PT96855A - Sistema para a transmissao sem guias de onda, bidireccional, de luz ou raios infravermelhos - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de invenção de SenSys AG, suíça, industrial e comercial com sede em Im Ziél 122, CH-8434 Kaiserstuhl, Suiça, (inventor: Marco Héck, residente na República Federal Alemã), para, "SISTEMA PARA A TRANSMISSÃO SEM GUIAS DE ONDA, BIDIRECCIO-NAL, DE LUZ OU RAIOS INFRAVERMELHOS, DE SINAIS ELECTRICOS".

DESCRIgAO

A presente invenção reféré-se a um dispositivo para a transmissão bidireccional, sem guias de onda, nas frequências da luz ou dos raios infravermelhos, de sinais eléc-tricos, quê compreende as caractérísticas indicadas no preâmbulo da reivindicação 1. É conhecida a transmissão dê sinais eléctri cos por meio de uma radiação óptica modulada; podem distinguir--se os processos seguintês: a) sistemas de telecomando A transmissão dê informação é feita, na maioria dos casos, por meio do controlo directo da saída óptica . da fonte de radiação com a função de informação digital. Exem- 1

pio: telecomando para aparelhos electrónicos dé entretenimento. Este sistema tem o inconveniente dé apenas poder transmitir-se uma única informação, no informação, no mésmo sentido e no mesmo instante. b) sistema de transmissão acústica A transmissão acústica dé infravérmélhos, por exemplo do som da televisão para um auscultador, opérado por uma pilha, é conhecida. 0 principio dé funcionamento baseia -se na modulação de frequência dé uma subportadora com a função dé informação, sendo ligada é desligada uma radiação de infravermelhos com a frequência instantânea da subportadora modulada. Porém, é necessário um contacto visual dirécto entre o emis sor e o recptor, fazendo-se a transmissão apenas num sentido. c) sistema de transmissão do som, bidirec-cional É conhecido um sistema de transmissão do som de acordo com b), no qual, para obter uma ligação bidirecci onal, é necessário o agrupamento da radiação modulada emitida por cada emissor óptico, de modo tal que a radiação emitida incide apenas no receptor da estação oposta, respectivamente, mas não no próprio receptor (jornal ELEKTOR: Dichttelefon, Maio de 1983, página 53 e seguintes é ELEKTOR: Weitbereichs-IR-Sendea/ Empfáager, Novembro dé 1987, páginas 52 e seguintés, publicações Elektor, 5133 Gangélt 1, Germany). Este sistema tem o inconveniente de as estações em comunicação uma com a outra térem de estar perfeitaménte' alinhadas uma em relação à outra.

Além disso, é possível transmitir sinais eléctricos entre dois dispositivos, na via óptica, por meio de modulação e desmodulação dé frequência dotando cada dispositivo com uma parté de emissão e uma parte dé recepção, incluindo não só a emissora como também a parte récéptora um oscilador gerador da frequência, para a modulação é a desmodulação de fre quência. Por conseguinte, e necessário utilizar ao todo quatro osciladores e quatro frequências diferentes. Assim, um tal dis- 2 1

positivo tem de ser concebido com um custo elevado.

Da patente alemã 38 32 485 é conhecido um sistema de processamento de dados que inclui um processador cen trai e uma pluralidade de terminais dé processamento de dados afastados do processador central de pelo menos alguns metros e ligados ao processador para a transmissão de dados, de acordo com o qual não só o processador como também os terminais de' pro cessamento de dados estão providos de emissoresé receptores de sinais de infravermelhos, sendo a transmissão efectuada por meio de radiação infravermelhos é cooperando o processador sucessivamente com cada um dos terminais dé processamento de dados. Por conseguinte, um tal dispositivo permite a permuta bi-direccional de informação entre a unidade central e a periferia. Porém, como é' evidente com este dispositivo não é possível a permuta bidiréccional simultânea de informação. A presente invenção baséia-se no problema de proporcionar um dispositivo do género mencionado com o qual é possível a transmissão bidiréccional substancialmente sém per turbações de sinais éléctricos entre dois dispositivos, com uma despesa rélativamenté baixa nas estruturas.

