DE3212733C2 - - Google Patents
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
- H04B10/691—Arrangements for optimizing the photodetector in the receiver
- H04B10/6911—Photodiode bias control, e.g. for compensating temperature variations
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Description
Die Erfindung geht aus von einem optischen Empfänger zum Emp
fang von optischen Signalen von einer optischen Nachrichten
übertragungsstrecke mit einer in Sperrichtung vorgespann
ten PIN-Diode, auf die die empfangenen optischen Signale
auftreffen und die einen von den empfangenen optischen
Signalen abhängigen Photostrom erzeugt, mit einem der
PIN-Diode nachgeschalteten Lastwiderstand und mit einem
Spannungsverstärker zur Verstärkung der am Lastwiderstand
erzeugten Signalspannung.
Ein derartiger optischer Empfänger ist bekannt aus dem Buch
"Optoelektronik Bauelemente der Halbleiter-Optoelektronik"
von J. U. Fischbach u. a., Kontakt und Studium Bd. 16,
Lexika-Verlag 7031 Grafenau 1/Württ., 1977, Seite 216.
Wenn ein optischer Empfänger eine hohe Ansprechempfind
lichkeit auf optische Eingangssignale haben soll, wenn er
also mit der kleinsten möglichen Eingangsleistung arbeiten
soll, so daß auf der Übertragungsstrecke eine maximale
Dämpfung hingenommen werden kann, so muß der Lastwider
stand einen hohen Wert haben. Mit größerem Wert des Last
widerstands vergrößert sich nämlich die an ihm erzeugte
Signalspannung bei einem gegebenen Photostrom. Gleich
zeitig vergrößert sich die durch den Lastwiderstand er
zeugte effektive thermische Rauschspannung mit der Quad
ratwurzel des Widerstandwertes. Daher wird das Verhältnis
vom Signal zum widerstandsbedingten Rauschen maximal,
wenn man den Widerstand groß macht. Unglücklicherweise
verringert sich aber durch einen derart großen Widerstand
die maximale optische Eingangsleistung, die für eine zu
friedenstellende Arbeitsweise des Empfängers zulässig ist,
d. h. der Dynamikbereich des optischen Empfängers wird
verkleinert. Dies ist dadurch bedingt, daß die Spannung am
Lastwiderstand gleich dem Produkt des Photostroms und des
Widerstandswerts dieses Widerstands ist und daß entweder
die Photodiode oder der Verstärker in die Sättigung gerät,
wenn diese Spannung am Lastwiderstand sich der Versorgungs
spannung nähert. Ein großer Dynamikbereich ist besonders
wichtig bei Systemen, die bei stark unterschiedlichen op
tischen Verlusten arbeiten müssen, beispielsweise bei
unterschiedlichen Längen von faseroptischen Nachrichten
Übertragungsstrecken.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen optischen Empfänger
anzugeben, dessen Dynamikbereich gegenüber dem eingangs
genannten bekannten optischen Empfänger verbessert ist.
Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch angegeben gelöst.
Anhand der Zeichnungen wird nun der Stand der Technik und
die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:.
Fig. 1 einen optischen Empfänger der eingangs genannten
bekannten Art und
Fig. 2 einen optischen Empfänger gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine optische Nachrichtenübertragungsstrecke
schematisch dargestellt. Diese besteht aus einem optischen
Sender 1, zum Beispiel einer lichtemittierenden Diode oder
einer Laserdiode, einer Übertragungsstrecke in Form einer
optischen Faser 2 und einer Photodiode 3, üblicherweise
einer PIN-Diode. Diese Diode erzeugt abhängig vom Licht,
das sie von der Übertragungsstrecke 2 empfängt, einen
Photostrom, der durch den Lastwiderstand 4 fließt. Die
erste Stufe 5 eines zweistufigen Verstärkers ist mit dem
Verbindungspunkt der Diode 3 und des Lastwiderstands 4
verbunden.
Der Hauptunterschied zwischen dem neuen optischen Empfänger
und dem nach Fig. 1 besteht darin, daß der Lastwiderstand
4 durch eine in Durchlaßrichtung vorgespannte PIN-Diode 7
ersetzt ist. Diese PIN-Diode begrenzt den Spannungshub
am Verstärkereingang und hat die Eigenschaft, daß bei
Frequenzen, die größer als der Kehrwert der Lebensdauer
der Minoritätsträger sind, ihr Widerstand im wesentlichen
linear und umgekehrt proportional zum durchschnittlich
durchfließenden Strom ist. Daher verhält sich die PIN-Diode
7 bei hohen Frequenzen, beispielsweise hei Datenübertra
gungsgeschwindigkeiten über 10 Mbit/s, wie ein Lastwider
stand, dessen Widerstandswert automatisch abfällt, wenn
die empfangene optische Leistung ansteigt. Dadurch wird
einer Sättigung am Empfängereingang vorgebeugt und der
Dynamikbereich des optischen Empfängers erheblich erweitert.
Eine weitere günstige Eigenschaft der PIN-Diode für diesen
Anwendungsfall ist ihre sehr geringe Eigenkapazität bei der
Vorspannung 0.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es in manchen
Fällen möglich ist, den gleichen Diodentyp für die Dioden
3 (Vorspannung in Sperrichtung) und 7 (Vorspannung in
Durchlaßrichtung) zu verwenden.
Der gezeigte optische Empfänger weist zwischen den beiden
Verstärkerstufen 5 und 8 eine variable Ausgleichsschaltung
auf, die einen Feldeffekttransistor 9 enthält, der über
einen Kopplungskondensator 10 geschaltet ist. Dieser Feld
effekttransistor 9 wird von einer Ausgleichssteuerung 11
gesteuert, die nach Art einer Rückkopplung mit dem Ausgang
des Verstärkers 8 verbunden ist. Diese Ausgleichschaltung
bewirkt eine weitere Kompensation von Schwankungen der
Leitungsverluste.
Claims (2)
1. Optischer Empfänger zu Empfang von optischen Signalen von
einer optischen Nachrichtenübertragungsstrecke, mit einer in
Sperrichtung vorgespannten PIN-Diode, auf die die empfangenen
optischen Signale auftreffen und die einen von den empfangenen
optischen Signalen abhängigen Photostrom erzeugt, mit einem der
PIN-Diode nachgeschalteten Lastwiderstand und mit einem
Spannungsverstärker zur Verstärkung der am Lastwiderstand
erzeugten Signalspannung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand
eine in Durchlaßrichtung vorgespannte PIN-Diode (7) ist.
2. Optischer Empfänger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsver
stärker zwei Stufen (5, 8) und eine Ausgleichschaltung (9, 11)
umfaßt, die einen Feldeffekttransistor (9) und eine Rückkopp
lungs-Ausgleichssteuerung (11) aufweist, wobei die Ausgleichs
steuerung (11) zwischen dem Ausgang der zweiten Verstärkerstufe
(8) und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (9) ein
geschaltet ist, der längs eines Kopplungskondensators (10)
zwischen den beiden Verstärkerstufen (5, 8) angeschaltet ist.
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