DE60311813T2

DE60311813T2 - Optische empfängerschaltung

Info

Publication number: DE60311813T2
Application number: DE60311813T
Authority: DE
Inventors: Joost M. Zitzmann; Freek E. Van Straten
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: EP1523817B1; JP4246149B2; AU2003244981A1; CN1666445A; ATE354215T1; US7394994B2; JP2005532760A; EP1523817A1; CN1666445B; WO2004008667A1; US20050281564A1; DE60311813D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Empfängerschaltung, im Besonderen auf eine optische Empfängerschaltung für CATV-Anwendungen.
Nach dem Stand der Technik sind mehrere Abschwächer zur Dämpfung eines elektrischen Signals allgemein bekannt.
US 4 262 356 offenbart ein System zur Übertragung eines optischen Signals, wobei das optische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches von einem Abschwächer, welcher mehrere Dämpfungsschaltkreise umfassen kann, gedämpft wird. Der Abschwächer wird von einem Schaltkreis gesteuert, welcher ein Pilotsignal entnimmt, eine Analog-Digital-Umwandlung des entnommenen Signals vornimmt und das analog-digital-umgewandelte Signal zur Steuerung des Abschwächers einsetzt. Es sind keine weiteren Einzelheiten des Abschwächers genannt. US 6 215 584 offenbart ein System mit einem optischen Abschwächer, welcher verwendet wird, um einen geregelten Ausgangspegel zu realisieren.
US-A-5 448 207 offenbart eine Dämpfungsschaltung, welche einen geringen Einfügungsverlust und ebenfalls eine große Toleranz im Hinblick auf die Fluktuation des Elementparameters aufweist, Eine Dämpfungsstufe mit dem größten Dämpfungsfaktor unter mehreren Dämpfungsstufen wird mit einer Π-Dämpfungsstufe und eine Dämpfungsstufe mit dem kleinsten Dämpfungsfaktor unter mehreren Dämpfungsstufen mit einer T-Dämpfungsstufe gebildet. Auf diese Weise wird eine Dämpfungsstufe mit einem großen Dämpfungsfaktor, dessen Genauigkeit leicht variiert, mit einer Π-Dämpfungsstufe gebildet, so dass eine große Genauigkeit vorgesehen wird; des Weiteren wird eine Dämpfungsstufe mit einem kleinen Dämpfungsfaktor mit einer T-Dämpfungsstufe gebildet, so dass der Einfügungsverlust verringert werden kann. Dieser Schaltkreis ist ein so genanntes Kennimpedanznetz. Das heißt, dass die Eingangs- und Ausgangsimpedanz dieser Dämpfungsschaltung, ungeachtet der Dämpfungseinstellung, konstant sind und der Quellen- und Lastimpedanz entsprechen, um eine gute Anpassungsfunktion vorzusehen.
US-A-5 563 557 offenbart eine Dämpfungsvorrichtung mit einem Einheits-Stufenabschwächer, welcher einen Schalter, einen parallel zu dem Schalter geschalteten Dämpfungswiderstand sowie zwei Abschlusswiderstände aufweist. Es sind drei Stromquellen-Schaltkreise vorgesehen, welche drei Transfergates und drei Stromquellen-FETs aufweisen, um einen Gatestrom des Schalt-FETs zu steuern. Der Signalübertragungsverlust und die Layoutfläche können minimiert werden, selbst wenn verschiedene Dämpfungsraten erforderlich sind. Dieser Schaltkreis ist ebenfalls ein Kennimpedanznetz. Wie oben beschrieben, heißt dieses, dass die Eingangs- und Ausgangsimpedanz dieser Dämpfungsschaltung konstant sind. US-A-5 563 557 befasst sich mit der Signalübertragungsquelle, der Frequenzcharakteristik des Schaltkreises und der Dämpfungsrate des Schaltkreises.