Segundo a presente invenção este problema é resolvido com um dispositivo do género mencionado na parte dé caracterização da reivindicação 1.

Segundo a presente invenção, com os dois dispositivos de' um sistema que' comunicam éntre si, o sinal eléc trico fornecido pelo recéptor óptico é misturado com a oscilação gerada no oscilador dé frequência (frequência do oscilador modulada com a função dé emissão) deste aparelho num andar de mistura, respectivaménte. Deste modo, produz-se' entre outras, uma frequência soma que consiste' na frequência do oscilador modulada com a função dé emissão e de frequência do oscilador modulada com a função dé recepção do outro dispositivo. Esta frequência soma é dépois processada, isto é, desmodulada. A função de recepção é reconhecida a partir do sinal desmodulado visto _ -3 _ que a função de emissão déste dispositivo e conhecida.

Os osciladores de frequência dos dois dispo sitivos têm frequências médias diferentes. Com apenas um osci-lador diferente por cada dispositivo não só se pode gerar a fre quência de repetição de impulsos para o emissor óptico como tam bém a frequência recebida fornecida pelo réceptor óptico pode ser transferida para a frequência intermédia bem defénida e fixa (frequência soma). A radiação transmitida diréctamente do emissor óptico para o receptor óptico do mesmo dispositivo não conduz a qualquer distorção visto que' o sinal éléctrico recebido (fraco) da estação oposta é' de qualquer modo misturado exac-tamente com esta frequência para dar a frequência soma. Esta frequência soma é depois submetida a uma désmodulação de frequência de modo qué se gera um sinal que consiste na sobreposição linear da função de informação a recébér com a função de informação a emitir, visto qué o sinal modulado em frequência do oscilador de frequência déste aparelho é usado para a formação da frequência intermédia (frequência soma).

De acordo com uma forma de realização especial da presente invenção, as frequências médias do oscilador de frequência dos dois dispositivos são variáveis, sendo possível seleccionar certas frequências bem definidas (canais). De meneira conveniente, os osciladores dos dois dispositivos têm uma pluralidade dé pares de' frequências médias associadas uma com a outra, cuja soma de frequência tém o mesmo valor bém definido e constante, respectivaménte. Por outras palavras, um dispositivo segundo a presente’ invenção apenas pode comunicar um outro dispositivo cuja frequência média do oscilador pode ser adicionada à frequência média do dispositivo associado exac tamenté para este valor bém défénido e' constante’. Por conseguin te, escolhendo as frequências médias correspondentes dos dispositivo que deve comunicar com outro dispositivo.

Em pormenor, é preferível definir dois grupos de dispositivos. Assim, os dispositivos dos sistemas devém - 4 - de preferência ser divididos em grupos I ê II, exactamente de modo tal que sempre um dispositivo do grupo I comunica com um dispositivo do grupo II. "Comunicar" significa que sê transmitem sinais eléctricos que representam sons sinais digitais, valores de medidas ou imagens móveis de' televisão entre os dois dispositivos, simultaneamente nos dois sentidos. Porém então seleccionar-se associações de frequências para determinar livre mente designações dê canais, éxactaménte de modo que um disposi tivo do grupo I comunique então e só então com um dispositivo do grupo II se sé tiver designado o mesmo canal para os dois dispositivos. Por outras palavras, a mesma coordenação entre a frequência média do oscilador de frequência a designação do canal tem de ser válida para todos os dispositivos dê um grupo.

Mas, segundo a présénté invenção, a coordenação de canais e frequências médias não é feita arbitrariamente mas sim de modo que a soma aritmética das fréquências dos grupos I e II que pertence cada uma a um canal, dá um resultado da soma constante e independente do canal. A frequência soma no andar misturador é então uma frequência conhecida e bem definida sé sé fizer a mesma selecção dé canais nos dispositivos de comunicação.

