NL8005153A - Inrichting voor het moduleren van het uitgangssignaal van een omzetter, bijvoorbeeld een electro-optische omzetter. - Google Patents

Description

ï * ** Ί Λ ΡΗΝ 9845 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het moduleren van het uitgangssignaal van een omzetter, bijvoorbeeld een electro-optische omzetter.

De uitvinding heeft betrekking cp een inrichting voor het moduleren van het uitgangssignaal van een omzetter van electrische signalen in andere signalen, bijvoorbeeld van een electro-optische omzetter zoals een halfgeleiderlaserdiode, met een analoog signaal, welke inrichting is 5 voorzien van een optische tegenkoppeling waarin de omzetter is opgenomen.

Een dergelijke inrichting is o.a. bekend uit de Proceedings,

First ECOC, Londen 1975, pp 185-187. De hierbij voorgestelde optische tegenkoppeling is noodzakelijkerwijs beperkt tot een kleine frequentie-bandbreedte en/of een lage lusversterking wegens de kans op instabiliteiten 10' van de tegenkoppellus als gevolg van de daarin optredende vertragingen en fasedraaiingen.

De uitvinding beoogt een lineaire modulatie van het uitgangssignaal van de omzetter alsmede een hoge signaalruisverhouding van het gemoduleerde uitgangssignaal te realiseren.

10 Dit doel wordt volgens de uitvinding daardoor bereikt, dat het analoge signaal wordt toegevoerd aan een verschilvormer waarvan het uitgangssignaal een begrenzer bestuurt, welke begrenzer een tweewaardig uitgangssignaal levert voor het besturen van de genoemde omzetter, dat middelen aanwezig zijn voor het demoduleren van een deel van het uit-20 gangssignaal van de omzetter voor het verschaffen van een terugkoppel-signaal en middelen voor het toevoeren van het terugkoppelsignaal aan de verschilvormer waarin het terugkoppelsignaal van het analoge signaal wordt afgetrokken, een en ander zodanig, dat een zelfoscillatie ontstaat met een van het analoge signaal afhankelijke modulatie van de pulsbreedte 25 en/of pulsdichtheid van het irrpulsvormige uitgangssignaal van de begrenzer.

Cp deze wijze worden de in het gemoduleerde uitgangssignaal aanwezige niet-lineaire vervormingsprcdukten van het modulerende analoge signaal, welke het gevolg zijn van een niet-lineaire conversiekarakteris-tiek van de omzetter en/of van de niet-lineariteit in de schakelvertra-30 ging van de omzetter, en de ruis en de signaalafhankelijke pulsamplitude-variaties welke aan de uitgang van de omzetter ontstaan voor een belangrijk deel gecompenseerd door een momentane aanpassing van de pulsbreedte/ pulsperiode verhouding van het uitgangssignaal van de begrenzer.

80 0 5 15 3 r * PHN 9845 2

Er dient te worden opgemerkt dat onder de benaming rechthoek-golfmodulatie (rectangular wave modulation), o.a. uit Electronics Letters, January 1966, Vol 2, No. 1, pp 7-9 een mcdulatiesysteem bekend is, waarbij het informatiesignaal aan een verschilvormer wordt toegevoerd, waarvan 5 het uitgangssignaal een begrenzer bestuurt, waarbij middelen aanwezig zijn voor het toevoeren van een deel van het uitgangssginaal van de begrenzer aan de verschilvormer, een en ander zodanig, dat een zelfoscillatie ontstaat met een van het informatiesignaal. afhankelijke modulatie van de pulsdichtheid en de pulsbreedte van het ïmpulsvormige uitgangssignaal van 10 de begrenzer.

Bij de toepassing van deze bekende inrichting als stuurinrichting voor een electro-qptische omzetter worden echter de variaties in het gemoduleerde optische uitgangssignaal welke een gevolg zijn van de schakel vertraging van de omzetter en de signaalafhankelijke amplitude variaties van 15 het uitgangssignaal van de omzetter niet vermindert en wordt ook de uit-gangsruis niet gereduceerd.

