DE3212733C2 - - Google Patents

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.