JP-A-10-173464 offenbart einen Stufenabschwächer, welcher darauf gerichtet ist, eine Phasenverschiebung in einem Durchgangszustand und einem Dämpfungszustand zu minimieren. Dieser Abschwächer setzt sich aus Widerständen, einem MOSFET und einem Phasenkompensations-Schaltkreis, welcher Widerstände entsprechend einem Eingangsanschluss, einem Ausgangsanschluss und Steueranschlüssen umfasst, zusammen, wobei die Widerstände und der FET einen Schaltkreis zur Einstellung des Dämpfungsschalters bilden. Der Umfang der Verschiebung zwischen einer durchlaufenden Phase zu dem Zeitpunkt des Betriebsdurchlaufs und dem Zeitpunkt des Dämpfungsbetriebs wird über ein Steuersignal, welches dem Steueranschluss des Schaltkreises zur Einstellung des Dämpfungsschalters und dem Steueranschluss des Phasenkompensations-Schaltkreises zugeführt wird, minimiert.
JP-A-07-249954 sieht einen Stufenabschwächer vor, welcher in Bezug auf Einfügungsverlust und Schaltungsgröße reduziert ist und eine gute Leistung bei IC-Integration aufweist, wobei dieser imstande ist, den Dämpfungsfaktor schrittweise auf einen gewünschten Wert zu ändern. Es sind mehrere FET-Schalter zum Durchlassen/Unterbrechen eines Eingangssignals zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss geschaltet und Festabschwächer mit optionalen Dämpfungswerten parallel zu den Schaltern vorgesehen. Solche Schaltkreise sind in Kaskade geschaltet, wobei jeweilige FET-Schalter selektiv ein- und ausgeschaltet werden, um einen erforderlichen Dämpfungswert vorzusehen. Da die Gesamtanzahl Schalter und die Anzahl der Schalter zum Durchlassen eines Signals im Gegensatz zu einem konventionellen Abschwächer reduziert werden kann, kann dieser Stufenabschwächer auf einer kleineren Chipfläche realisiert werden und weist einen geringeren Einfügungsverlust auf.
JP-A-07-087024 offenbart einen optischen Empfänger, welcher dazu dient, den Dynamikbereich des optischen Empfängers zu erweitern, indem die Verschlechterung in dem optischen Empfänger, wie z.B. Verzerrung am Ausgang des Empfängers, unterdrückt wird, wenn die empfangene Lichtleistung hoch ist. Zu einer Vorstufe eines Verstärkers der ersten Stufe wird ein Stufenabschwächer und zu einer Nachstufe ein einstellbarer Abschwächer hinzugefügt. Der Eingangspegel des Verstärkers der ersten Stufe wird gedämpft, indem die Dämpfung des Stufenabschwächers verringert wird, wenn die Leistung des empfangenen Lichts gering ist, und indem die Dämpfung des Stufenabschwächers erhöht wird, wenn die Leistung des empfangenen Lichts hoch ist, wodurch die Verzerrung, welche durch einen Stufenverstärker erzeugt wird, unterdrückt wird.
JP-A-10-173464, JP-A-07-249954 und JP-A-07-087024 offenbaren ebenfalls feste Eingangs- und Ausgangsimpedanzen.
Bei einem konventionellen CATV-System (Common Antenna Television System) empfängt das System die Informationssignale von einer Antenneneinheit, die mit dem Head-End verbunden ist, welcher die elektrischen Signale in optische Signale umwandelt und die optischen Signale durch ein Glasfaserkabel über einen Sender zu dem Primärnetzknoten überträgt. Der Primärnetzknoten empfängt das optische Signal von dem Head-End und überträgt dieses zu einem Sekundärnetzknoten, der das optische Signal in ein RF-Signal umwandelt. Das RF-Signal wird über ein Koaxialkabel zu den Abnehmern übertragen. Das Problem bei einem solchen System ist, dass normalerweise verwendete Schaltkreise zur Verstärkungsregelung, welche bei optischen Empfängern eingesetzt werden, die Informationssignale verzerren. Daher wurden mehrere Prüfungen durchgeführt, um solche Verzerrungen bei dem optischen Empfänger zu reduzieren.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine optische Empfängerschaltung vorzusehen, welche im Hinblick auf Intermodulationsverzerrung verbessert wurde und einen konstanten Ausgangssignalpegel vorsieht.