DE3607688A1 - Receiver (reception module) for an optical communications path - Google Patents
Receiver (reception module) for an optical communications pathInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Empfänger oder Empfänger baustein, auch Empfangsmodul genannt, für eine optische Nachrichtenübertragungsstrecke, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to a receiver or receiver component, also called a receiving module, for an optical Communication link, with the characteristics of The preamble of claim 1.
Im Bereich der Nachrichtenübertragung werden neben her kömmlichen Übertragungstechniken in letzter Zeit ver mehrt optische Übertragungssysteme eingesetzt, da sie sich gegenüber den herkömmlichen Übertragungsarten durch eine Vielzahl von bestechenden Vorteilen auszeichnen. Beispielsweise sind sie störfrei gegen elektromagneti sche Wellen, sie ermöglichen eine totale stromtechnische Isolation zwischen Sender und Empfänger, eine sehr hohe Bandbreite der übertragbaren Signale, eine relativ ge ringe Dämpfung und damit die Überbrückung großer Ent fernungen ohne Einschaltung von Zwischenverstärkern, was optische Nachrichtenübertragungssysteme weit weniger störanfällig als herkömmliche Systeme macht, insbesonde re wenn Digitaltechnik, beispielsweise PCM-Technik ange wandt wird.In the field of message transmission are alongside conventional transmission techniques recently ver more optical transmission systems are used because they differs from conventional transmission types are characterized by a variety of compelling advantages. For example, they are interference-free against electromagnetic cal waves, they enable total electrical engineering Isolation between transmitter and receiver, very high Bandwidth of the transmissible signals, a relatively ge rings damping and thus bridging large ent remote without the use of repeaters, what optical communication systems far less susceptible to failure than conventional systems, in particular re if digital technology, for example PCM technology turns.
Als weitere Vorteile sind zu erwähnen, daß optische Nachrichtenübertragungsstrecken relativ abhörsicher sind und - ein Punkt der immer mehr an Bedeutung gewinnt - die Leitungen metallfrei sind, das heißt eine beachtli che Einsparung des Rohstoffes Kupfer erzielt werden kann.Another advantage to be mentioned is that optical Communication links are relatively bug-proof and - a point that is becoming increasingly important - the lines are metal-free, which means a considerable amount saving of the raw material copper can be achieved can.
Als Empfänger der optischen Lichtsignale dient in der Regel ein optoelektrischer Detektor, beispielsweise in Form einer Photodiode, der am Auskopplungsende des opti schen Übertragungsmediums, meist in Form eines aus einer Glasfaser oder einem Glasfaserbündel bestehenden Licht leiters, mit dem Licht in Wechselwirkung steht. Das Ausgangssignal des Lichtdetektors muß durch einen Ein gangsverstärker des Empfängerbausteins verstärkt werden.Serves as a receiver of the optical light signals in the Usually an optoelectric detector, for example in Form of a photodiode at the decoupling end of the opti medium, usually in the form of one from one Glass fiber or a fiber optic bundle of existing light conductor with which light interacts. The Output signal of the light detector must be on amplifier of the receiver module.
Als Eingangsverstärker wären zum Beispiel sogenannte "high impedance"-Verstärker denkbar, die theoretisch eine ziemlich gute Empfindlichkeit haben; sie werden allerdings selten eingesetzt, da ihre Bandbreite zum Begrenzen des Rauschens klein gehalten wird und der Verstärker dadurch als Integrator wirkt. Dieses Verhal ten muß gegebenenfalls mit einem nachgeschalteten Equa lizer (Entzerrer) kompensiert werden.For example, so-called "high impedance" amplifier conceivable, theoretically have a fairly good sensitivity; you will be however rarely used, because their bandwidth to Limiting the noise is kept low and the Amplifier acts as an integrator. This behavior If necessary, it must be followed by a downstream Equa lizer (equalizer) can be compensated.
Dagegen haben sich sog. Transimpedanzverstärker als Eingangsverstärker besonders bewährt, deren Übertra gungsfunktion durch einen den Verstärkerausgang mit dem Eingang verbindenden Gegenkopplungswiderstand bestimmt wird.In contrast, so-called transimpedance amplifiers have become Input amplifiers especially proven, their transmission by a amplifier output with the Input negative feedback resistor determined becomes.