Voorts is het uit Proceedings, Fourth ECOC, Genova 1978, pp. 656-663 op zich bekend cm de stroom door de halfgeleiderlaserdiode door een combinatie van pulsdichtheidmodulatie en pulsbreedtemodulatie te modu-20 leren voor toepassing in een transmissiesysteem waarin nagenoeg alleen de basisband van het optische signaal wordt overgebracht.

De uitvinding zal aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont een blokdiagram van een inrichting volgens de uit- 25 vinding.

Figuur 2 toont het spectrum van een gedemoduleerd optisch signaal met en zonder toepassing van de uitvinding.

Figuur 3 toont een uitbreiding van het blokdiagram volgens Figuur 1 met voorzieningen ter beveiliging van de laserdiode.

30 De modulatie-inrichting volgens Figuur 1 bevat een halfgeleider- diodelaser 1, welke is gekoppeld met een optische fiber 2 en een fotoge-voelige detector 3.

Aan signaal ingang 4 wordt een analoog signaal toegevoerd, bijvoorbeeld in dit geval een televisie videosignaal. Dit signaal wordt in 35 een klemschakeling 5 qp een vast synchronisatieimpulsniveau gekierd. Het uitgangssignaal van de klemschakeling 5 wordt toegevoerd aan een verschilvormer 6, waarin een tegenkoppelsignaal van het videosignaal wordt afgetrokken. Het uitgangssignaal van de verschilvormer 6 bestuurt een tweezij- 80 0 5 15 3 - ♦ PHN 9845 3 dige begrenzer 7, welke een tweewaaridg uitgangssignaal levert waarvan de waarde afhankelijk is van de polariteit van het ingangssignaal ten opzichte van een discriminatieniveau.

Het tweewaardige uitgangssignaal van de begrenzer 7 bestuurt 5 een instelbare stroombron 8 voor de signaalstroom Is, welke aan de halfge-leiderlaserdiode 1 wordt toegevoerd.

De fotogevoelige diode 3 is verbonden met de ingang van een breed-bandversterker 9, Op de uitgang hiervan is een piekwaardedetector 10 aangesloten, waarvan het uitgangssignaal een maat is voor het optische piék-10 vermogen van de laserdiode 1. Dit uitgangssignaal wordt toegevoerd aan de inverterende ingang van een verschilspanningsversterker 11. Aan de niet-inverterende ingang hiervan wordt een referentiespanning Vref toegevoerd, welke een maat is voor het gewenste optische piekvermogen. Het uitgangssignaal van versterker 11 bestuurt een instelbare stroombron 12 voor 15 de instelstroom Ib, welke aan de laserdiode 1 wordt toegevoerd. Door deze sturing wordt het optische piekvermogen geregeld naar een gewenste waarde door regeling van de instelstroom Ib.

De uitgang van versterker 9 is door een integrator 13 op de verschilvormer 6 aangesloten. Hierdoor wordt een tegenkqppellus gesloten 20 omvattende de schakelingelementen 6-7-8-1-3-9-13-6.

Deze tegenkoppellus heeft een grote bandbreedte en een grote versterking voor het realiseren van een grote tegenkoppelfactor in een breed frequentiegebied.

Aan de uitgang van de integrator 13 zal een replica ontstaan 25 van het analoge ingangssignaal en ieder verschil met het analoge ingangssignaal zal een verandering bewerkstelligen in de pulsbreedte/pulsperiode verhouding van het inpulsvormige uitgangssignaal van de begrenzer 7, waardoor het verschil wordt gereduceerd.

De tegenkoppellus heeft een zodanige bandbreedte en een zodanig 30 hoge versterking, dat zelfoscillatie ontstaat op een hoge frequentie. In een praktijk geval voor een signaalfreguentieband tot 6 MHz oscilleerde de tegenkoppellus zonder ingangssignaal bij een frequentie van 25 MHz.