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Empfängerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 aufgezeigt, gelöst. Es wird ein Stufenabschwächer verwendet, welcher mehrere Dämpfungsstufen aufweist, die selektiv in aktive Zustände geschaltet werden können. Durch selektives Schalten einzelner Dämpfungsstufen, entweder eine nach der anderen oder in Gruppen, in aktive Zustände können bei einer minimalen Anzahl Dämpfungsstufen vorteilhafterweise viele verschiedene Dämpfungswerte erhalten werden. Die jeweiligen Dämpfungsstufen weisen jeweils einen unterschiedlichen Dämpfungswert auf. Durch selektives Schalten einzelner, einen jeweils unterschiedlichen Wert aufweisender Dämpfungsstufen in aktive Zustände, entweder eine nach der anderen oder in Gruppen, kann der Bereich der Dämpfungswerte vorteilhafterweise weiter erweitert werden, während eine minimale Anzahl Dämpfungsstufen verwendet wird. Die Sensorschaltung weist einen Analog-Digital-Wandler auf, welcher ein die Dämpfungsstufen der Dämpfungsschaltung steuerndes Digitalsignal erzeugt. Vorteilhafterweise kann ein verzerrungsfreier Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung realisiert werden, indem der Pegel des optischen Eingangssignals über den Eingang eines A/D-Wandlers gemessen wird und die Dämpfungsschaltkreise über den Ausgang des A/D-Wandlers geschaltet werden.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Dämpfungsstufen um T-Dämpfungsstufen mit einem Widerstand und einem Halbleiterschalter in Reihe mit dem Widerstand. Der Einfügungsverlust kann durch eine T-Dämpfungsstufe vorteilhafterweise reduziert werden.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Dämpfungsstufen durch T-Dämpfungsstufen mit zwei Widerständen und einem Halbleiterschalter in Reihe mit den Widerständen dargestellt, wobei einer der Widerstände durch einen weiteren Halbleiterschalter überbrückt wird.
Auf diese Weise ist vorteilhafterweise eine Änderung des Dämpfungsfaktors von ein und derselben Dämpfungsstufe möglich.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind Kondensatoren, um jeweilige Eingangsenden der Dämpfungsstufen zu trennen, und ebenfalls ein Eingangskondensator, um das Eingangsende der Dämpfungsstufen an einen Ausgang der optischen Empfängerschaltung zu koppeln, sowie ein Ausgangskondensator vorgesehen, um einen Ausgang der Dämpfungsschaltung an die Ausgangsschaltung zu koppeln.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Halbleiterschalter durch MOSFETs dargestellt, welche vorteilhafterweise zum Beispiel über die Ausgänge eines A/D-Wandlers gesteuert werden können und ebenfalls Vorteile im Hinblick auf Integration auf einem Chip aufweisen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der optische Wandler eine Photodiode auf. Dieses erwies sich als die best mögliche Art und Weise, optische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Sensorschaltung ein Widerstandsnetzwerk auf, welches mit der opti schen Wandlerschaltung verbunden ist, um eine Steuerspannung V_CONTR als charakteristischen Wert der abgegebenen, elektrischen Leistung durch die optische Wandlerschaltung abzuleiten. Ein solches Widerstandsnetzwerk, welches mit der optischen Wandlerschaltung verbunden ist, ist ein zuverlässiges und einfaches Mittel, um die Steuerspannung V_CONTR als charakteristischen Wert der abgegebenen, elektrischen Leistung abzuleiten.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Ausgangsschaltung ein Anpassungsnetzwerk, eine Verstärkerstufe und einen Ausgangstransformator auf, welcher die optische Empfängerschaltung auf vorteilhafte Weise ergänzt.
Diese und verschiedene andere Vorteile und Neuheitsmerkmale, welche die vorliegende Erfindung kennzeichnen, werden in den beigefügten Ansprüchen erläutert. Um die Erfindung, deren Vorteile sowie die durch deren Anwendung erfüllte Aufgabe jedoch besser zu verstehen, wird auf die beigefügte Zeichnung und die nachfolgende, bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellende Beschreibung Bezug genommen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – ein modernes CATV-System;
2 – ein Blockschaltbild einer optischen Empfängerschaltung;
3 – ein elektrisches Schaltbild der Dämpfungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; sowie
4 – ein Diagramm der Verzerrung zweiter Ordnung (d2) als eine Funktion der optischen Eingangsleistung.
