DE2707341A1

DE2707341A1 - Fibre optics data transmission system - transmits information signals, and normalisation signals in gaps to give continuous transmission

Info

Publication number: DE2707341A1
Application number: DE19772707341
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Spitman; Joachim Ing Grad Wittenburg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-02-19
Filing date: 1977-02-19
Publication date: 1978-08-24

Abstract

The system consists of a transmitter, a glass fibre transmission path and a receiver. A photosensitive component is used at the receiving end, converting optical into electric signals and applying the electrical signals to an amplifier, which in turn delivers amplified signals to a signal processing unit. So long as the transmitter and receiver correspond with each other, the transmitter continuously delivers signals, so that when no information signals are transmitted, balanced normalisation signals are transmitted. Two amplifiers (3, 4) may be used.

Description

Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus Sender, Glasfaser-Übertragungsstrecke und Empfänger bestehendes Glasfaser-Datenübertragungssystem, bei dem empfangsseitig ein fotoempfindliches Empfangselement die optischen Signale in elektrische Signale überführt und diese an einen Verstärker abgibt, der seinerseits die verstärkten Signale an Signalaufbereitungseinrichtungen weitergibt.The present invention relates to a transmitter, fiber optic transmission link and receiver Existing fiber optic data transmission system at the receiving end a photosensitive receiving element converts optical signals into electrical signals transferred and sends this to an amplifier, which in turn amplifies the Forwards signals to signal processing devices.

Glasfaser- oder optische Datenübertragungssysteme erfreuen sich seit einigen Jahren besqnderer Attraktivität, da die Benutzung von Licht zum Übertragen von Meß- oder Steuersignalen über Glasfaser-Kabel gegenüber drahtgebundenen Übertragungsstrecken wegen ihrer hohen Bandbreite, ihrer Nebensprechfreiheit und ihrer Unanfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sonstiger äußerer Störquellen Vorteile bietet.Fiber optic or optical data transmission systems have been enjoying themselves since a few years more attractive because of the use of light for transmission of measurement or control signals via fiber optic cables versus wired transmission links because of their high bandwidth, their freedom from crosstalk and their immunity offers advantages over electromagnetic interference from other external sources of interference.

Darüberhinaus ermöglichen die Eigenschaften kleine Abmessungen und geringes Gewicht einen universellen Einsatz.In addition, the properties allow small dimensions and low weight universal use.

Im allgemeinen besteht ein optisches Datenübertrwgungstystem aus folgenden Komponenten: 1) Informationsentstehungseinrichtungen (z.B. fleßplatz), mit Codiereinrichtungen, 2) Sender mit Halbleiterlaser oder Lumineszenzdioden, die die in Form elektrischer Energie anstehenden Informationen in Form optischer Energie emittieren, 3) Übertragungsstrecke, bestehend aus einer Lichtleit- bzw.In general, an optical data transmission system consists of the following Components: 1) Information generation facilities (e.g. fleßplatz), with coding facilities, 2) Transmitter with semiconductor laser or luminescence diodes, which are in the form of electrical Emit energy pending information in the form of optical energy, 3) transmission path, consisting of a light guide resp.

Glasfaser, 4) Empfänger mit Fotodioden, die die ankommende optische Energie wieder in elektrische Energie umwandeln, 5) Signalwiedergewinnungseinrichtungen, die die umgesetzten elektrischen Signale derart verstärken und in Signalaufbereitungseinrichtungen decodieren, daß die vom Sender abgesetzten Informationen im Empfänger zur Verfügung gestellt werden. Fiber optic, 4) receiver with photodiodes that the incoming optical Converting energy back into electrical energy, 5) signal recovery devices, which amplify the converted electrical signals in this way and in signal processing devices decode that the information sent by the transmitter is available in the receiver be asked.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Empfangsteil einschließlich Signalwiedergewinnungseinrichtungen eines derartigen Glasfaser-Datenübertragungssystems. Die der Erfindung zugrundeliegende spezielle Aufgabe ist es, eine konzeption anzugeben, die ein sicheres und einwandfreies Arbeiten des Empfängers ermöglicht.The present invention relates to the receiving part inclusive Signal recovery devices of such a fiber optic data transmission system. The special task on which the invention is based is to provide a concept which enables the recipient to work safely and flawlessly.

