DE3825006A1 - Empfaenger fuer optische signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger für opti­ sche Signale mit einer durch die optischen Signale be­ aufschlagbaren Empfangsdiode und einer der Empfangsdiode nachgeschalteten elektrischen Verstärkerschaltung.

Ein solcher Empfänger ist beispielsweise aus der DE 36 20 931 A1 bekannt. Bei bestimmten optischen Signal­ übertragungssystemen können Signale mit über längere Zeit­ spannen gleichbleibenden Signalpegeln auftreten, während zu anderen Zeiten Impulse mit sehr hoher Folgefrequenz übertragbar sein sollen.

Ein Empfänger für derartige Signale, die sich über ein sehr breites Frequenzband erstrecken, benötigt meist mehrere Verstärkerstufen mit entsprechenden Rückkopplungs­ zweigen, um temperatur- und bauteilabhängige Schwankungen der Verstärkerparameter zu kompensieren.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, einen Empfänger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei relativ unkompliziertem Aufbau dennoch ein Empfänger erhalten wird, der den Anforderungen, die durch eine breit­ bandige Signalverarbeitung gestellt werden, in ausreichender Weise gerecht wird.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe da­ durch, daß die Empfangsdiode nach Art einer Gegentakt­ schaltung mit ihrer Katode an den Eingang eines ersten und mit ihrer Anode an den Eingang eines zweiten Ver­ stärkerzweiges angeschlossen ist, daß der eine Verstär­ kerzweig mit einer Tiefpaß- und der andere Verstärker­ zweig mit einer Hochpaßcharakteristik mit zueinander komplementärem Amplitudengang der beiden Verstärkerzweige versehen ist und daß die beiden Verstärkerzweige aus­ gangsseitig unter Einfügung eines Invertiergliedes in einen der beiden Verstärkerzweige an einen die Ausgangs­ spannungen der beiden Verstärkerzweige addierenden Schal­ tungsteil angeschlossen sind.

Dieser Empfängeraufbau ermöglicht es vorteilhaft, für den niederfrequenten Verstärkerzweig besonders driftarme, re­ lativ aufwendige Bauelemente zu verwenden, wodurch sicher­ gestellt ist, daß auch bei lang andauernden Signalpegeln, die knapp ober- oder unterhalb der Schaltschwelle eines Komparators liegen, bezüglich der Signalauswertung keine Störungen auftreten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Verstärkerzweige als Transimpedanzverstärker ausgebildet sind und daß ein Tiefpaßglied in den Rück­ kopplungspfad des Verstärkerzweiges mit Tiefpaßcharak­ teristik eingefügt ist.

Auf diese Weise kann die Empfangsdiode (PIN-Diode) über die Verstärkerzweige mit Betriebsspannung versorgt werden, wodurch die Schaltungsauslegung weiter vereinfacht wird.

Ferner kann vorgesehen sein, daß ein Rückkopplungswider­ stand des Verstärkerzweiges mit Tiefpaßcharakteristik ein spannungsabhängiger Widerstand ist.

Diese Ausbildung des Empfängers vermindert den Verstär­ kungsgrad des Verstärkerzweiges mit Tiefpaßcharakteristik bei zunehmendem Pegel der empfangenen Signale, was zur Folge hat, daß bei der Addition der Ausgangsspannungen der beiden Verstärkerzweige die effektive Abtastschwelle stär­ ker zur Mitte des Signals hin verschoben wird, so daß die Pulsverzerrungen verkleinert werden.

Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß unter Weglassung des addierenden Schaltungsteils und ggf. des Invertier­ gliedes die Ausgänge der beiden Verstärkerzweige je für sich mit jeweils einer Komparatorschaltung verbunden sind.