Da sich in einer optischen Nachrichtenübertragungs strecke die auf den Lichtdetektor einfallende optische Leistung je nach Länge der Lichtwellenleiter-Strecken um bis zu 40 dB ändern kann, ist es wünschenswert, Emp fangsmodule zur Verfügung zu haben, deren Dynamikbereich ca. 80 dB beträgt. Ein derartiger Empfängerbaustein besäße den wesentlichen Vorteil, daß er - ohne weitere schaltungstechnische oder optische Zusatzmaßnahmen (bei spielsweise optische Dämpfungsglieder) - an beliebigen Stellen der Nachrichtenübertragungsstrecke unabhängig von den an der jeweiligen Stelle vorliegenden, in den Empfänger einfallenden optischen Leistung eingesetzt werden könnte. Herkömmliche aktive einstellbare Wider standselemente müssen hier versagen, da zum einen deren Einstellbereich zur Gewährleistung eines Dynamikberei ches von 80 dB nicht ausreichend ist und zum anderen durch parasitäre Effekte Hochfrequenz- und Rauschverhal ten des Transimpedanzverstärkers oder "high impedance"- Verstärkers verschlechtert werden.Since the optical power incident on the light detector can change by up to 40 dB depending on the length of the optical waveguide paths in an optical transmission line, it is desirable to have receiver modules whose dynamic range is approximately 80 dB. Such a receiver module possess the significant advantage that it - may be used independently of the present at the respective position, incident on the receiver optical power at any point of the communications transmission link - without further circuitry or optical auxiliary measures (at play, optical attenuators). Conventional active adjustable resistance elements have to fail here because, on the one hand, their setting range is not sufficient to ensure a dynamic range of 80 dB and, on the other hand, high frequency and noise behavior of the transimpedance amplifier or "high impedance" amplifier are deteriorated by parasitic effects.
Es wurde bereits versucht, PIN-Dioden oder FETs als einstellbare Widerstände einzusetzen, jedoch mußte dies im wesentlichen scheitern, da beispielsweise PIN-Dioden eine hohe untere Grenzfrequenz und eine zu große parasi täre Kapazität aufweisen, um einen wirklich störfreien Betrieb zu gewährleisten. Der durch einen kapazitätsar men FET gebildete einstellbare Widerstand vermag zum einen den angestrebten Dynamikbereich des Empfängermo duls nicht zu gewährleisten, darüber hinaus bringen FETs oftmals nicht lineare Verzerrungen aufgrund einer Kenn linienverkrümmung mit sich.Attempts have already been made to use PIN diodes or FETs adjustable resistors, but this had to be done essentially fail because, for example, PIN diodes a high lower cutoff frequency and a too large parasi tary capacity to have a really trouble-free To ensure operation. The one by a capacity ar adjustable resistance formed by FET is capable of the desired dynamic range of the receiver mo duls not guarantee, moreover, bring FETs often non-linear distortions due to a characteristic line curvature with itself.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Empfän ger der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu ver bessern, daß er auf einfache Weise und ohne Rücksicht auf vorliegende Signalintensität an beliebigen Stellen von optischen Nachrichtenübertragungssystemen eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnend en Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Wei terbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention has for its object a recipient ger of the type described above ver better that he is simple and without regard for existing signal intensity at any point used by optical communication systems can be. This task is characterized by the Features of claim 1 solved, advantageous Wei Further training results from the subclaims.
Erfindungstragend ist der Einsatz eines als lichtemp findliches Bauteil ausgebildetem Rückkopplungs- oder parallelen Eingangswiderstandes, dessen Widerstandswert durch Zuführung regelbarer Lichtintensität manuell oder automatisch einstellbar ist, wobei insbesondere ein kapazitätsarmer und hochfrequenztauglicher Photowider stand verwendet werden soll. Durch die "optische" und damit potentialfreie Einwirkungsmöglichkeit auf den Photowiderstand und damit auf die Verstärkung wird zu nächst die Einspeisung von Störungen in dem Empfänger vermieden. Vorteilhaft wirkt sich weiter die gerade Kennlinie und der extrem große Einstellbereich des Pho towiderstandes aus. Die Regelung des Verstärkungsgrades erfolgt - wie oben bereits angemerkt - potentialfrei, so daß die Einstreuung potentialgebundener Störungen aus geschlossen ist. Damit reduziert sich die Fehleranfäl ligkeit von Zwischenverstärkern ganz erheblich, so daß die Verfügbarkeit der optischen Nachrichtenübertragungs strecke weiter gesteigert werden kann.Invention-bearing is the use of a light temp sensitive component formed feedback or parallel input resistance, its resistance value by supplying adjustable light intensity manually or is automatically adjustable, in particular a low-capacity and high-frequency compatible photowider stand should be used. Through the "optical" and thus potential-free influence on the Photoresistance and thus the gain will increase next the feeding of disturbances in the receiver avoided. This has a further advantageous effect Characteristic curve and the extremely large adjustment range of the Pho resistance. The regulation of the degree of amplification is - as already noted above - potential-free, see above that the interference from potential interference closed is. This reduces the number of errors Liability of repeaters quite significantly, so that the availability of optical communications distance can be further increased.