1 zeigt eine graphische Darstellung eines modernen CATV-Systems. Das System empfängt Informationssignale von einer Antenneneinheit 2 und/oder einem Netzwerk-Backbone 4. Die Antenneneinheit 2 und/oder der Netzwerk-Backbone 4 sind mit dem Head-End 12 verbunden. Der Head-End 12 wandelt sämtliche Signale in optische Signale um und überträgt die optischen Signale über ein Glasfaserkabel, einem so genannten Faser-Backbone 14, zu Primärnetzknoten 6, 8 und 10. Die Primärnetzknoten 6, 8 oder 10 empfangen die optischen Signale von dem Head-End 12 und übertragen die optischen Signale über einen Sekundärring 18, einem so genannten Faserring, zu Sekundärnetzknoten 16, 20.
Die Sekundärnetzknoten oder optischen Empfängerschaltungen 16, 20 empfangen die optischen Signale von den Primärnetzknoten und wandeln die optischen Signale in ein RF-Signal um. Das RF-Signal wird über ein Koaxialkabel 25 und RF-Verstärker 22, 24, das heißt, über eine so genannte letzte Meile 26, zu den Abnehmern, d.h. den Häusern 28, 30, 32, übertragen. Die Häuser sind mit Residential Gateways und hausinternen Kommunikationsnetzen ausgestattet. Dieses ist im Prinzip bei dem Haus 28 dargestellt, welches ein Residential Gateway 34 aufweist. Zum Beispiel sind ein Computer, Telefon und ein Game Gear mit dem Residential Gateway 34 für hausinterne Kommunikation und Kommunikation mit der Außenwelt verbunden.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer optischen Empfängerschaltung. Die optische Empfängerschaltung, zum Beispiel die optische Empfängerschaltung 20, empfängt das optische Signal über einen Eingangsanschluss 36. Der Eingangsanschluss 36 ist mit einer optischen Wandlerschaltung 38 verbunden. Die optische Wandlerschaltung 38 ist mit Hilfe eines Anschlusses 40 mit einer Vorspannung verbunden und mit Hilfe eines Anschlusses 42 an Erde gelegt. Die optische Wandlerschaltung 38 wandelt das optische Signal in ein elektrisches Signal um. Die optische Wandlerschaltung 38 weist eine Photodiode auf, um das optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Das elektrische Signal der optischen Wandlerschaltung 38 wird zu einer Dämpfungsschaltung 44 übertragen. Die Dämpfungsschaltung 44 dämpft das elektrische Signal der optischen Wandlerschaltung 38, um konstante Signalpegel an deren Ausgang, der zu einem Anpassungsnetzwerk 46 führt, vorzusehen. Das Anpassungsnetzwerk 46 gleicht das Ausgangssignal der Dämpfungsschaltung 44 an eine Verstärkerstufe 48 an. Die Verstärkerstufe 48 umfasst zwei Verstärker 54, 56, um das Ausgangssignal des Anpassungsnetwerks für einen Ausgangstransformator 50 zu verstärken. Der Ausgangstransformator 50 transformiert das abgeglichene Signal seines Eingangs in ein nicht abgeglichenes Signal an seinem Ausgang 52. Das Anpassungsnetzwerk 46, die Verstärkerstufe 48 und der Ausgangstransformator 50 bilden den Ausgangskreis.
3 zeigt ein elektrisches Schaltbild der Dämpfungsschaltung 44. Eine Licht gesteuerte Stromquelle 56, dargestellt durch eine Photodiode, ist parallel zu zwei Eingangsanschlüssen der Dämpfungsschaltung 44 geschaltet. Eine Lastimpedanz 108 (270 Ω) ist mit den Ausgangsanschlüssen der Dämpfungsschaltung 44 verbunden. Um die Licht gesteuerte Stromquelle 56 zu betreiben, ist ein Widerstand 54 zwischen einer Vorspannungsquelle und der Licht gesteuerten Stromquelle 56 geschaltet. Auf der anderen Seite der Licht gesteuerten Stromquelle 56 ist ein Widerstand 58 zwischen der Licht gesteuerten Stromquelle 56 und Erde geschaltet. An dem Widerstand 58 wird eine Spannung gemessen, welche über einen Widerstand 60 und einen Komparator/Pegeleinstellschaltung 62 einem A/D-Wandler 64 zugeführt wird.
