NO165569B - Apparat for oekning av det dynamiske omraade i en integrerende optoelektrisk mottager. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for økning av det dynamiske område i inntrinnet for en optoelektrisk mottager av integrerende type.

To vanlige forekommende optiske inngangstrinn er transimpedans trinn og integrerende trinn. Se f.eks. boken Semicon-ductor Devices for Optical Communications, H. Kressel, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980. Integrerende trinn er bedre utifrå et følsomhets synspunkt, fordi der genereres mindre støy enn i transimpedans trin-nene. Fordi integrerende trinn lett blir overstyrt, har de imidlertid dårligere dynamisk egenskaper enn transimpedans trinn.

For å oppnå høy følsomhet i en mottager med et integrerende inngangstrinn, søker man å oppnå en lav kapasitet på forsterkerinngangen. Lave kapasitanser bevirker en høy spenning på forsterkerinngangen, fordi inngangssignalet er integrert. Inngangstrinnet kan derfor være overstyrt allerede ved et moderat nivå av inngangssignalet. Et integrerende trinn er meget følsomt hva angår overstyring, fordi signalinformasjo-nen ligger i derivate av det integrerte signal.

Forsøk på å koble inn ekstra kapasitans elektrisk og for-sterke inngangen for økning av det dynamiske område, resulterer i en forringet følsomhet, p.g.a. uungåelige strøkapasitanser i apparatet som brukes for koblingen.

Hensikten med oppfinnelsen er å oppnå et integrerende inngangstrinn med øket dynamisk område og bibeholde følsom-heten, slik at både sterke og svake innsignaler kan detek-teres på riktig måte. Problemet ble løst ved hjelp av en spesiell tilbakekobling.

Et apparat i henhold til oppfinnelsen er således karakterisert ved det som fremgår av de vedføyde krav.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli omtalt mer detaljert med henvisning til den vedføyde tegning og figur 1 viser et koblingsskjerna over et vanlig integrerende inntrinn, og figur 2 viser et integrerende inntrinn forbedret i henhold til forbindelsen.

Ved det kjente inntrinn i henhold til figur 1 , er en optoelektrisk omformer D, f.eks. en fotodiode, og en motstand R med høy resistans forbundet i serie i en tilførselskrets mellom en spenningskilde V og jord. Inngangen til en høy-impedansforsterker F1 med forsterkning -A1 er forbundet med et kommunikasjonspunkt p mellom fotodioden D og motstanden R. C,j og Ci er kapasitanser som uungåelig er knyttet til henholdsvis fotodioden D og forsterkeren F1, idet disse kapasitanser resulterer i en integrasjon. Forsterkeren F1 fremskaffer et signal som utgjør trinnets utgangssignal.

Når der faller lys L på fotodioden D, vil en strøm som er proporsjonel med lysstyrken, bli fremskaffet, idet denne strøm utgjør det elektriske innsignal til trinnet. Motstanden R gir fotodioden D et arbeidspunkt. Motstanden velges så høy som mulig, noe som gir lite termisk støy og lav nedre grensefrekvens. Imidlertid har trinnet en dårlig dynamikk-egenskap fordi det p.g.a. lav kapasitans lett vil bli overstyrt ved integrering.

Overføringsfunksjonen for trinnet kan skrives:

Hvor s angir Laplace-variabelen.

Det forbedrede inngangstrinn som er vist på fig. 2, skiller seg fra det ifølge den kjente teknikk ved bruken av en til-bakekoblingskrets F2 med overføringsfunksjonen A2 forbundet mellom utgangstrinnet og den pol av fotodioden D som vender bort fra inngangen til forsterkeren F1. Kretsen F2 er vist som en styrbar forsterker, men kan også være en styrbar spenningsdel. Forsterkningen kan reguleres kontinuerlig eller trinnvis, og blir kontrollert ved hjelp av utsignalet fra en giver G, idet utgangssignalet er proporsjonalt med lysstyrken og giveren er forbundet i tilførselskretsen mellom motstanden R og jord. Giveren kan også være forbundet med andre steder i inngangstrinnet hvor den fremskaffer et signal proparsjonalt med lysstyrken, dvs. et annet sted ved tilførselskretsen eller etter forsterkeren F1.

I praksis skal også en motstand være tilsluttet i serie med spenningskilden V, nemlig mellom denne og den pol hos fotodioden D som vender bort fra inngangen til forsterkeren F1. Med en slik motstand vil man unngå at denne pol hos fotodioden blir signalmessig jordet.

Tilbakekoblingsforsterkningen blir således variert proporsjonalt med det optiske inngangssignal. Den effektive inte-gratorkapasitans blir derved økt fra C^+C^ til C^+C^

(1+A1xA2). Det skyldes, i henhold til Miller's teorem, at en impedans som er innlemmet i tilbakekoblingen for en forsterker, blir sett på som en impedans som er 1/(A+1) ganger så stor på inngangen til forsterkeren, idet A utgjør den inver-terende spenningsforsterker.

Ved hjelp av den omtalte tilbakekobling blir verdien av den effektive kapasitans over fotodioden D økt betydelig mens den reelle verdi forblir uendret.

Overførinsfunksjonen for det forbedrede trinn kan skrives:

Ved lave lysstyrker blir A2 regulert til en neglisjerbar verdi, idet overføringsfunksjonen for trinnet således vil stemme overens med det motsvarende i et vanlig trinn. For sterke lysstyrker oppnår man imidlertid en betydelig høyere effektiv kapasitans for'"""således å øke det dynamiske område for trinnet betydelig. På den annen side vil frekvensegen-skapene for trinnet ikke endre seg innenfor det anvendelige frekvensområde.

Claims (3)

1 . Apparat for å øke det dynamiske område i en integrerende optoelektrisk mottager, innebefattende en optoelektrisk omformer (D) som er innebefattet i en elektrisk til-førselsekrets hvor spenningstilstanden ved et punkt (p) som er forbundet til den ene pol av omformeren, varierer som reaksjon på lysstyrken, og til hvilket punkt der er forbundet inngangen til en forsterker (F1), hvilket utgangssignal utgjør utsignalet fra mottageren, idet uungåelige kapasitanser (Cfl, C^) som er knyttet til komponentene (D, F1) i mottageren blir utnyttet for integreringen, karakterisert ved at en tilbakekoblingsbane som inneholder et styrbart spenningsreguleringsorgan (F2), f.eks. en forsterker eller en spenningsdeler, er forbundet mellom utgangen fra forsterkeren (F1) og den pol for den optoelektriske omformer (D) som vender bort fra nevnte punkt (p) i den elektriske tilførselskrets, idet spenningsreguler-ingsorganet (F2) blir styrt av en giver (G) hvis utgangssignal varierer som reaksjon på lysstyrken.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at spenningregulerings-organet er kontinuerlig styrbart.

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at spenningsregulerings-organet er trinnvis styrbart.