Por conseguinte, cada um dos dispositivos pode, simultaneamente, durante a emissão de reproduções sonoras sinais digitais, valores de medidas ou imagens móveis de televi_ são, receber e avaliar as emissõés de um outro dispositivo semelhante. Se operarem lado-a-lado vários dispositivos no campo de trabalho óptico, um dispositivo definido da pluralidade de dispositivos pode ser contactado por meio da selécção da frequência média, desde que o dispositivo qué se pretende contactar seja sensível a ésta frequência média seleccionada, relati-vamenté à sua parte de recepção, éspecialmente no que respeita à filtragem eléctrica. A frequência média dos osciladores de frequência é de preferência estabilizada por meio de um circuito 5

dé controlo por anel com bloqueio de fasé. Um tal circuito de controlo permite manter dé maneira muito precisa uma frequência média predeterminada, énquanto que é’ poasível fazer modificações da frequência média de curta duração, como é' necessário para a modulação de frequência. Além disso, a utilização do referido circuito de controlo com bloquéio de fase permite o aju£ tamento simples da frequência média num certo padrão dé fréquên cias (selecção do canal).

De preferencia, utilizam-se como emissores ópticos díodos de luminescência. Ocompriménto de onda da radiação emitida está apropriadaménte na gama dé 380 nm a 1 000 nm. 0 comprimento dé onda da radiação óptica não tem qualquer influência no funcionamento do sistema, podendo portanto sér livremente escolhido. A utilização de díodos de luminescência para a faixa dos infravermelhos com um comprimento dé onda de 750 nm a 1 000 nm é especialménte preférida visto que estes díodos têm um rendimento particularménte élevado devido à tecnologia dos componentes, obténdo-sé portanto um elevado fluxo dé radiação. Uma saída óptica elevada é favorável relativamente à faixa de trabalho possível da transmissão.

No que respeita a uma larga faixa de transmissão é além disso preferido controlar o fluxo dé corrente através do emissor óptico segundo uma curva de meia sinusoide. Por outras palavras, a oscilação modulada ém frequência e de forma sinusoidal gerada pelo oscilador dé frequência controla directamente a corrente através dos díodos luminescentes de modo que a corrente através dos díodos é proporcional ao valor instantânéo da alternância positiva da sinusoide do oscilador de frequência durante a alternância sinusoidal positiva. Durante a alternância sinusoidal negativa da oscilação do oscilador de frequência não deve passar qualquer corrente nos díodos lumjL nescentes. 6

Por méio deste tipo de controlo da corrente por díodos a parte da onda fundaméntal da oscilação modulada em frequência, no espectro da salda óptica emitida, tem um máximo em relação ao rendimento dos sinais dos díodos.

Pode ser vantajoso utilizar uma pluralidade de receptores ópticos num dispositivo, visto qué desse modo se obtém um alargamento do campo dé trabalho os récéptorés ópticos de barreira (fotodxodos) são especialménte' apropriados como receptores ópticos. É claro que os receptores ópticos são sensíveis relativamenté à radiação emitida pelos emisores ópticos.

Os fotodxodos com áreas fotossensívéis gran des são favoráveis visto qué se récebé mais radiação óptica a partir dos mesmos. Um aumento da área fotossensível no sentido de uma grande faixa de transmissão é possível pelo uso de vários fotodxodos em paralelo.

Como a função de informação que tem de ser emitida está presente, a mésma pode ser retirada do sinal do desmodulador de frequência, especialménte num andar de subtrac-ção, de modo que a informação recebida é obtida dé uma maneira sem perturbações. Déscréve-sé a séguir a présente invenção por meio de formas dé realização específicas, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, um diagrama dé blocos da estrutura esquemática de um dispositivo segundo a presente' invenção que tem dois dispositivos deste género; e' A fig. 2, um ésquéma dé blocos dé uma forma de realização usada na prática. 0 dispositivo representado na fig. 1 tem um filtro passa-baixo (10) que é alimentado com a função de emissão que tem de ser transmitida. Esté filtro passa-baixo limita o espectro dé frequências da função dé emissão a, por exemplo, 20 KHz. 7 >