Der Komparator/Pegeleinstellschaltung 62 erzeugt eine Steuerspannung V_CONTR für den A/D-Wandler 64. V_CONTR bestimmt das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 64 für die Dämpfungsstufen der Dämpfungsschaltung 44. Ein Ausgang 66 des A/D-Wandlers 64 ist an einen Anschluss 68 einer ersten Dämpfungsstufe gekoppelt. Die erste Dämpfungsstufe weist eine Reihenschaltung von einem Widerstandselement 86 mit einem Widerstand von 3000 Ω und einem MOSFET 88 auf. Der Anschluss 68 ist zwischen dem Widerstandselement 86 und dem Drain des MOSFETs 88 geschaltet. Der Gatekontakt des MOSFETs 88 ist an Erde gelegt. Die Dämpfungsstufe ist parallel zu der Licht gesteuerten Stromquelle 56 geschaltet.
Die Licht gesteuerte Stromquelle 56 und die erste Dämpfungsstufe sind durch zwei Kondensatoren 110 und 130 getrennt. Ein Anschluss 70 des A/D-Wandlers 64 ist an einen Anschluss 72 einer zweiten Dämpfungsstufe gekoppelt. Die zweite Dämpfungsstufe weist eine Reihenschaltung von einem Widerstandselement 90 mit einem Widerstand von 1400 Ω und einem MOSFET 92 auf. Der Anschluss 72 ist zwischen dem Widerstandselement 90 und dem Drainkontakt des MOSFETs 92 geschaltet. Die erste und die zweite Dämpfungsstufe sind durch die Kondensatoren 112 und 132 getrennt.
Die zweite Dämpfungsstufe ist parallel zu der Licht gesteuerten Stromquelle 56 geschaltet. Der Gatekontakt des MOSFETs 92 ist an Erde gelegt. Ein Anschluss 74 des A/D-Wandlers 64 ist an einen Anschluss 76 der dritten Dämpfungsstufe gekoppelt. Die dritte Dämpfungsstufe ist parallel zu der Licht gesteuerten Stromquelle 56 geschaltet. Die zweite und die dritte Dämpfungsstufe sind durch die Kondensatoren 122 und 134 getrennt.
Die dritte Dämpfungsstufe weist eine Reihenschaltung von einem Widerstandselement 94 mit einem Widerstand von 500 Ω, einem Widerstandselement 96 mit einem Widerstand von 220 Ω und einem MOSFET 98 auf. Ein Anschluss 76 ist zwischen dem Widerstandselement 96 und dem Drainkontakt des MOSFETs 98 geschaltet. Der Gatekontakt des MOSFETs 98 ist mit Erde verbunden. Ein weiterer MOSFET 100 ist parallel zu dem Widerstandselement 96 geschaltet. Das Widerstandselement 96 und der MOSFET 100 sind durch die Kondensatoren 142 und 144 getrennt. Der Kondensator 144 ist zwischen dem Widerstandselement 94 und dem Widerstandselement 96 geschaltet. Der Gatekontakt des MOSFETs 100 ist an Erde gelegt. Der Anschluss 78 des A/D-Wandlers 64 ist an den Anschluss 80 der vierten Dämpfungsstufe gekoppelt.
Die vierte Dämpfungsstufe ist parallel zu der Licht gesteuerten Stromquelle 56 geschaltet. Die vierte Dämpfungsstufe weist eine Reihenschaltung von einem Widerstandselement 102 mit einem Widerstand von 325 Ω und einem MOSFET 104 auf. Der Anschluss 80 ist zwischen dem Widerstand 102 und dem Drainkontakt des MOSFETs 104 geschaltet. Das Gate des MOSFETs 104 ist mit Erde verbunden. Die dritte und die vierte Dämpfungsstufe sind durch die Kondensatoren 124 und 136 getrennt. Der Drainkontakt des MOSFETs 104 ist mit dem Anschluss 80 verbunden. Ein Anschluss 82 des A/D-Wandlers 64 ist mit dem Anschluss 84 der fünften Dämpfungsstufe verbunden.