Diese Aufgabe findet ihren Ausgangspunkt darin, daß beispielsweise Exemplarstreuungen bei den optischen Elementen und thermische Einflüsse beim Betrieb den Arbeitspunkt des genannten Verstärkers verändern. Derartige Stabilisierungsprobleme treten insbesondere auch dann auf, wenn der Verstärkungsfaktor bis zur Hauschgrenze angehoben wird, bis zu der Grenze bzw. Empfindlichkeit des Verstärkers also, bei der ein schwaches Signal gerade noch vom Rauschen unterschieden und somit weiterverarbeitbar abgegeben werden kann. Diese- Rauschgrenze spielt auch dann eine Rolle, wenn beispielsweise die Übertragungsstrecke unterbrochen ist.The starting point for this task is that, for example Sample variations in the optical elements and thermal influences during operation change the operating point of the named amplifier. Such stabilization problems occur in particular when the gain factor is up to the Hausch limit is raised, up to the limit or sensitivity of the amplifier which just distinguishes a weak signal from the noise and can therefore be processed further can be delivered. This noise limit also plays a role if, for example the transmission link is interrupted.

Mit der Erfindung soll also ein Konzept dafür gegeben werden, wie der Arbeitspunkt des dem fotoempfindlichen Empfangselement nachgeschalteten Verstärkers ständig optimal eingestellt ist.The invention is therefore intended to provide a concept for how the operating point of the amplifier connected downstream of the photosensitive receiving element is always optimally adjusted.

Mit der Erfindung soll weiter erreicht werden, daß von den Signalaufbereitungseinrichtungen stets nur dann Signale an einE angeschlossene Funktionseinheit weitergegeben werden, wenn einwandfrei feststeht, daß es sich um Nutzsignale handelt.The invention is to further achieve that of the signal processing devices Signals are only passed on to a connected functional unit if it is absolutely certain that the signals are useful.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß, solange Sender und Empfänger miteinander korrespondieren, vom Sender kontinuierlich Signale abgegegeben werden, derart, daß, wenn keine Nutzsignal-Bitfolgen übertragen werden, symmetrische Normiersignale ausgesandt werden.The object on which the invention is based is achieved in that as long as the transmitter and receiver correspond with each other, from the transmitter continuously Signals are output in such a way that if no useful signal bit sequences are transmitted symmetrical normalization signals are sent out.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere die Schaltungskonfigurationen zur Auswertung der Normiersignale, bilden den Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements of the invention, in particular the circuit configurations for evaluating the standardization signals form the subject of the subclaims.

Demzufolge erstreckt sich die Erfindung darauf, daß empfangsseitig erste Schaltmittel vorgesehen sind, die aus den Normiersignalen eine Regelgröße zur dynamischen Arbeitspunkteinstellung des Verstärkers ableiten.Accordingly, the invention extends to that on the receiving side first switching means are provided which generate a controlled variable from the normalization signals to derive the dynamic operating point setting of the amplifier.

Die genannten ersten Schaltmittel sind erfindungsgemäß folgendermaßen realisiert, a) der Verstärker ist ein Differenzverstärker mit zwei zueinander komplementäre binäre Signale abgebenden Ausgängen, dessen einem Eingang das am fotoempfindlichen Empfangselement anstehende, aus dem optischen Signal gebildete, elektrische Signal und dessen zweitem Eingang die Regelgröße zugeführt werden; b) es ist ein Komparator vorgesehen, dem die Ausgangssignale des Differenzverstärkers zugeführt werden und der ausgangsseitig daraus gebildete Rechteckimpulse abgibt; c) es ist ein Integrierglied vorgesehen, das die vom Komparator abgegebenen Rechteckimpulse aufintegriert und die so entstandene Gleichspannung gemeinsam mit einer über eine Spannungsteilerschaltung gebildeten weiteren Gleichspannung als Regelgröße dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers zuführt.The first switching means mentioned are according to the invention as follows realized, a) the amplifier is a differential amplifier with two mutually complementary Outputs emitting binary signals, one input of which is the one at the photosensitive Receiving element pending electrical signal formed from the optical signal and the controlled variable is fed to its second input; b) it is a comparator provided to which the output signals of the differential amplifier are fed and which emits square-wave pulses formed therefrom on the output side; c) it is an integrating link provided that integrates the square-wave pulses emitted by the comparator and the resulting DC voltage together with a voltage divider circuit formed further DC voltage as a control variable to the second input of the differential amplifier feeds.