Um oscilador de frequência (4) é modulado em frequência com este sinal com faixa dê frequências limitada. Este oscilador é estabilizado relativamente à sua frequência mé dia por um circuito de controlo com bloqueio de fase, de uma ma neira conhecida. A frequência média dé um tal oscilador pode' ser alterda para valores de frequência fixos, dé uma maneira simples e conhecida. Dé acordo com este exemplo, esta frequência média tem um valor de 2,76 MHz. Dé preferência, o desvio de frequência que pode ser obtido péla função dé emissão modula dora não deve exceder 10 KHz. A oscilação sinusoidal fornecida pelo oscilador (4) controla uma fonte dé corrente' (11), dé modo qué exci ta os díodos luminescentés com uma corrente com sinusoidais, usados como emissores ópticos. De acordo com esta forma de realização usam-se díodos luminescentes infravermelhos, cuja radia ção emitida se situa na banda de comprimentos de onda de 830nm. 0 emissor óptico (12) emite radiação óptica modulada em potência para o ambiente.

Esta radiação modulada em potência atinge o receptor óptico (1) dé um outro dispositivo similar (não representado) deste dispositivo, por exemplo através da reflexão em objectos ou também directamente. Estés dois dispositivos entre os quais os sinais são transmitidos diférém um do outro exclusivamente pela frequência média escolhida do réspectivo oscjl lador de frequência estabilizada (4). a radiação modulada em potência que incide no receptor óptico (1) do outro dispositivo (para os componentes désté dispositivo são usados os mesmos números de referencia que para os componentes dos dispositivo representado) gera aí um sinal eléctrico com a mesma frequência com que é pulsado o emissor óptico do dispositivo representado. Como receptor óptico (1) são usados vários fotodíodos que são operados ém paralelo e qué são sensíveis à radiação dé comprimento de onda de 830 nm. 8

'•^v ,J>

Jl βεκ^οϊττίτ,ζ'Λ^Ξ r.’sxa

Um filtro de banda (2) limita o sinal eléc-trico fornecido pelo recéptor óptico (1) no séu espéctro. A fré quência média de um tal filtro (2) tem por exemplo um valor de 2,6 MHz, séndo a largura de banda dé 1 MHz. As intérférências especiais devidas a radiadores de interferência fortemente modu lados (por exemplo lâmpadas fluoréscéntés) são suprimidas pelos filtros de banda (2). 0 sinal é agora misturado com a frequência modulada (com a função deste dispositivo) do oscilador de frequência (4) correspondente', num misturador (3). Este misturador (3) pode ser por exemplo um elemento multiplicador. A frequência soma resultante da frequência do oscilador (com a frequência modulada pela função de emissão deste dispositivo) e proveniente da frequência recebida qué é fornecida pelo recéptor óptico (1) através do filtro de banda (2) no misturador (3), é fornecida através de um filtro (5) a um duplicador de frequência (6). 0 filtro (5) é um filtro de banda com uma frequência fixa de 5,35 MHz.

Os dois dispositivos entre os quais são transmitidos os sinais eléctricos diferem um do outro apenas pela frequência do réspéctivo oscilador (4). As frequências são sempre escolhidas de modo tal que a soma das frequências é um valor constante bém definido. Podém encontrar-se parés dé frequências em qualquer número que satisfaçam este requisito.

Se se ajustarem pares de' frequências determinados deste modo nos osciladorés de frequência (4) dos dois dispositivos, é possível de maneira simples, com o sinal do oscilador de frequência (4) réspéctivo, não só controlar o emissor correspondente (12) através da fonte de corrente (11) como também misturar o sinal do outro dispositivo (éstação oposta) no misturador (3) de maneira exacta para obter a frequência soma.