Die fünfte Dämpfungsstufe weist eine Reihenschaltung von einem Widerstandselement 106 mit einem Widerstand von 130 Ω und einem MOSFET 109 auf. Die vierte und fünfte Dämpfungsstufe sind durch die Kondensatoren 126 und 138 getrennt. Die fünfte Dämpfungsstufe ist parallel zu der Licht gesteuerten Stromquelle 56 geschaltet. Der Gatekontakt des MOSFETs 109 ist an Erde gelegt. Ein Anschluss 84 ist zwischen einem Widerstandselement 106 und dem Drainkontakt des MOSFETs 109 geschaltet. Die fünfte Dämpfungsstufe und eine Last 108 sind durch die Kondensatoren 128 und 140 getrennt. Die Dämpfungsstufen werden durch den A/D-Wandler 64 in Abhängigkeit des Wertes von V_CONTR eingestellt, und die Dämpfung wird daher durch die Teilung des Stroms des Teils der Stromquelle 56 zwischen den Dämpfungsstufen und der Last 108 bestimmt. Des Weiteren liegt ein vorteilhaftes Merkmal der Dämpfungsschaltung darin, dass die Dämpfungsschaltung die Intermodulationsverzerrung des optischen Empfängers reduziert.
Die MOSFETs 88, 92, 98, 100, 104 und 109 sind vom gleichen Typ. Dieser MOSFET-Typ weist einen hochohmigen Widerstand bei einer Gate-Source-Spannung von 5 V und einen Niederohmwiderstand (um 10 Ω) bei einer Gate-Source-Spannung von 0 V auf. Bei einer Gate-Source-Spannung von 2 V bis 2,8 V erhöht sich der FET-Widerstand linear von einem Niederohmwiderstand auf einen hochohmigen Widerstand. Nach Reihenschaltung des MOSFETs mit einem Widerstandselement von zum Beispiel 250 Ω, das heißt, zwischen der Push-Seite (Stromzuführungsseite) und der Pull-Seite (Stromentnahmeseite), kann die Empfindlichkeit der optischen Empfängereinheit mit Hilfe einer externen Spannung eingestellt werden.
Die Dämpfungsschaltung, welche gebildet wird, während die oben erwähnten MOSFETs eingesetzt werden, zeigt, dass dieser Feldeffekttransistor als Schalter ver wendet werden kann. Ein Widerstand kann in der optischen Empfängerschaltung über einen Schalter geschaltet oder unterbrochen werden. Durch Anordnen mehrerer Schalter mit verschiedenen Widerstandswerten in diesem Modul kann ein Stufen-Abschwächer entstehen. Bei Anwenden einer elektrischen Dämpfung mit einer Schrittgröße von 0,5 dB wird der Abschwächer bei jedem Schritt von 0,25 dB der optischen Eingangsleistung eingestellt. Das heißt, dass bei zunehmender optischer Eingangsleistung das elektrische Ausgangssignal ein sägezahnförmiges Signal mit einer Amplitude von 0,5 dB (theoretisch) ist.
Die Funktion des MOSFETs 100 ist komplexer als die Funktion der anderen MOSFETs. Der MOSFET 100 sieht eine Dämpfung von 6 dB durch den Widerstand 102 (325 Ω), welcher eine Dämpfung von 4 dB vorsieht, parallel zu dem Widerstand 94 (500 Ω) vor, welcher eine zusätzliche Dämpfung von 2 dB vorsieht. Die Reihenschaltung des Widerstands 94 (500 Ω) und des Widerstands 96 (220 Ω) sieht eine Dämpfung von 2 dB vor, wenn der Widerstand 102 (325 Ω) nicht geschaltet ist. Um eine Differenz zwischen 500 Ω und 720 Ω vorzusehen, wird ein zusätzlicher MOSFET 100 verwendet, um den Widerstand 96 (220 Ω) kurzzuschließen, im Falle der MOSFET 104 aktiviert wird (= Dämpfung > 4 dB).
