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Dokumentenidentifikation DE69923475T2 07.07.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001137916
Titel DETEKTIONSSCHALTUNG
Anmelder Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ), Stockholm, SE
Erfinder THOMPSON, John, Macclesfield, Cheshire, GB;
FILIPPI, Raymond, Swindon, Wiltshire, GB;
BÄNGS, Joakim, Swindon, Wiltshire, GB
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69923475
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.11.1999
EP-Aktenzeichen 999580566
WO-Anmeldetag 17.11.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/08820
WO-Veröffentlichungsnummer 0000029821
WO-Veröffentlichungsdatum 25.05.2000
EP-Offenlegungsdatum 04.10.2001
EP date of grant 26.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.07.2005
IPC-Hauptklasse G01J 1/44

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Erfassungsschaltung und insbesondere eine Schaltung, die ein Spannungssignal erzeugt, das von der Intensität von Licht in einem einfallenden optischen Signal abhängt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es sind Erfassungsschaltungen bekannt, die einen Photodiodendetektor enthalten, der einen Strom erzeugt, der proportional zur Intensität von einfallendem Licht ist. Die Schaltungen enthalten weiterhin eine Transimpedanz-Verstärkerschaltung, die diesen Strom in eine Ausgangsspannung umwandelt. Beispielsweise zeigt US-5,030,925 eine Erfassungsschaltung von diesem Typ.

Ein erkanntes Problem bei Erfassungsschaltungen von diesem Typ besteht darin, dass die Eingangslicht-Signalintensität und somit der Photodiodenstrom, der proportional dazu ist, über einen sehr weiten Dynamikbereich variieren kann. Beispielsweise kann es nötig sein, Eingangssignale zu handhaben, die über mehrere Größenordnungen einer Größe variieren. Ohne eine spezielle Beachtung in Bezug auf die Entwurfswerte der Impedanzen am Verstärkereingang würde der weite Dynamikbereich von Eingaben zum Verstärker beim Erzeugen von Ausgangssignalen zu Problemen führen, die ausreichend groß sind, um bei niedrigen Signalpegeln nützlich zu sein, während noch Ausgangssignale für große Eingangssignalpegel erzeugt werden, welche die Schaltung ohne Sättigung oder Begrenzung handhaben kann.

US-5,708,392 offenbart eine Erfassungsschaltung mit einer begrenzenden Transimpedanz-Verstärker-(TIA = Transimpedance Amplifier)-schaltung, in welcher die Verstärkerschaltung einen Rückkoppelwiderstand mit einer über den Widerstand gekoppelten Diode hat. Somit leitet die Diode bei hohen Signalpegeln den Eingangsstrom und begrenzt die Ausgangsspannung auf einen Pegel unter denjenigen, der eine Sättigung der Ausgangsstufe des Verstärkers verursachen würde. TIA-Verstärker, die Dioden über ihrem Eingang/Ausgang verwenden, müssen den Überlaststrom in ihrer Ausgangsstufe handhaben, und dies erfordert größere Transistoren mit einer größeren Kapazität. Somit sind diese Entwürfe komplexer und erfordern einen größeren Siliziumbereich, wenn sie in einem integrierten Schaltkreis hergestellt werden.

Weiterhin offenbart EP-A-0745868 eine Erfassungsschaltung mit einem Photodiodendetektor und einem Transimpedanz-Verstärker. Um während einer anfänglichen Erfassungsphase exzessive Eingangsströme handhaben zu können, ist die Photodiode durch eine weitere Diode auf Erde gelegt und ist auch über ein RC-Netzwerk mit einer positiven Spannungsversorgung verbunden.

EP 0402044 offenbart einen optischen Empfänger, der eine spannungsabhängige Impedanz enthält, die angeordnet ist, um ein exzessives AC- bzw. Wechselstrom-Photodetektorsignal in Reaktion auf einen Lichtpegel weg von einem Empfänger-Verstärker nebenzuschließen.