Na presenté forma de realização, a frequência média do oscilador (4) do dispositivo representado é ajusta n

da a 2,76 MHz, enquanto que a frequência média do oscilador do outro dispositivo (não representado) é ajustada a 2,59 MHz. Se se acoplarem opticaménte os dois dispositivos, não só no misturador (3) do dispositivo representado como também no misturador (3) do dispositivo que não está representado, resulta precisa-mente a soma destas frertuências, isto é 5,35 MHz. 0 mesmo é válido para outros pares dé frequências, por éxemplo 1,89 e 3,46, 1,99 e 3,35,... 2,56 e 2,79... 2,86 e 2,49 MHz, etc. 0 duplicador de: frequência (6) é por exemplo formado como elemento multiplicador, no qual o mesmo sinal do filtro de banda (5) é fornecido às duas entradas do elemento. Proporciona-se um outro filtro de banda (7) depois do dupli cador de frequência (6) como elemento selectivo. Finalménte, um desmodulador de frequência (8) gera um sinal eléctrico que consiste na sobreposição linear da função de emissão é da função dé recepção visto que' o oscilador dé frequência (4) que é usado para a transposição da frequência do sinal recebido é modulado com a função de emissão. A função dé recepção é obtida por substrac-ção da função dé emissão do sinal do modulador de frequência (8) num circuito subtractor.

A fig. 2 representa um esquema dé blocos dé uma forma de realização usada na prática, segundo o qual os dois transmissores-receptorés (21) e (22) do dispositivo estão representados. No seguimento apenas se descreve’ o transmissor--receptor (21), visto que o transmissor-recéptor (22) tem um és quema correspondente.

Como pode vér-sé a partir da fig. 2, o tra-transmissor-receptor (21) tem um fotodíodo (23) que transforma o sinal infravermelho emitido num emissor infravermelho (36) do segundo transmissor-réceptor (22) num sinal eléctrico. 0 sinal fornecido pelo fotodíodo (23) vai alimentar um conversor dé im-pedâncias (24) e um filtro de banda (circuito sintonizado) (25) para um andar misturador (26), onde é misturado com a frequen- 10 -

cia local VCO de um oscilador controlado por tensão (23) (VCO), de modo que se obtém uma primeira frequência de 5,35 MHz. depois da amplificação por um amplificador (27), efectua-sé uma duplicação da frequência num duplicador dê frequência (28). 0 sinal é filtrado e' limitado da maneira habitual num amplificador de frequência intérmédia (29).

Um discriminador de FM (30) obtém a informação em banda básica quê, neste caso, consiste na sobreposição linear da informação transmitida pelo outro transmissor-recep-tor (22) com a informação emitida por élé próprio. Então, obtém -se a informação a receber por subtracção da própria função de£ ta mistura de sinais, num andar subtractor (31). 0 sinal a emitir e presente na entrada (37) do sinal deste transmissor-réceptor (21) é limitado a esta largura de banda num filtro passa-baixo (32). Isso é necessário para limitar a largura dé banda do espectro depois da modulação. Este sinal modula a frequência do oscilador (33) de uma ma neira conhecida. A frequência média pode sér ajustada por meio de um elemento (34) para a selécção de canais.

0 sinal dé saída (sinal VCO) do oscilador controlado por tensão (33) controla um emissor de infravermelhos (36) correspondente através de um aplificador dé potência (35). 11

Claims (5)