Ein verzerrungsfreier Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung kann realisiert werden, indem die optische Eingangsleistung über den Eingang eines A/D-Wandlers 64 gemessen wird und die MOSFETs 88, 92, 98, 100, 104, 109 über den Ausgang des A/D-Wandlers 64 geschaltet werden. Der Schaltkreis weist eine Schrittgröße von 0,5 dB und einen Bereich von 9 dB auf.
Dieser Schaltkreis ist zwischen der optischen Wandlerschaltung 38 und dem Ausgangskreis mit dem Anpassungsnetzwerk 46, der Verstärkerstufe 48 und dem Ausgangstransformator 50 geschaltet. Die Dämpfungsschaltung ist zwischen der Push-Seite (Stromzuführungsseite) und der Pull-Seite (Stromentnahmeseite) geschaltet.
4 zeigt ein Diagramm der Verzerrung zweiter Ordnung (d2) in dBc als eine Funktion der optischen Eingangsleistung in dBm. Die Verzerrung zweiter Ordnung (d2) wird durch das Verzerrungsprodukt zweiter Ordnung definiert, welches die Differenz in dB zwischen dem Spitzenpegel eines RF-Signals auf der Messfrequenz und dem Spitzenpegel des Signals auf der Messfrequenz, erzeugt durch zwei CW-Signale mit ihrem Modulationsprodukt zweiter Ordnung (f1 ± f2) auf der Messfrequenz, darstellt.
Die Kurve „d2 ohne Dämpfung" steigt mit zunehmender optischer Eingangsleistung linear an. Die Kurve „d2 mit Dämpfung" weist eine Kurvenform auf, die bis zu einem Maximalwert ansteigt und nach Erreichen des Maximalwerts vertikal nach unten verläuft, wenn die optische Eingangsleistung weiter erhöht wird. Die Kurve steigt linear an, bis sie erneut einen Maximalwert erreicht. Nach Erreichen des Maximalwerts fällt die Kurve im Falle einer weiteren Zunahme der optischen Eingangsleistung vertikal auf einen anderen niedrigeren Wert ab und steigt dann erneut an. Der Durchschnittswert der beschriebenen Dämpfung bildet im Falle der optischen Eingangsleistung eine horizontale Linie. Die horizontale Linie ist durch die Kurve „Durchschnitt von d2 mit Dämpfung" dargestellt.
Der Maximalwert des Verhaltens oberhalb 0 dB optische Eingangsleistungt beträgt 0,8 dBmV. Der Maximalwert oberhalb 0 dB optische Eingangsleistung beträgt 1,6 dB. Das Verhalten und die Form der Dämpfungskurve „d2 mit Dämpfung" (beide bei niedrigen Frequenzen) sind oberhalb des Schwellpunkts „so gut wie" konstant. Der tatsächliche Dämpfungswert entspricht der Dämpfung eines Normteils ohne Verstärkungsregelung. Bei Verwendung der beschriebenen optischen Empfängerschaltung mit optischer Verstärkungsregelung, welche aus einem Stufenabschwächer besteht, kann die optische Empfängerschaltung so ausgeführt sein, dass sie einen optischen Einstellbereich von zum Beispiel 2 dB vorsieht. Der Einsatz von MOSFETs mit einer geringeren Kapazität kann die Variation bei der Resonanzkurve als eine Funktion des Pegels des optischen Eingangssignals verbessern.
Neuartige Merkmale und Vorteile, welche die vorliegende Erfindung umfasst, wurden in der vorhergehenden Beschreibung dargelegt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass diese Offenbarung in vielerlei Hinsicht lediglich beispielhaft ist. Es können Änderungen im Detail, im Besonderen in Bezug auf Form, Größe und Anordnung von Teilen, vorgenommen werden, ohne dabei von dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist selbstverständlich in den beigefügten Ansprüchen definiert.