Vorteilhafterweise ist im Strahlungsempfangsbereich des lichtempfindlichen Bauteils, nämlich des Photowiderstan des eine geregelte elektrische Lichtquelle zur Einstel lung des Widerstandswertes angeordnet. Diese kann durch eine Regelungsvorrichtung versorgt werden, die als ge schlossener Regelkreis ausgebildet ist und abhängig von der Ausgangsspannung des Vorverstärkers arbeitet. Bei spielsweise kann die Ausgangsspannung des Verstärkers dadurch konstant geregelt werden. Es ist aber auch mög lich, eine Regelungsvorrichtung vorzusehen, die direkt auf die auf den optoelektrischen Lichtdetektor, nämlich die Photodiode einfallende Strahlungsintensität rea giert. Allerdings ist diese zweite Lösung insofern nach teilig, als optische Nachrichtenübertragungssysteme in der Regel bis hin zur Rauschgrenze betrieben werden und somit eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehen den Lichtintensität zur Signalübertragung anzustreben ist, so daß eine Auskopplung eines Lichtanteils zu Re gelungszwecken meist ausscheiden muß.Advantageously, in the radiation receiving area photosensitive component, namely the photoresistor of a regulated electric light source for setting arranged the resistance value. This can be done by a control device can be supplied as ge closed loop is formed and dependent on the output voltage of the preamplifier works. At for example, the output voltage of the amplifier thereby be regulated constantly. But it is also possible Lich to provide a control device that directly on the on the optoelectric light detector, namely the incident radiation intensity rea yaws. However, this second solution is so far part, as optical communication systems in generally operated up to the noise limit and thus an optimal use of the available to strive for light intensity for signal transmission is, so that a coupling of a light portion to Re usually must be eliminated.
Besonders vorteilhaft wirkt sich eine Kennlinienkompen sation gemäß Anspruch 8 aus, da dann die optoelektri schen Bauelemente keine Regelungsfluktuationen bewirken. A characteristic curve component has a particularly advantageous effect tion according to claim 8, since then the optoelectri components do not cause fluctuations in regulation.
Vorteilhafterweise sind der Transimpedanzverstärker oder "high impedance"-Verstärker, der Lichtdetektor, das lichtempfindliche Bauteil, die Lichtquelle sowie die elektronischen Bauteile der Regelung in einem gemeinsa men Gehäuse angeordnet. Dieses kann zwei lichtdicht gegeneinander abgetrennte Kammern aufweisen, deren erste wenigstens den Lichtdetektor, nämlich die an den Licht leiter angekoppelte Photodiode enthält, und deren zweite wenigstens das lichtempfindliche Bauteil, nämlich den Photowiderstand sowie die geregelte elektrische Licht quelle enthält. Dadurch ist eine gegenseitige Beeinflus sung der beiden Lichtquellen ausgeschlossen.The transimpedance amplifier or are advantageously "high impedance" amplifier, the light detector, the photosensitive component, the light source and the electronic components of the scheme in a common men housing arranged. This can be two light-tight have mutually separated chambers, the first at least the light detector, namely that of the light contains coupled photodiode, and the second at least the photosensitive component, namely the Photoresistor as well as the regulated electric light source contains. This is a mutual influence solution of the two light sources excluded.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der sich automatisch regelnde Verstärkungsgrad auf einer Anzeigevorrichtung anzeigbar ist oder als Ausgangssignal an einem Meßaus gang anliegt. Dann kann das Empfangsmodul sogleich als Meßdetektor verwendet werden, um die optische Güte eines Nachrichtenübertragungsstreckenabschnittes zu überprü fen.It is also advantageous if the automatically regulating gain on a display device can be displayed or as an output signal at a measuring output gear is present. Then the receiving module can immediately as Measurement detector used to determine the optical quality of a Check the transmission link section fen.