Auf diese Weise wird der Verstärkerzweig mit Tiefpaß­ charakteristik vorteilhaft für eine sogenannte Link­ status-Anzeige brauchbar gemacht, während die Signal­ auswertung über den Verstärkerzweig mit Hochpaßcharak­ teristik erfolgt. Diese Ausgestaltung des Empfängers ist besonders dann sinnvoll, wenn die empfangenen Signale durchweg in höheren Frequenzbereichen liegen, wobei die Linkstatus-Anzeige jeweils das Auftreten von Signalen auf der Übertragungsstrecke meldet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von sechs Figuren noch näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 den Empfängeraufbau in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den zueinander komplementären Verstärkungsverlauf der beiden Verstärkerzweige des Empfängers in Abhängigkeit von der empfangenen Frequenz,

Fig. 3 verschiedene Signalformen, die am Empfänger auf­ treten, wenn eingangsseitig ein relativ höherfrequen­ tes Signal vorhanden ist,

Fig. 4 verschiedene Signalformen, die am Empfänger auf­ treten, wenn eingangsseitig ein relativ niederfrequen­ tes Signal vorhanden ist,

Fig. 5 die Ausbildung des Verstärkerzweiges mit Tief­ paßcharakteristik mit einem Tiefpaßglied im Rückkopp­ lungszweig des Verstärkers und

Fig. 6 eine Abwandlung des Empfängers, bei der die beiden Verstärkerzweige je für sich jeweils ausgangs­ seitig an einen Komparator angeschlossen sind.

Im einzelnen ist den Figuren zu entnehmen, daß der Empfän­ ger eine PIN-Diode 1 aufweist, deren Anode an den Eingang 2 eines ersten Verstärkerzweiges 3 und deren Katode an den Eingang 4 eines zweiten Verstärkerzweiges 5 angeschlossen ist.

Die beiden Verstärkerzweige 3, 5 wirken auf diese Weise mit der PIN-Diode 1 nach Art einer Gegentaktschaltung zusammen.

In den Verstärkerzweig 5 ist ein Tiefpaß 6 eingefügt, während in den Verstärkerzweig 3 ein Hochpaß 7 ge­ schaltet ist. Dadurch ergibt sich bei gleichem Verstär­ kungsgrad der beiden Verstärkerzweige 3, 5 der aus Fig. 2 ersichtlicher Amplitudengang bezüglich der Frequenz, wo­ bei mit 8 die Verstärkungskurve des Verstärkerzweiges 3 und mit 9 die Verstärkungskurve des Verstärkerzweiges 5 bezeich­ net ist.

Die Verstärkungsverläufe der beiden Verstärkerzweige 3, 5 sind parallel zum Frequenzverlauf zueinander komple­ mentär. Die Summenkurve der beiden Verstärkungsverläufe ergibt daher eine zum Frequenzverlauf parallele Gerade.

Die beiden Verstärkerzweige 3, 5 sind ausgangsseitig über einen addierenden Schaltungsteil 10 unter Einfügung eines Invertiergliedes 11 vorzugsweise in den ersten Verstär­ kerzweig 3 miteinander verbunden, so daß am Ausgang 12 des addierenden Schaltungsteiles 10 die Summe der Ausgangs­ spannungen der beiden Verstärkerzweige 3, 5 vorhanden ist.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, welche Signale an verschiedenen Stellen des Empfängers auftreten, wenn die PIN-Diode 1 mit relativ hoch- bzw. niederfrequenten Signalen beaufschlagt wird.

So zeigt z.B. Fig. 3 in der ersten Zeile ein relativ hoch­ frequentes an der PIN-Diode 1 wirksames Eingangssignal, die zweite Zeile, den in diesem Signal enthaltenen nie­ derfrequenten Signalanteil, der von dem Verstärkerzweig 5 verarbeitet wird, und die dritte Zeile den im Verstärker­ zweig 3 verarbeiteten Signalanteil. Die letzte Zeile von Fig. 3 zeigt schließlich die am Ausgang des addierenden Schaltungsteils 10 auftretende Summenspannung, wobei strichliert die Spannungsschwelle angedeutet ist, bei der ein Komparator 13, der mit einem seiner beiden Eingänge 14 an den Ausgang 12 des addierenden Schal­ tungsteils 10 angeschlossen ist, jeweils umschaltet.