DE 3218439 offenbart eine Schaltkonfiguration, in welcher eine Optodiode mit einem Transimpedanz-Verstärker unabhängig von der Intensität von einfallenden Lichtimpulsen ohne die Gefahr eines Überlastens des Verstärkers betrieben werden kann. Der Eingangsstrom wird mittels eines spannungsabhängigen elektrischen Elements mit einer niedrigen Schwellenspannung begrenzt.

US 4,623,786 offenbart einen Transimpedanz-Verstärker mit einem Überlastschutz. Die Vorstufe einer optischen Empfängerschaltung ist von dem Typ mit einem Feldeffektvorrichtungs-Transimpedanz-Verstärker, der an seinem Eingang den Photostrom einer Photodiode empfängt. Eine Feldeffektvorrichtungs-Nebenschlussimpedanz zum Schützen gegenüber einer Verstärkerüberlastung ist zwischen dem Eingang und Erdung über einen Entkopplungskondensator angeschlossen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsschaltung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, welche hohe Überlastströme handhaben kann und insbesondere andauernde hohe Überlastströme handhaben kann.

Die Erfassungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Schaltung mit variabler Impedanz auf, die folgendes enthält: einen Transistor und eine Spannungsquelle, wobei der Kollektor des Transistors an den Anschlussknoten angeschlossen ist, der Emitter des Transistors an eine Erdungsspannungsversorgungsschiene angeschlossen ist und die Spannungsquelle zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors angeschlossen ist.

Vorteilhafterweise kann die Erfassungsschaltung der vorliegenden Erfindung eine Überlastschutzdiode enthalten, die in Reihe zu einer Erfassungsphotodiode geschaltet ist und mittels eines Anschlusses mit niedriger AC-Impedanz und flacher Frequenzantwort an eine Versorgungsspannung angeschlossen ist. Die Anschlussstelle zwischen der Überlastschutzdiode und der Erfassungs-Photodiode versorgt einen Transimpedanz-Verstärker, und die Eingangsimpedanz des Transimpedanz-Verstärkers ist vorzugsweise derart eingestellt, dass sie bei einem Grenz-Signalstrom mit der Impedanz der Überlastschutzdiode übereinstimmt. Für Signalströme, die niedriger als die Grenze sind, wird der größte Teil des Stroms an den Transimpedanz-Verstärker angelegt, wohingegen für Signalströme, die höher als die Grenze sind, der Größte Teil des Stroms über die Überlastschutzdiode weg von dem Transimpedanz-Verstärker abgelenkt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer ersten Erfassungsschaltung.

2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer zweiten Erfassungsschaltung.

3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer dritten Erfassungsschaltung gemäß der Erfindung.

4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer vierten Erfassungsschaltung.

5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer fünften Erfassungsschaltung.

6 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer sechsten Erfassungsschaltung.

7 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer siebten Erfassungsschaltung gemäß der Erfindung.

8 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer achten Erfassungsschaltung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

1 zeigt eine Erfassungsschaltung 2. Eine Erfassungs-Photodiode 4 ist positioniert, um einfallende Lichtsignale zu erfassen, die beispielsweise Signale sein können, die in einer Lichtausgabe von einer optischen Faser enthalten sind. Typischerweise kann die optische Faser ein digitales Signal tragen, das aus logischen "Einsen" und "Nullen" ausgebildet ist. Die Lichtintensität einer logischen "Eins" kann ein Zehnfaches der Intensität einer logischen "Null" sein. Jedoch können die Lichtpegel über einen sehr weiten Bereich variieren. Die Erfassungsschaltung kann Signale von optischen Fasern empfangen, die an Sender mit weit variierenden Leistungen angeschlossen sind. Weiterhin kann die Erfassungsschaltung in Zusammenhang mit langen oder kurzen optischen Fasern verwendet werden, die entsprechend variierende Ausmaße an Dämpfung von optischen Signalen haben. Nimmt man diese zwei Dinge zusammen, kann die Intensität einer logischen "Null" somit um mehrere Größenordnungen einer Größe bzw. Amplitude variieren.