Door het ingangssignaal wordt zowel de pulsdichtheid als de pulsbreedte van het uitgangssignaal van begrenzer 7 gemoduleerd. In een praktijk geval 35 varieerde de pulsherhalingsfrequentie tussen 15 MHz en 25 MHz. Deze gecombineerde modulatie levert een frequentie spectrum op, waarin de basisfre-quentieband van het analoge signaal een relatief sterk vermogen heeft, zodat dit systeem zeer geschikt is voor transmissie over een fiber met een 8005153 PHN 9845 4 relatief geringe bandbreedte zoals een "step-index" fiber.

Door de tegenkoppeling van bet basisbandsignaal worden grote voordelen bereikt met betrekking tot de lineariteit van de modulatie en de onderdrukking van de ruis, in het bijzonder van de ruis die ontstaat 5 in het optische uitgangssignaal van de laserdiode 1 door de optische terugwerking van fiber 2 op de laserdiode 1. De golfvorm van het optische signaal zal minder invloed hebben op de signaaloverdracht cndat signaal-variaties ten gevolge van de golfvorm teruggekoppeld worden en met de terugkoppelf actor gereduceerd worden. Hetzelfde is van toepassing op de 10 zogenaamde tijd-danein niet-lineariteiten zoals een variërende schakelver-traging van laserdiode 1.

In Figuur 2 zijn ter illustratie enkele kramen weergegeven, welke zijn gebaseerd op metingen met een spectrumanalysator bij vergelijking tussen een systeem met directe intenisteitsmodulatie (kromte B) 15 en een systeem met een modualtie-inrichting volgens Figuur 1 (kromte C).

De metingen werden uitgevoerd op hèt gedemoduleerde optische signaal bij overdracht van een 2 MHz sinus vormig signaal, waarvan het spectrum door kromme A is geïllustreerd. In het vergelijkingssysteem was de instelstrocm van de laserdiode ingesteld voor minimale signaalvervorming en was de sig-20 naalstrocm ingesteld voor het verkrijgen van dezelfde signaalsterkte van het gedemoduleerde signaal als in het systeem volgens de uitvinding.

In het systeem volgens de uitvinding (kromme C) is het ruisniveau gereduceerd met circa 12 dB en zijn de tweede en de derde harmonischen van het signaal ieder gereduceerd met circa 10 dB.

25 Onder bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld bij oversturing van klemschakeling 5 door het ingangssignaal kan het voorkomen, dat begrenzer 7 in de stand blijft staan waarin de waarde van de signaalstroon Is klein respectievelijk nul is. Door opvoering van de waarde van de instelstrocm Ib zal de regellus bevattende piekdetector 10 en versterker 11 30 trachten het optische piekvermogen constant te houden. Wanneer daarna de zelfoscillatie van de terugkoppellus start, dan is de instelstroom Ib op een veel te hoge waarde ingesteld en krijgt de laserdiode 1 een te hoge stroom te verwerken.

Teneinde overbelasting van de laserdiode 1 te voorkomen is in 35 de modulatierichting volgens Figuur 3 een blokkeerinrichting 14 aangebracht voor het detecteren van het wegvallen van de zelfoscillatie van de tegenkoppellus en voor het verschaffen van een blokkeersignaal bij afwezigheid van de zelfoscillatie voor het blokkeren van de instelstroom.

80 0 5 15 3 tj i PHN 9845 5

De blokkeerinrichting 14 bevat een piekdetector, bevattende een weerstand 14-1, een diode 14-2 en een condensator 14-3, welke is aangesloten qp de inverse uitgang van de begrenzer 7. Wanneer deze inverse uitgang gedurende zekere tijd een negatieve waarde heeft, dan ontstaat 5 over de condensator 14-3 een negatieve spanning tegen aarde als gevolg van'de stroom door weerstand 14-4. Transistor 14-5 gaat dan een stroom leiden door de weerstand 14-6 en de weerstand 14-7, waardoor de transistor 14-8 een stroom gaat voeren. Deze stroom wordt onttrokken aan de ingang van de regelbare stroombron 12, welke ingang door een weerstand 15 en een 10 diode 16 in serie met de uitgang van versterker 11 is verbonden.