Da es sein kann, daß sich bei Einstellung der Verstär kung auch der Frequenzgang des Empfängers verändert, kann es vorteilhaft sein, wenn die Regelung eine equali zerartige Vorrichtung umfaßt, die bei Nachregelung des Verstärkungsgrades eine selektive Beeinflussung, bei spielsweise eine Konstantregelung oder selektive Anhe bung oder Absenkung des Frequenzganges des Verstärkers vornimmt.Since it may be that the gain the frequency response of the receiver also changes, it can be advantageous if the scheme is an equali zerike device includes the readjustment of the Gain a selective influence, at for example a constant control or selective approach Exercise or lower the frequency response of the amplifier makes.
Die Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen: The invention is based on two exemplary embodiments in the drawing figures explained in more detail. These show:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild mit angedeuteten Gehäuse elementen eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung; Figure 1 is a schematic diagram with indicated housing elements of a first embodiment of the invention.
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild mit angedeuteten Gehäuse elementen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 is a block diagram with indicated housing elements according to a second embodiment of the invention.
In Fig. 1 weist der insgesamt als 1 bezeichnete Empfän ger für eine optische Nachrichtenübertragungsstrecke einen als Transimpedanzverstärker 2 ausgebildeten Ein gangsverstärker auf, dessen Übertragungsfunktion durch einen den Verstärkerausgang 3 mit dem invertierenden Eingang 4 verbindenden Gegenkopplungswiderstand bestimmt wird, der als kapazitätsarmer und hochfrequenztauglicher Photowiderstand 5 ausgebildet ist.In Fig. 1, the overall designated as 1 receiver for an optical communication link has a transimpedance amplifier 2 designed as an input amplifier, the transfer function of which is determined by a negative feedback resistor connecting the amplifier output 3 to the inverting input 4 , which is designed as a low-capacitance and high-frequency suitable photoresistor 5 is.
Mit dem Eingang des Verstärkers 2 steht ein als Photo diode 6 ausgebildeter optoelektrischer Lichtdetektor in Verbindung, auf den die durch das Auskopplungsende 7 des optischen Übertragungsmediums (Lichtleiter 8) ankommende Strahlung auftrifft und das Fließen eines Photostromes verursacht, der in das zu verstärkende Signal umgesetzt wird.With the input of the amplifier 2 is a trained as a photo diode 6 optoelectric light detector in connection, on which the incoming through the decoupling end 7 of the optical transmission medium (light guide 8 ) radiation and causes the flow of a photocurrent which is converted into the signal to be amplified .
Im Strahlungsempfangsbereich des Photowiderstandes 5 ist eine geregelte elektrische Lichtquelle 9 zur Einstellung des Widerstandswertes des Photowiderstandes 5 angeord net, die über eine als geschlossener Regelkreis ausge bildete Regelung 10 betrieben wird, deren Regelgröße von der Ausgangsspannung U A des Verstärkers 2 abhängt. In the radiation receiving area of the photoresistor 5 , a regulated electric light source 9 for adjusting the resistance value of the photoresistor 5 is arranged, which is operated via a closed-loop control 10 , the controlled variable of which depends on the output voltage U A of the amplifier 2 .
Die Regelung 10 kann ferner zur Kompensation der Kenn linie des Photowiderstandes 5 und/oder der Photodiode 6 dem verstärkten Signal eine nicht-lineare Regelkomponen te überlagern, was durch Pfeil 11 angedeutet ist.The control 10 can also compensate for the characteristic line of the photoresistor 5 and / or the photodiode 6 overlay the amplified signal a non-linear Regelkomponen te, which is indicated by arrow 11 .
Durch die schematisch dargestellten Gehäuseelemente wird deutlich, daß der Gehäuseinnenbereich in zwei lichtdicht gegeneinander abgetrennte Kammern A und B zerfällt, deren erste die Photodiode 6 im Bereich des Auskopp lungsendes 7 des Lichtleiters 8 enthält und deren zweite Kammer B den Photowiderstand 5 sowie die geregelte Lichtquelle 9 enthält. Dies kann insbesondere dann not wendig werden, wenn eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Lichtquellen, nämlich des Lichtwellenleiterendes und der Lichtquelle zur Steuerung des Photowiderstandes sich störend auswirken sollte.The schematically illustrated housing elements make it clear that the interior of the housing breaks down into two light-tightly separated chambers A and B , the first of which contains the photodiode 6 in the region of the coupling end 7 of the light guide 8 and the second chamber B of which contains the photoresistor 5 and the regulated light source 9 contains. This can be particularly necessary if a mutual influence of the two light sources, namely the end of the optical waveguide and the light source for controlling the photoresistor, should have a disruptive effect.