Erfindungsgemäß ist weiter konzipiert, daß empfangsseitig zweite Schaltmittel vorgesehen sind, die aus den Normiersignalen ein Freigabesignal für die Signalaufbereitungseinrichtung generieren. Diese zweite Schaltmittel werden vorteilhafterweise durch eine Bandpaßschaltung realisiert.According to the invention it is further designed that second switching means on the receiving side are provided, which from the normalization signals an enable signal for the signal processing device to generate. These second switching means are advantageously made up of a bandpass circuit realized.

Die Erfindurg wird im folgenden anhand der Zeichnung sowohl schaltungstechnisch als auch in ihrer Wirkungsweise näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing, both in terms of circuitry as well as explained in more detail in their mode of operation.

Dargestellt ist das enpfangsseitige Ende des Glasfaserkabels 1, an dessen eigentliche« Abschluß die übertragenen optischen Signale austreten. Dem Ende des Glasfaserkabels 1 unmittelbar benachbart ist das fctoempfindliche Empfangselement 2, beispielsweise eine Fotodiode, angeordnet. Diese liegt katodenseitig an einer positiven Versorgungsspannung Y und anodenseitig über einen Schutzwiderstand an Nasse. Mit jedem am Glasfaserkabel 1 austretenden Lichtblitz wird die Fotodiode 2 aktiviert und an Anodenanschluß liegt ein elektrisches Signal an. Dieses elektrische Signal wird dem einen Eingang des Differenzverstärkers 3 zugeführtfi dessen zweiter Eingang mit der Regelgröße beaufschlagt wird. Der Differenzverstärker 3 weist zwei Ausgänge auf, an denen zueinander komplementäre binäre Signale (usa, Ua) anstehen. Im nachfolgenden Komparator 4 werden diese beiden Signale, die nur hinsichtlich ihrer binären Wertigkeit, auf Grund der internen Schaltvorgänge im Verstärker1 nicht aber hinsichtlich ihrer Impuls form exakt komplementär sind, miteinander verglichen. Es wird also die eine Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 3 als Referenzgroße für die andere Ausgangsgröße benutzt.The end of the fiber optic cable 1 on the receiving end is shown whose actual closure the transmitted optical signals emerge. The end directly adjacent to the fiber optic cable 1 is the fcto-sensitive receiving element 2, for example a photodiode, arranged. This is on the cathode side on one positive supply voltage Y and on the anode side via a protective resistor Wet. With every flash of light emerging from the fiber optic cable 1, the photodiode 2 is activated and an electrical signal is applied to the anode connection. This electric The signal is fed to one input of the differential amplifier 3 and its second input The controlled variable is applied to the input. The differential amplifier 3 has two Outputs at which complementary binary signals (usa, Ua) are present. In the following comparator 4, these two signals, which are only in terms of their binary value, due to the internal switching processes in amplifier1 but are exactly complementary in terms of their pulse shape, compared with each other. It thus becomes the one output variable of the differential amplifier 3 as the reference variable used for the other output variable.

Am Ausgang des Komparators 4 werden nun die aus den übertragenen optischen Signalen gewonnenen digitalen elektrischen Signale abgegeben.At the output of the comparator 4 are now transmitted from the optical Signals obtained digital electrical signals output.

Im Falle einer Nutzsignalübertragung sind dies die aus den optischen Signalen gewonnenen digitalen Signale1 aus denen nachfolgend die ursprüngliche Information zurückgebildet und an eine weiterverarbeitende Funktionseinheit abgegeben werden.In the case of a useful signal transmission, these are those from the optical ones Signals obtained digital signals1 from which subsequently the original information can be recovered and transferred to a further processing functional unit.

Im Falle der Übertragung der symmetrischen Normiersignale steht am Ausgang des Komparators 4 eine periodische Rechteckimpulsfolge an.In the case of the transmission of the symmetrical standardization signals, is on Output of the comparator 4 is a periodic square pulse train.