Die Erfassungs-Photodiode 4 ist bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel in Sperrrichtung direkt an eine positive Versorgungsspannung Vcc angeschlossen, kann aber im Prinzip daran durch irgendeinen Anschluss angeschlossen sein, der eine niedrige Impedanz bei DC bzw. Gleichstrom und AC bzw. Wechselstrom und eine allgemein flache Frequenzantwort hat.

Die Handlung der Erfassungs-Photodiode besteht im Ziehen eines Signalstroms Is, der direkt proportional zu der einfallenden Lichtintensität ist.

Die Anode der Erfassungs-Photodiode 4 ist an eine Transimpedanz-Verstärkerschaltung 6 angeschlossen, die einen Transimpedanz-Verstärker 8 und einen Rückkoppelwiderstand 10 enthält. Die Form der Schaltung, die die Transimpedanz-Verstärkerschaltung 6 bildet, ist für sich bekannt. Der Verstärker 8 hat eine Verstärkung von A1 und der Widerstand 10 hat einen Widerstandswert Rt. Die Ausgabe der Transimpedanz-Verstärkerschaltung 6 bildet eine Erfassungsschaltungsausgabe bei einem Ausgangsanschluss 12.

Die Verstärkung des Verstärkers ist vom Eingangssignalpegel größtenteils unabhängig, während, wie es oben angegeben ist, der Signalstrom Is über einen extrem weiten Bereich variieren kann. Beispielsweise kann der Signalstrom so niedrig wie einige Nanoampere bis zu so hoch wie einige Milliampere sein. Daher muss dann, wenn sie einen akzeptierbar weiten Dynamikbereich haben soll, die Erfassungsschaltung 2 mit Überlastströmen bei hohen Eingangssignalpegeln fertig werden können.

Gemäß der Erfindung werden Überlastströme durch eine Überlastschutzdiode gehandhabt, die bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Form eines NPN-Transistors 14 annimmt, dessen Kollektor- und Basisanschlüsse miteinander verbunden sind und an die Anode der Photodiode 4 und dessen Emitteranschluss auf Erde gelegt ist.

Der Widerstand Re des Transistors 14 ist im Kollektor-Emitter-Leitungspfad eine umgekehrte Funktion des Stroms Ic dort hindurch. Somit hat der Transistor 14 bei niedrigen Strömen einen hohen Widerstand, aber bei höheren Strömen wird der Widerstand kleiner. Genauer gesagt ist der Widerstand gegeben durch: Re = Vt/Ic wobei Vt die thermische Diodenspannung von etwa 25 mV bei Raumtemperatur ist.

Zwischenzeitlich hat die Transimpedanz-Verstärkerschaltung 6 eine Eingangsimpedanz Ra, die allgemein konstant ist und die stark durch die Verstärkung A1 des Verstärkers 8 und den Widerstandswert Rt des Widerstands 10 bestimmt wird. Für eine erste Näherung ist die Eingangsimpedanz gegeben durch: Ra = Rt/A1

Ein Teil Ia des Signalstroms fließt in die Transimpedanz-Verstärkerschaltung 6 und der Rest Ic fließt in die Überlastschutzdiode 14, in Proportionen, die von den relativen Größen der Eingangsimpedanz Ra der Transimpedanz-Verstärkerschaltung und des dynamischen Widerstands Re der Überlastschutzdiode abhängen.

In einigen Situationen kann es vorteilhaft sein, einen Kondensator zwischen der Anode der Photodiode 4 und einem Eingang des Verstärkers 6 einzufügen, so dass der Verstärker separat vorgespannt werden kann, um zu der Schaltungsimplementierung und den verfügbaren Versorgungen zu passen.