Der sich automatisch regelnde Verstärkungsgrad des Ver stärkers 2 ist auf einer nicht näher dargestellten An zeigevorrichtung 12 anzeigbar oder liegt als Ausgangs signal an einem Meßausgang 13 an.The automatically regulating degree of amplification of the amplifier 2 is shown on a display device 12 (not shown) or is present as an output signal at a measurement output 13 .
Das in Fig. 2 dargestellte modifizierte Ausführungsbei spiel stimmt im wesentlichen mit dem in Fig. 1 darge stellten überein. Allerdings ist der Empfänger 23, der in einem Gehäuse 27 mit Gehäuseabschnitten C und D un tergebracht ist, ein sogenannter "high impedance ampli fier" oder hoch ohmiger Verstärker, dessen Eingang 26, der mit der Photodiode 16 verbunden ist, weiterhin mit einem parallelgeschalteten Widerstand verschaltet ist, der als Photowiderstand 20 ausgebildet ist und durch eine regelbare Lichtquelle 21 bestrahlbar ist. Die Lichtquelle 21 steht - wie beim ersten Ausführungsbei spiel - mit einer Regelung 19 in Verbindung und wird durch diese spannungsversorgt. Die Regelung 19 spricht - wie durch Pfeil 22 angedeutet ist - auf das Ausgangs signal U A des Verstärkers 17 an. Die Regelgröße der Regelung 19 ist durch eine Anzeigevorrichtung 24 und/oder einen Meßausgang 25 ablesbar oder am Gehäuse abgreifbar.The modified game Ausführungsbei shown in Fig. 2 essentially corresponds to that shown in Fig. 1 Darge. However, the receiver 23 , which is housed in a housing 27 with housing sections C and D un, a so-called "high impedance ampli fier" or high-ohmic amplifier, whose input 26 , which is connected to the photodiode 16 , continues to be connected in parallel with a resistor is connected, which is designed as a photoresistor 20 and can be irradiated by a controllable light source 21 . The light source 21 is - like in the first game Ausführungsbei - with a control 19 connected to and supplied with power by this. The control 19 speaks - as indicated by arrow 22 - on the output signal U A of the amplifier 17 . The controlled variable of the control 19 can be read off by a display device 24 and / or a measuring output 25 or can be tapped at the housing.
Claims (13)
- - Der Empfänger (1, 23) weist einen Eingangs
verstärker (Transimpedanzverstärker 2, 5;
"high impedance amplifier" = hoch ohmiger
Verstärker 17, 20) auf,
- - dessen Ubertragungsfunktion, neben in ternen Ubertragungsmerkmalen durch einen ihm zugeordneten externen Anpassungswi derstand (Gegenkopplungswiderstand 5; zum Verstärkereingang 26 parallelge schalteter Widerstand 20) einstellbar ist;
- mit dem Auskopplungsende (7, 15) des opti
schen Übertragunsgsmediums (Lichtleiter 8,
30) steht ein optoelektrischer Wandler (Pho
todiode 6, 16) in optischer Wechselwirkung,
- - dessen Ausgangssignal dem Eingang (4, 26) des Verstärkers (2, 17) zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:.
- - Der Anpassungswiderstand (Gegenkopplungs
widerstand 5; zum Verstärkereingang 26 pa
rallelgeschalteter Widerstand 20) ist als
lichtempfindliches Bauteil (Photowiderstand)
ausgebildet,
- - dessen Widerstandswert (R P) durch Zufüh rung regelbarer Lichtintensität manuell oder automatisch einstellbar ist.
- - The receiver ( 1 , 23 ) has an input amplifier (transimpedance amplifier 2, 5 ; "high impedance amplifier" = high-impedance amplifier 17, 20 ),
- - Its transmission function, in addition to the internal transmission characteristics, can be adjusted by an external adaptation resistor assigned to it (negative feedback resistor 5 ; resistor 20 connected in parallel with amplifier input 26 );
- with the decoupling end ( 7 , 15 ) of the optical transmission medium (light guides 8 , 30 ), an optoelectric converter (photodiode 6, 16 ) is in optical interaction,
- - The output signal of the input ( 4 , 26 ) of the amplifier ( 2 , 17 ) is supplied, characterized by the following features :.
- The matching resistor (negative feedback resistor 5 ; resistor 20 connected in parallel to the amplifier input 26 ) is designed as a light-sensitive component (photoresistor),
- - Its resistance value ( R P ) can be adjusted manually or automatically by adding adjustable light intensity.
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