턱값 발생기의 동작모드는 AGC(automatic gain control) 증폭기의 동작모드와 비교될 수 있다.

이후, 본 발명의 데이터수신회로의 특정 실시예(비교기가 없는)를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 따르면, 각각의 적외선 포토다이오드(5a,5b-5n)는 도 3에서 언급된 증폭기(6a,6b-6n)을 형성하는 npn 트랜지스터(19a,19b-19n)의 에미터저항(18a,18-18n)에 병렬로 연결된다. 모든 트랜지스터(18a,18b-18n)에 대한 베이스전압 분리기공통은 저항(20,21)에 의해 형성되며, 저항(20)은 양극전원(Uv)에 연결되고 저항(21)은 접지에 연결된다. 상기 2개의 저항(20,21)의 접점은 트랜지스터(19a,19b-19n)의 베이스전극에 연결된다. 버퍼캐패시터(22)는 접지와 전원(Uv) 사이에 제공된다. 필터링캐패시터(23)는 저항(21)과 병렬로 배열된다.

트랜지스터(19a,19b-19n)의 컬렉터는 각각 컬렉터저항(24a,24b-24n)을 통해 전원(Uv)에 연결된다. 트랜지스터(19a,19b-19n)의 각 컬렉터로부터, 각 커플링캐패시터(25a,25b-25n)가 공통접점으로 인도되고 그 결과 포토다이오드(5a,5b-5n)에 의해 전달되고 트랜지스터(19a,19b-19n)에 의해 증폭되는 신호를 위해 도 3에서 언급된 합산회로(7)로 인도되어, 잡음부분들이 접점(27)에 추계적으로(stochastically) 오버레이(overlay)되는, 즉 부분적으로 합산되고 부분적으로 삭제되는 반면에, 유용한 신호는 선형적으로 합산되고 동일한 위상위치를 갖게 되어 포토다이오드(5)의 수 n에 따라 신호/잡음비가 증가한다.

주증폭기(9)는 2개의 연속적으로 연결된 연산증폭기(27,28)로 구성되며, 하나의 증폭기(27)의 역입력(-)은 커플링캐패시터(25a,25b-25c)의 접점(26)에 연결된다. 증폭기(27)의 출력은 커플링캐패시터(29)를 통해 다른 증폭기(28)의 역입력(-)에 연결되고 증폭기(28)의 출력은 주증폭기(9)의 출력(10)을 형성한다. 증폭기(27,28)는 저항(30,31)을 통한 음피드백으로 구성되고 캐피시터(32)는 증폭기(27)의 저항(30)에 병렬로 연결된다. 2개의 증폭기(27,28)의 비역입력(+)은 트랜지스터(19a)의 베이스에 연결된다. 저항(30,31)과 캐패시터(29,32)의 근사적인 측정에 의해, 주증폭기의 더 낮은 컷오프주파수가 유용한 신호(Un)의 주파수(f0)에 선택적으로 적용될 수 있다.

도 5에서, 주증폭기(9)와 문턱값발생기(12)를 각각 형성하는 전기소자그룹은 일점쇄선에 의해 둘러 쌓여 있다.

문턱값발생기(12)의 입력(11)으로부터, 다이오드(35)와 저항(36)의 직렬배열 이 접지에 연결된다. 다이오드(35)의 캐소드와 저항(36) 사이의 접점(37)은 에미터저항(39)이 양극전원(Uv)에 연결되고 컬렉터저항(40)이 접지에 연결된 pnp 트랜지스터(38)의 베이스에 연결된다. 문턱값발생기(12)의 입력(11)과 pnp 트랜지스터(38)의 컬렉터 사이에는 2개의 저항(44,45)에 의해 형성되는 전압분배기가 배열되며, 상기 2개의 저항(44,45)의 접점(46)에서 캐패시터(47)가 접지에 연결된다. 캐패시터(48)은 트랜지스터(38)의 컬렉터로부터 접지에 연결된다. 저항(44,45)의 접점(46)은 포인트(10,11)에서 (가장 강력한) 유용한 신호(Us)의 파워가 각각 적용되는 각 경우에 생성되는 다양한 문턱값을 갖는 문턱값발생기의 출력(16)을 형성한다.

상기한 종류의 변조중에서, ASK-OOSK 변조가 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 직렬의 적외선펄스 패키지가 종래의 방법으로 적외선전송기(도면표시하지 않음)로부터 방출되고 포토다이오드(5a,5b-5n)에 의해 전기적인 펄스로 변환되어 출력(10 혹은 11)에 신호(Us)로서 나타난다.

나머지 상태에서, 즉 펄스가 나타나지 않으면, 트랜지스터(38)가 콘덴서(47)를 전원전압(Uv)의 약 절반의 전압까지 충전하는 저컬렉터 비신호전류를 운송한다. 트랜지스터(38)의 동작점은 조정되어 캐패시터(48) 역시 전원전압(Uv)의 약 절반까지 충전된다.