Fig. 4 zeigt die entsprechenden Signale beim Vorliegen eines relativ niederfrequenten Eingangssignals an der PIN-Diode 1 des Empfängers.

Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß ein zur Realisierung des frequenzabhängigen Verstärkungsgrades im Verstärker­ zweig 5 erforderlicher Tiefpaß vorteilhaft im Rück­ kopplungszweig 15 der jeweils als Transimpedanzver­ stärker ausgelegten Verstärkerzweige vorgesehen werden kann. Verwendet man für den Widerstand 16 im Rückkopplungs­ zweig 15 einen spannungsabhängigen Widerstand, dessen Widerstandswert sich bei zunehmender, am Widerstand lie­ gender Spannung vermindert, so wird dadurch der maximale Verstärkungsgrad im Verstärkerzweig 5 reduziert. Dies hat zur Folge, vergleiche insbesondere dazu Fig. 3, daß die Signale des höherfrequenten Signalanteils (Zeile 3 in Fig. 3 nicht mehr so stark durch die Addition mit dem niederfrequenten Signalanteil (Zeile 2 in Fig. 3) angehoben werden. Bei gleichbleibender Spannungsschwelle am Komparator (strichlierte Linie in Zeile 4 von Fig. 3) führt dies zu einer besseren Unterdrückung von z.B. durch Rau­ schen und Pulsverzerrungen verursachter Signalstörungen.

Fig. 6 zeigt, daß an die beiden Verstärkerzweige 3, 5 ausgangsseitig jeweils ein Komparator 17, 18 angeschlos­ sen werden kann - das Invertierglied 11 und der addierende Schaltungsteil 10 werden dabei nicht benötigt - , wo­ durch der niederfrequente Anteil der Eingangssignale und der höherfrequente Anteil dieser Signale jeweils gesondert auswertbar werden. Das Ausgangssignal am Komparator 18 ist in diesem Fall als Linkstatus-An­ zeige auswertbar, während am Ausgang des Komparators 17 das Nutzsignal ansteht, jedoch ohne den jeweiligen Gleichstromanteil dieses Signals.

Claims (4)

1. Empfänger für optische Signale mit einer durch die optischen Signale beaufschlagbaren Empfangsdiode und einer der Empfangsdiode nachgeschalteten elektrischen Verstärkerschaltung, dadurch gekennzeich­ net, daß die Empfangsdiode nach Art einer Gegentakt­ schaltung mit ihrer Katode an den Eingang eines ersten und mit ihrer Anode an den Eingang eines zweiten Ver­ stärkerzweiges angeschlossen ist, daß der eine Verstär­ kerzweig mit einer Tiefpaß- und der andere Verstärker­ zweig mit einer Hochpaßcharakteristik mit zueinander komplementärem Amplitudengang der beiden Verstärkerzweige versehen ist und daß die beiden Verstärkerzweige aus­ gangsseitig unter Einfügung eines Invertiergliedes in einen der beiden Verstärkerzweige an einen die Ausgangs­ spannungen der beiden Verstärkerzweige addierenden Schal­ tungsteil angeschlossen sind.

2. Empfänger nach Anspruch 1 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkerzweige als Transimpedanzverstärker ausgebildet sind und daß ein Tiefpaßglied in den Rückkopplungspfad des Verstär­ kerzweiges mit Tiefpaßcharakteristik eingefügt ist.

3. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , da­ durch gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungswiderstand des Verstärkerzweiges mit Tief­ paßcharakteristik ein spannungsabhängiger Widerstand ist.

4. Abwandlung eines Empfängers nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Weglassung des addierenden Schaltungsteils und ggf. des Invertiergliedes die Ausgänge der beiden Verstär­ kerzweige je für sich mit jeweils einer Komparatorschaltung verbunden sind.