Die Eingangsimpedanz der Transimpedanz-Verstärkerschaltung kann durch eine geeignete Auswahl des Widerstandswerts Rt und der Verstärkerverstärkung A1 eingestellt werden, so dass Überlastströme über einem bestimmten Pegel vorzugsweise zu der Überlastschutzdiode geführt werden. Beispielsweise kann die Eingangsimpedanz entworfen sein, um gleich dem Diodenwiderstand bei einem bestimmten Strom zu sein, der dann als Grenzstrom wirkt. Bei niedrigeren Strömen läuft das Meiste des Signalstroms zum Verstärker; bei höheren Strömen läuft das Meiste des Signalstroms über die Überlastschutzdiode zur Erdung.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt Rt = 6 k&OHgr;, und A1 = 30 bei einer gegebenen Eingangsimpedanz von 200 &OHgr;. Wenn Ic = 125 &mgr;A gilt, gilt Re = 200 &OHgr;. Bei niedrigeren optischen Signalpegeln und somit niedrigeren Photodiodenströmen läuft das Meiste des Photodiodenstroms in den Verstärker. In diesem Fall hängt die differenzielle Ausgangsspannung Vout, die aus Änderungen bezüglich des Photodiodenstroms zwischen optischen Signalen resultiert, die eine "1" und eine "0" darstellen, von dem Verstärker-Eingangsstrom und dem Widerstandswert Rt des Rückkoppelwiderstandes 10 ab. Definiert man den Photodiodenstrom für ein optisches Signal, das eine "1" darstellt, als Is1, und denjenigen für ein optisches Signal, das eine "0" darstellt, als Is0, und nimmt man den Grenzfall bzw. Begrenzungsfall, bei welchem das gesamte des Photodiodenstroms zum Verstärkereingang läuft, ist die differenzielle Ausgangsspannung gegeben durch: Vout = Rt·(Is1 – Is0)

Wo beispielsweise der Photodiodenstrom für ein optisches Signal, das eine "1" darstellt, 10 &mgr;A ist, und derjenige für ein optisches Signal, das eine "0" darstellt, 1 &mgr;A ist, und wo Rt = 6 k&OHgr; gilt, gilt Vout = 54 mV.

Bei höheren optischen Signalpegeln und somit höheren Photodiodenströmen läuft das Meiste des Photodiodenstroms in die Überlastschutzdiode, weil der Widerstand der Überlastschutzdiode niedriger als die Eingangsimpedanz des Transimpedanz-Verstärkers ist. Beispielsweise kann der Photodiodenstrom für ein optisches Signal, das eine "1" darstellt, 5 mA sein, und derjenige für ein optisches Signal, das eine "0" darstellt, kann 500 &mgr;A sein. (Wo der Überlastschutzdiodenstrom 5 mA ist, ist ihr Widerstand 5 &OHgr;, was ein Vergleich mit einer Verstärkerimpedanz von 200 &OHgr; beim oben angegebenen Beispiel ist.) In diesem Fall hängt die differenzielle Ausgangsspannung Vout, die aus Änderungen bezüglich des Photodiodenstroms zwischen optischen Signalen resultiert, die eine "1" und eine "0" darstellen, von der Erhöhung bezüglich der Basis-Emittier-Spannung des Transistors ab, die durch den erhöhten Strom dort hindurch verursacht wird. Diese erhöhte Basis-Emitter-Spannung wird dann durch den Verstärker verstärkt.

Definiert man wiederum den Photodiodenstrom für ein optisches Signal, das eine "1" darstellt, als Is1, und denjenigen für ein optisches Signal, das eine "0" darstellt, als Is0, und nimmt man den Begrenzungsfall, bei welchem das Gesamte des Photodiodenstroms zu der Überlastschutzdiode läuft, ist die differenzielle Ausgangsspannung gegeben durch:

Da der Photodiodenstrom für ein optisches Signal, das eine "1" darstellt, allgemein das Zehnfache von demjenigen für ein optisches Signal ist, das eine "0" darstellt, wie es zuvor diskutiert ist, und mit A1 = 30, wie zuvor, gilt bei Raumtemperatur Vout = 1800 mV.

Somit sind zwischen den zwei oben beschriebenen Fällen, obwohl Eingangssignalpegel um einen Faktor von (5 mA/10 &mgr;A) = 500 erhöht sind, Ausgangssignalpegel nur um einen Faktor von (1800 mV/54 mV) = 33 erhöht.