1. βΣ2$ΤΤΓΓΠ7ΣΓ,·'*.^τ meuaxtLi^õií.^*· REIVINDICAÇÕES - 1* - Sistema para a transmissão sém guias de onda, direccional, dé luz ou raios infravermelhos, de sinais éléc tricôs, em especial reproduções acústicas, sinais digitais, valores medidos ou imagens móveis de televisão, entre pelo menos dois dispositivos, no qual cada dispositivo tém pelo menos um emissor óptico e pelo ménos um receptor óptico, os sinais eléc-tricos a transmitir comandam um oscilador que' determina a frequência, com uma frequência média bém definida e a frequência do oscilador modulado desta maneira controla a saída óptica do emissor óptico, de modo qué a radiação modulada ém potência obtida na saída do emissor óptico para o ambiente incide directa-mente ou por reflexão ém objectos naturais ou artificiais, por dispersão ou difracção no receptor óptico, que é sensível ao comprimento de onda da radiação emitida do outro dispositivo, a radiação modulada ém potência qué incide no receptor óptico é aí transformada em sinais eléctricôs, e os sinais éléctricos que têm de ser transmitidos são recuperados por processamento dos sinais eléctricos recebidos, caractérizado por cada disposi tivo ter um único oscilador (4) qué define a frequência, cuja frequência modulada não só controla a saída do emissor óptico (12) como também é fornecida a um andar misturador (3) deste dispositivo, por os osciladores (4) dos dois dispositivos térém as mesmas frequências médias, por o sinal fornecido ao receptor óptico ser misturado com a frequência modulada do oscilador (4) deste dispositivo no andar misturador (3) e por frequência resultante da mistura da frequência recebida e da frequência modu lada do oscilador sér desmodulada por méio de um désmodulador dé frequência (8) e sendo a função dé recepção obtida a partir do sinal resultante.
2. - 2& - Sistema de acordo com a reivindicação 1, ca 12

   jgBEzsam^ racterizada por as frequências médias dos osciladores (4) serem variáveis, podendo ser seléccionados certas frequências (canais) bem défenidas.
3. - 3» - Sistema dé acordo com a reivindicação 2, ca racterizado por os osciladores que définém a frequência (4) dos dois dispositivos terem um certo número de pares de frequências médias associadas entre si, tendo a frequência soma das mesmas o mesmo valor bem definido e constante, respéctivamente.
4. - 4» - Sistema dé acordo com a reivindicação 3, ca racterizado por sé definirem dois grupos dé dispositivos pela associação de números de canais às frequências médias ajustáveis de ambos os osciladores (4), de modo qué um dispositivo do primeiro grupo comunica com um dispositivo do segundo grupo exactamente se se ajustar nos dois dispositivos o mésmo número de canal, isto é, se se associar uma primeira fréquência a uma segunda frequência com cada canal.
5. - 5& - Sistema de acordo com a reivindicação 4, ca racterizado por a associação das frequêcias médias aos números de canais correspondentes ser escolhida dé modo que a soma das frequências do primeiro grupo e do ségundo grupo que estão asso ciadas a qualquer canal, dá sempre' como resultado o valor constante e bem definido da soma. - 6a - Sistema dé acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a fréquência média dos osciladores (4) ser estabilizada por um circuito de controlo em anel com bloqueio de fase. 13 .-*•0 A y _ 7ã _ Sistema dé acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os sinais eléctricos fornecidos pelo recéptor óptico (1) serem transferidos para uma faixa de frequências favorável relativamente' ao processamento ulterior por translação de frequência e multiplicação dé frequência subsequente. - 8^ - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o sinal dé soma resultante da mistura ter uma largura dé banda limitada por um filtro de banda e ser fornecida ao desmodulador de frequência (8), e: por, num andar subsequente' de substracção (9), o sinal qué modula o oscilador de frequência (4) deste dispositivo ser subtraído do sinal do desmodulador de frequência (8). - 9i - Sistema dé acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por se usarem díodo dé luminescência como emissores ópticos (12), estando o comprimento de onda da radiação emitida no intervalo dé 380 nm a 1 000 nm. - 10» - Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por cada um dos díodos de luminescência ser controlada pelo oscilador (4) de modo tal que o fluxo de corrente através do díodo de luminescência varie’ com o témpo segundo uma curva de alternâncias sinusoidais. - 11- - Sistema de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por sé usarem como receptor óptico um ou mais receptorés ópticos de barreira (fotodíodos) 14 - com uma sensibilidade espectral na gama dé 380 nm a 1 000 nm. A requerente reivindica a prioridade do pedido de patente alemão apresentado em 22 de Féveréiro de 1990 sob ο η2. P 40 05 517.5. Lisboa, 21 de Fevereiro de 1991

   15