2

Input – Eingang
Bias – Vorspannung
44 Dämpfungsschaltung
46 Anpassungsnetzwerk
Output – Ausgang

3

Input push-side – Eingang Push-Seite
Light controlled current source – Licht gesteuerte Stromquelle
Input pull-side – Eingang Pull-Seite
A/D converter – A/D-Wandler
Vcontrol – Spannungsregelung
Output push-side – Ausgang Push-Seite
Output pull-side – Ausgang Pull-Seite
108 Last

4

d2 without attenuation – d2 ohne Dämpfung
d2 with attenuation – d2 mit Dämpfung
average of d2 with attenuation – Durchschnitt von d2 mit Dämpfung
optical input power (dBm) – optische Eingangsleistung (dBm)

Claims

Optische Empfängerschaltung mit; – einer optischen Wandlerschaltung (38), welche optische Leistung in elektrische Leistung umwandelt, – einer Sensorschaltung, welche einen charakteristischen Wert der elektrischen Leistung ermittelt, wobei die Sensorschaltung einen A/D-Wandler (64) aufweist, welcher die elektrische Leistung in ein Digitalsignal umwandelt, – einer Dämpfungsschaltung (44) mit einer variablen Dämpfung zum Dämpfen der elektrischen Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschaltung (44) eine Stufen-Dämpfungsschaltung ist, welche mehrere in Kaskade geschaltete Dämpfungsstufen aufweist, welche selektiv in aktive Zustände geschaltet werden können, wobei die jeweiligen Dämpfungsstufen unterschiedliche Dämpfungswerte aufweisen, wobei die Schaltung in die aktiven Zustände durch das Digitalsignal gesteuert wird, um einen konstanten Ausgangssignalpegel der optischen Empfängerschaltung vorzusehen.
Optische Empfängerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Dämpfungsstufen durch Dämpfungsstufen mit einem Widerstand (86, 90, 94, 96, 102, 106) und einem Halbleiterschalter in Reihe mit dem Widerstand (86, 90, 94, 96, 102, 106) dargestellt sind und durch das Digitalsignal gesteuert werden.
Optische Empfängerschaltung nach Anspruch 2, wobei Kondensatoren (110, 112, 124, 126, 128) vorgesehen sind, um jeweilige Eingangsenden der Dämpfungsstufen zu trennen, und ebenfalls ein Eingangskondensator, um das Eingangsende der Dämpfungsstufen an einen Ausgang der optischen Empfängerschaltung zu koppeln, und ein Ausgangskondensator, um einen Ausgang der Dämpfungsschaltung an den Ausgangskreis zu koppeln, angeordnet sind.
Optische Empfängerschaltung nach Anspruch 3, wobei die Kondensatoren (110, 112, 122, 124, 126, 128) zwischen ersten Anschlüssen jeweiliger Reihenschaltungen des Widerstands (86, 90, 94, 96, 102, 106) in aufeinander folgenden Stufen und zwischen zweiten Anschlüssen der jeweiligen Reihenschaltungen in aufeinander folgenden Stufen geschaltet sind.
Optische Empfängerschaltung nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei eine der Dämpfungsstufen eine Dämpfungsstufe mit einem weiteren Widerstand (96) in Reihe mit der Reihenschaltung des Widerstands (96) und des Halbleiterschalters ist, wobei der Widerstand (96) durch einen weiteren Halbleiterschalter, welcher durch das Digitalsignal gesteuert wird, überbrückt wird.
Optische Empfängerschaltung nach Anspruch 5, wobei ein Knoten zwischen dem weiteren Widerstand (96) und der Reihenschaltung in der einen Dämpfungsstufe an einen weiteren Knoten zwischen der Reihenschaltung des Widerstands (96) und des Halbleiterschalters in einer weiteren Dämpfungsstufe, welche sich in Angrenzung an die erste Dämpfungsstufe befindet, gekoppelt ist.
Optische Empfängerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Halbleiterschalter durch MOSFETs (88, 92, 98, 100, 104, 109) dargestellt sind.
Optische Empfängerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optische Wandlerschaltung (38) eine Photodiode aufweist.
Optische Empfängerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Sensorschaltung ein Widerstandsnetzwerk (58, 60) aufweist, welches mit der optischen Wandlerschaltung (38) verbunden ist, um eine Steuerspannung V_CONTR als charakteristischen Wert der abgegebenen, elektrischen Leistung durch die optische Wandlerschaltung (38) abzuleiten.