Somit fällt bei hohen Signalströmen der Widerstand der Diode ab, und mehr vom Signalstrom fließt eher in die Diode als in die Transimpedanz-Verstärkerschaltung. Diese Einstellung findet automatisch statt, da der Signalstrom variiert. Somit ist ein Überlastschutz zur Verfügung gestellt, was den Dynamikbereich der Erfassungsschaltung erhöht. Darüber hinaus kann die Erfassungsschaltung deshalb, weil die Verbindung zur Versorgung bei sowohl AC als auch DC eine niedrige Impedanz hat, sowohl Überlasten eines Hochfrequenzübergangs als auch andauernde, d.h. niederfrequente, Überlasten handhaben.

2 zeigt eine alternative Erfassungsschaltung 22 gemäß der Erfindung, bei welcher eine Erfassungs-Photodiode 24 in Sperrspannung zwischen einer positiven Spannungsversorgung Vc und Erdung angeschlossen ist und wiederum einen Signalstrom Is zieht, der von der Intensität einfallenden Lichts abhängt.

Jedoch wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine differenzielle Transimpedanz-Verstärkerstruktur verwendet. Genauer gesagt ist eine erste Transimpedanz-Verstärkerschaltung 26 an die Kathode der Photodiode 24 angeschlossen und ist eine zweite Transimpedanz-Verstärkerschaltung 28 an die Anode der Photodiode 24 angeschlossen. Die erste Transimpedanz-Verstärkerschaltung 26 enthält einen Verstärker 30 und einen Widerstand 32 und die zweite Transimpedanz-Verstärkerschaltung 28 enthält einen Verstärker 34 und einen Widerstand 36. Die zwei Transimpedanz-Verstärker sind angepasst, wobei sie dieselben Schemata und angepasste Layouts haben. Die Ausgaben von der ersten und der zweiten Transimpedanz-Verstärkerschaltung werden zu einem Differenzialschaltungsverstärkungsblock 38 geführt, der ein differenzielles Ausgangssignal erzeugt.

Jeweilige Überlastschutzdioden, die wiederum aus NPN-Transistoren 40, 42 gebildet sind, deren Basen und Kollektoren miteinander verbunden sind, sind an die Kathode und die Anode der Photodiode 24 angeschlossen. Die Diode 40 ist direkt an eine positive Spannungsversorgung Vcc angeschlossen, während die Diode 42 direkt auf Erde gelegt ist.

Weiterhin sind deshalb, weil die Eingaben zu den zwei Verstärkerschaltungen 26, 28 auf derselben DC-Spannung sein müssen, ihre jeweiligen Eingangssignale von der Photodiode durch jeweilige Kondensatoren 44, 46 bei den Verstärkerschaltungseingängen Ac- bzw. wechselstromgekoppelt.

Vorteilhafterweise kann die in 2 gezeigte Schaltung 22 auf einem einzelnen Chip integriert sein. Alternativ dazu können die Überlastschutzdioden extern zu einem Chip sein, der den Rest der Erfassungsschaltung enthält.

Somit fällt, wie zuvor, bei hohen Signalströmen der Widerstand der Überlastschutzdioden 40, 42 ab, und mehr von dem Signalstrom Is fließt in die Überlastschutzdioden, eher als in die Transimpedanz-Verstärkerschaltungen 26, 28.

Die Schaltungen der 1 und 2 stellen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Allgemein kann oder können die Überlastschutzdiode oder die Überlastschutzdioden durch irgendeinen Schaltungsblock oder irgendein Bauteil ersetzt werden, der bzw. das eine Impedanz hat, die mit dem dort hindurchlaufenden Strom variiert.

3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung, die allgemein ähnlich bzw. gleich zu der Vorrichtung der 1 ist (wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Bauteile anzeigen), wobei die Überlastschutzdiode 14 durch eine Schutzschaltung 60 ersetzt ist.