De regelbare stroombron 12 bevat een ingangstrap bevattende een transistor 12-1 met de instelweerstanden 12-2 en 12-3 en een emitter-belastingsweerstand 12-4. Tussen de basis van de transistor 12-1 en de negatieve voedingsspanning is een condensator 12-5 geschakeld, welke door 15 de kollektorstrocm van transistor 14-8 zodanig kan worden ontladen, dat transistor 12-1 blokkeert. Transistor 12-1 kan dan geen stuurstrocm leiden door de weerstand 12-6 naar de eindtrap bevattende de transistor 12-7 en de emitterbelastingsweerstand 12-8. De kollektor van transistor 12—7 kan dan geen instelstroom Ib aan de laserdiode 1 leveren.

20 De diode 16 wordt geblokkeerd wanneer transistor 14-8 stroom gaat voeren, waardoor de normale regeling van de instelstroom Ib door het uitgangssignaal van versterker 11 wordt onderbroken. Wanneer na een zekere tijd de zelf oscillatie van de tegenkoppellus start, dan blokkeren de transistoren 14-5 en 14-8 en kan de normale regeling van de instelstroom 25 Ib tot werking komen.

Het dient te worden opgemerkt dat de uitvinding niet is beperkt tot toepassing bij electro-optische cmzetters. Toepassing is ook mogelijk bij bijvoorbeeld electro-acoustische cmzetters zoals luidsprekers, waarbij op dezelfde wijze dé invloed van niet-lineariteiten op het acoustische 30 uitgangssignaal gereduceerd kunnen worden.

35 80 0 5 15 3

Claims (3)

1. Inrichting voor het moduleren van het uitgangssignaal van een omzetter van electrische signalen in andere signalen, bijvoorbeeld van een electro-optische omzetter zoals een halfgeleiderlaserdiode, met een analoog signaal, welke inrichting is voorzien van een optische tegen- s koppeling waarin de omzetter is opgenomen, met het kenmerk, dat het analoge signaal wordt toegevoerd aan een verschilvormer waarvan het uitgangssignaal een begrenzer bestuurt, welke begrenzer een tweewaardig uitgangssignaal levert voor het besturen van de genoemde omzetter, dat middelen aanwezig zijn voor het demoduleren van een deel van het uitgangssig- 10 naai van de omzetter voor het verschaffen van een terugkoppelsignaal en middelen voor het toevoeren van het terugkoppelsignaal aan de verschil-vormer waarin het terugkoppelsignaal van het analoge signaal wordt afgetrokken, een en ander zodanig, dat een zelf oscillatie ontstaat met een van het analoge signaal afhankelijke modulatie van de pulsbreedte en/of 15 pulsdichtheid van het Impulsvormige uitgangssignaal van de begrenzer.

2. Inrichting volgens conclusie 1 welke is voorzien van een electro-optische omzetter zoals een halfgeleiderlaserdiode, met het kenmerk, dat de electro-optische omzetter langs optische weg is gekoppeld met een fotogevoelige detector, welke is aangesloten pp de ingang van een ver- 20 sterker waarvan de uitgang door een integrator is verbonden met de verschilvormer,

3. Inrichting volgens conclusie 1 welke is voorzien van een halfgeleiderlaserdiode, met het kenmerk, dat op de begrenzer een detectieschake-ling is aangesloten voor het detecteren van de genoemde zelfoscillatie 25 voor het verschaffen van een blokkeer signaal bij afwezigheid van de zelfoscillatie en middelen aanwezig zijn voor het in responsie op het blok-keersignaal blokkeren van de instelstroom van de halfgeleiderlaserdiode. 30 35 80 0 5 15 3