펄스가 나타나면, 트랜지스터(38)가 펄스폭 동안 각펄스에서 완전하게 블록킹된다, 즉, 캐패시터(47,48)가 이 기간동안 방전되고 펄스휴지기간 동안 재충전된다. 저항(36,44,45)의 값과 캐패시터(47,48)의 값을 선택하는 것에 의해, 펄스폭과 펄스유지에 따라 캐패시터(47,48)을 충전하고 방전하는 적절한 시간상수 혹은 데이터신호의 피크값(Usp)과 평균값(Umw)에 각각 대응하는 전압을 결정하는 것이 가능하게 되어, 원하는 비의 문턱값 전압(Usch)을 결정할 수 있게 된다.

몇 개의 펄스 후, 예를 들면 3개의 펄스 후에 다이오드(35)에 나타나는 전압은 데이터신호(Us)의 정류값이나 평균값(Umw)에 각각 비례하는 반면에, 캐패시터(48)에 나타나는 전압은 데이터신호(Us)의 피크값(Usp)에 비례한다. 저항(44,45)을 통하여, 양 전압값들의 각각이 공통 캐패시터(47)에서 저항(44,45) 값의 비율로 통합된다. 예를 들면, 1:2와 같은 원하는 비율을 얻기 위해, 피크값(Usp)과 평균값(Umw) 사이에서 저항(44) 값이 저항(45) 값 보다 2배 높게 되도록 선택될 것이다. 물론, 저항(44,45)을 적절하게 측정하는 것에 의해 다른 비를 얻을 수도 있으며, 2개의 저항(44,45) 대신에 포텐셔미터를 사용하여 피크값(Usp)과 선택적으로 연관되는 문턱값 전압(Usch)을 연속적으로 조정할 수 있다.

Claims

간섭신호를 억제하는 동안에 유용한 파워를 증가시키기 위하여 합산회로(7)에 신호를 공급하는 복수의 적외선검출기(5a,5b-5n)를 포함하는 적외선신호용 데이터수신회로에 있어서,

각각 적외선검출기(5a,5b-5n)와 관련 분리 트랜지스터 증폭기(19a,19b-19n)를 갖는 복수의 입력회로가 제공되고, 상기 트랜지스터 증폭기(19a,19b-19n)는 각각 에미터저항(18a,18b-18n)과 병렬로 연결된 적외선검출기인 포토다이오드와 함께 에미터 연결점에 연결되고, 상기 트랜지스터 증폭기의 컬렉터는 합산회로를 형성하기 위하여 커플링캐패시터(25a,25b-25n)를 경유하여 공통접점(26)에 연결되는 것을 특징으로 하는 적외선신호용 데이터수신회로.
제1항에 있어서, 상기 합산회로(7)의 출력(8)은 비교기(14)의 입력에 연결되고, 상기 비교기의 다른 입력(15)은 문턱값발생기(12)의 출력에 연결되며, 상기 문턱값발생기(12)의 입력(11)은 합산회로(7)의 출력(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
제2항에 있어서, 주증폭기(9)가 합산회로(7)의 출력(8)과 비교기(14)의 한 입력(13) 사이 뿐만 아니라 합산회로(7)의 출력(8)과 문턱값발생기(12)의 입력(11) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
제2항에 있어서, 상기 합산회로(7)와 상기 주증폭기(9)의 출력신호(Us)를 선택적으로 정류하고 평활화하는 것에 의해, 문턱값 발생기(12)가 상기 신호(Us)의 피크값(Usp)과 평균값(Umw)을 소정의 비율로 합산하여 문턱값발생기(12)의 출력(11)에서 문턱값신호(Usch)로 전달하는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
제3항에 있어서, 상기 합산회로(7)와 상기 주증폭기(9)의 출력신호(Us)를 선택적으로 정류하고 평활화하는 것에 의해, 문턱값 발생기(12)가 상기 신호(Us)의 피크값(Usp)과 평균값(Umw)을 소정의 비율로 합산하여 문턱값발생기(12)의 출력(11)에서 문턱값신호(Usch)로 전달하는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 합산회로(7)의 캐패시터(25a,25b-25n)는 트랜지스터(19a,19b-19n)의 컬렉터저항(24a,24-24n)에 연결되는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
제4항 또는 제5항에 있어서, 문턱값발생기(12)의 입력(11)은 직렬로 배열된 다이오드(35)와 저항(36)을 통해 접지에 연결되고 상기 다이오드(35)와 저항(36) 사이의 접점(37)은 합산회로(7) 및 주증폭기(9)의 공급된 출력신호의 피크값(Usp)을 선택적으로 저장하는 캐패시터(48)가 연결되는 트랜지스터(38)의 베이스에 연결되며, 캐패시터(47)는 각각 다이오드(35)와 캐패시터(48)에 연결되어 전압분배회로(44,45)를 통해 각각의 문턱값(Usch)을 얻는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
제6항에 있어서, 문턱값발생기(12)의 입력(11)은 직렬로 배열된 다이오드(35)와 저항(36)을 통해 접지에 연결되고 상기 다이오드(35)와 저항(36) 사이의 접점(37)은 합산회로(7) 및 주증폭기(9)의 공급된 출력신호의 피크값(Usp)을 선택적으로 저장하는 캐패시터(48)가 연결되는 트랜지스터(38)의 베이스에 연결되며, 캐패시터(47)는 각각 다이오드(35)와 캐패시터(48)에 연결되어 전압분배회로(44,45)를 통해 각각의 문턱값(Usch)을 얻는 것을 특징으로 하는 데이터수신회로.
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