Wie zuvor kann es in einigen Situationen vorteilhaft sein, einen Kondensator zwischen der Anode der Photodiode 4 und einem Eingang des Verstärkers 6 einzufügen, so dass der Verstärker separat vorgespannt werden kann, um zu der Schaltungsimplementierung und den verfügbaren Versorgungen zu passen.

Gleichermaßen ist die 4 ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung, die allgemein gleich bzw. ähnlich zu der Vorrichtung der 2 ist (wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Bauteile anzeigen), wobei die Überlastschutzdioden 40, 42 durch Schutzschaltungen 62, 64 ersetzt sind.

Beispielsweise kann es in einigen Situationen vorteilhaft sein, den für die Transimpedanz-Verstärkerschaltung verfügbaren Kopfraum zu erhöhen. In diesem Fall können, wie es in 5 gezeigt ist, die Schutzschaltungen 62, 64 die Form von jeweiligen Paaren von in Reihe geschalteten Dioden 66, 68 und 70, 72 annehmen.

Die 6 und 7 zeigen weitere Schaltungen, wobei die Schutzschaltungen unterschiedliche Formen annehmen. In beiden Fällen basieren diese Schaltungen auf der Schaltung der 3, und Bauteile, die dieselben sind wie diejenigen in 3, sind durch dieselben Bezugszeichen indiziert und werden nicht weiter beschrieben werden.

In der Schaltung der 6 enthält die Schutzschaltung 60 einen NPN-Transistor 80, der seinen Kollektoranschluss an die Anode der Photodiode 4 angeschlossen hat, und seinen Emitteranschluss auf Erde gelegt. Ein weiterer NPN-Transistor 82 hat seinen Basisanschluss an den Kollektor des Transistors 80 angeschlossen, und seinen Emitteranschluss an die Basis des Transistors 80 angeschlossen. Der Emitteranschluss des Transistors 82 ist auch über eine Stromquelle 84 auf Erde gelegt. Diese Schaltung lässt zu, dass der Vorspannungspegel so eingestellt wird, dass bei hohen Photodiodenströmen vieles des Stroms zur Erdung abgelenkt wird.

In der Schaltung der 7 enthält die Schutzschaltung 60 einen NPN-Transistor 90, der seinen Kollektoranschluss an die Anode der Photodiode 4 angeschlossen und seinen Emitteranschluss auf Erde gelegt hat. Eine Referenzspannungsquelle 92 niedriger Impedanz ist zwischen dem Basis- und dem Kollektoranschluss des Transistors 90 angeschlossen. Dies lässt zu, dass die Spannung an der Anode der Photodiode 4 auf einen erwünschten Pegel eingestellt wird. Darüber hinaus kann die Referenzspannungsquelle 92 entworfen sein, um der Schaltung eine erwünschten Temperaturkoeffizienten zuzuteilen.

8 zeigt eine weitere Erfassungsschaltung. Wiederum ist die Vorrichtung allgemein gleich zu der Vorrichtung der 1 (wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Bauteile indizieren). In diesem Fall enthält die Schaltung einen AC- bzw. Wechselstromkopplungskondensator 70, der zuvor beschrieben worden ist, aber nicht dargestellt, der zwischen der Anode der Photodiode 4 und einem Eingang des Verstärkers 6 angeschlossen ist.

Zusätzlich ist eine Quelle 72 eines konstanten Stroms Ib zwischen der positiven Spannungsversorgungsschiene und der Anode der Photodiode 4 angeschlossen. Der Vorspannungsstrom Ib erhöht den Strom in der Überlastschutzdiode 14 unabhängig von dem Photodiodenstrom, was bedeutet, dass, vergleicht man einen Eingang "1" und einen Eingang "0", das Verhältnis von Strömen in der Überlastschutzdiode (und somit die differenzielle Ausgangsspannung) im Überlastfall reduziert wird.

Dasselbe Prinzip kann in Schaltungen mit doppeltem Ende verwendet werden. Beispielsweise kann in der Schaltung der 2 eine Stromquelle parallel zu der Photodiode 24 geschaltet sein. Alternativ dazu kann eine erste Stromquelle zwischen der positiven Spannungsversorgungsschiene und der Anode der Photodiode 24 angeschlossen sein, während eine zweite Stromquelle zwischen der Erdungsversorgungsschiene und der Kathode der Photodiode 24 angeschlossen ist.

Die Erfassungsschaltungen sind soweit hierin unter Verwendung von Dioden beschrieben worden, die aus Bipolartransistoren gebildet sind. Es wird erkannt werden, dass gleichermaßen BiCMOS- oder CMOS-Implementierungen möglich sind.

Es ist somit eine Schaltung beschrieben, die auf hohe Eingangssignalpegel dynamisch reagiert, um Überlastströme weg von dem Verstärker abzulenken, um einen weiten Dynamikbereich der Erfassungsschaltung zu erreichen.


Anspruch[de]
  1. Erfassungsschaltung (2), die folgendes aufweist:

    eine Photodiode (4), die einen Strom zieht, der von der Intensität eines Lichtsignals abhängt, das darauf einfällt, wobei der Strom einen erfassbaren Bereich hat;

    eine Schaltung (60) variabler Impedanz, die in Reihe zu der Photodiode (4) geschaltet ist und die an die Photodiode (4) an einem Anschlussknoten angeschlossen ist, wobei die Impedanz der Schaltung (60) variabler Impedanz von dem Strom dort hindurch abhängt;

    eine Transimpedanz-Verstärkerschaltung (6), die einen Transimpedanz-Verstärker (8) und eine Rückkoppelschaltung enthält und die einen Eingang und einen Ausgang hat, wobei der Eingang der Transimpedanz-Verstärkerschaltung (6) an den Anschlussknoten angeschlossen ist und wobei der Ausgang der Transimpedanz-Verstärkerschaltung (6) einen Erfassungsschaltungsausgang (12) bildet;

    wobei die Reihenschaltung aus der Schaltung (60) variabler Impedanz und der Photodiode (4) zwischen einem Paar von Spannungsversorgungsschienen durch einen Anschluss mit einer niedrigen Impedanz bei AC und DC angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass:

    die Eingangsimpedanz der Transimpedanz-Verstärkerschaltung (6): im Vergleich mit der Impedanz der Schaltung (60) variabler Impedanz bei einem Strom unterhalb eines Grenzstroms niedrig ist; mit der Impedanz der Schaltung (60) variabler Impedanz bei einem Grenzstrom übereinstimmt und im Vergleich mit der Impedanz der Schaltung (60) variabler Impedanz bei einem Überlaststrom hoch ist, wobei der Grenzstrom innerhalb des erfassbaren Bereichs liegt, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (60) variabler Impedanz folgendes aufweist:

    einen Transistor (90) und eine Spannungsquelle (92), wobei der Kollektor des Transistors (90) an den Anschlussknoten angeschlossen ist, der Emitter des Transistors (90) an eine Erdungsspannungsversorgungsschiene angeschlossen ist und die Spannungsquelle (92) zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors (90) angeschlossen ist.
  2. Erfassungsschaltung (2) nach Anspruch 1, wobei die Rückkoppelschaltung der Transimpedanz-Verstärkerschaltung (6) einen Widerstand (10) aufweist.
  3. Erfassungsschaltung (2) nach Anspruch 1, die weiterhin einen Kondensator (70) aufweist, der zwischen dem Eingang der Transimpedanz-Verstärkerschaltung (6) und dem Anschlussknoten angeschlossen ist.
  4. Erfassungsschaltung (2) nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (60) variabler Impedanz eine Überlastschutzdiode aufweist.
  5. Erfassungsschaltung (2) nach Anspruch 4, wobei die Überlastschutzdiode einen Bipolartransistor (14) mit einer Basis und einem Kollektor, die miteinander verbunden sind, aufweist.
  6. Erfassungsschaltung (2) nach Anspruch 4, wobei die Überlastschutzdiode direkt an eine Spannungsversorgungsschiene angeschlossen ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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