Aus der Rechteckimpulsfolge wird nunmehr in erfindungsgemäßer Weise die Regelgröße abgeleitet, die dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 3 zugeführt wird. Es soll nochmals explizit darauf hingewiesen werden, daß die Regelgröße direkt aus der am Komparatorausgang anstehenden Bitfolge gewonnen wird - also ohne etwaige vorherige Decodierungs- oder Codierungsschritte Die am zweiten Eingang des Differenzverstärkers 3 anstehende Regelgröße wird in einem als RC-Glied aufgebauten Integrierglied 5 gewonnen. Am Ausgang dieses Integriergliedes steht nunmehr auf Grund des symmetrischen Normiersignals und der daraus gebildeten symmetrischen Rechteckimpulsfolge eine Gleichspannung - an.The square-wave pulse sequence now becomes in the manner according to the invention derived the controlled variable, which is fed to the second input of the differential amplifier 3 will. It should be pointed out again explicitly that the controlled variable is direct is obtained from the bit sequence present at the comparator output - i.e. without any previous decoding or coding steps The one at the second input of the differential amplifier 3 pending controlled variable is stored in an integrating element 5 won. At the output of this integrator is now due to the symmetrical Normalizing signal and the symmetrical square-wave pulse sequence formed therefrom DC voltage - on.

Dieser Gleichspannung wird über eine Spannungsteilerschaltung 6 eine zweite Gleichspannung -V' zugeführt, die bei etwa gleichem absolutem Spannungswert gegenüber der im Integrierglied 5 gebildeten Gleichspannung entgegengesetzte Polarität hat. Da der zweite Eingang des Differenzverstärkers 3 für die beiden Gleichspannungen Summenpunkt ist, liegt dann, wenn am Ausgang des Komparators 4 das digitalisierte Normiersignal ansteht, Nullpotential an. In diesem Falle wird also das im fotoempfindlichen Empfangselement 2 identifizierte Signal im Differenzverstärker 3 direkt verstärkt und das Ausgangssignal am Komparator 4 ist eine hinsichtlich des Informationsgehaltes getreue Nachbildung der vom Glasfaserkabel 1 kommenden Information. Verschiebt sich nun der Arbeitspunkt des Verstärkers 3, so resultiert daraus eine Veränderung seiner Ausgangssignale und eine Veränderung des am Ausgang des Komparators 4 anstehenden Rechteckimpulsfolge. Über das Integrierglied 5 und die Spannungsteilerschaltung 6 wird nun eine Regel- bzw. Referenzgröße gebildet, die eine Nachstellung bzw. Nachführung des Arbeitspunktes des Differenzverstärkers 3 zur Folge hat. Ist der Arbeitspunkt sodann nachgeregelt, so wird bei einer Normiersignalübertragung auch wieder eine symmetrische Rechteckimpulsfolge am Ausgang des Komparators 4 anstehen und der zweite Eingang des Differenzverstärkers 3 liegt wieder auf Potential Null.This DC voltage is a voltage divider circuit 6 a second DC voltage -V 'supplied, which at approximately the same absolute voltage value opposite polarity with respect to the direct voltage formed in the integrating element 5 Has. Since the second input of the differential amplifier 3 for the two DC voltages Sum point is, if at the output of the comparator 4 the digitized normalization signal is present, zero potential present. In this case it will thus the signal identified in the photosensitive receiving element 2 in the differential amplifier 3 amplified directly and the output signal at the comparator 4 is a respect the information content faithful replica of the coming from the fiber optic cable 1 Information. If the operating point of the amplifier 3 now shifts, this results from this a change in its output signals and a change in the output of the comparator 4 pending square pulse train. About the integrator 5 and the voltage divider circuit 6 is now a control or reference variable formed, an adjustment or tracking of the operating point of the differential amplifier 3 entails. If the operating point is then readjusted, a normalization signal transmission Again, a symmetrical square pulse train is present at the output of the comparator 4 and the second input of the differential amplifier 3 is again at zero potential.

Mit der vorliegenden Erfindung wird also eine überraschend einfache Schaltungskonzeption zur dynamischen Anpassung des Arbeitspunktes des Verstärkers 3 an sich ändernde Verhältnisse angegeben.The present invention thus becomes a surprisingly simple one Circuit design for dynamic adjustment of the amplifier's operating point 3 given in changing conditions.

Der Vollständigkeit halber soll im folgenden noch die Zusammenarbeit zwischen Sender und Empfänger des optischen Datenübertragungssystems gemäß der Erfindung beschrieben werden.For the sake of completeness, the following will describe the cooperation between transmitter and receiver of the optical data transmission system according to the invention to be discribed.

Solange Sender und Empfänger miteinander verbunden sind, werden in erfindungsgemäßer Weise Signale übertragen, und zwar entweder Nutzsignale oder Normiersignale. Beim Zusaamenkoppeln des Gesamtsystems seien es zunächst Normiersignale, die kontinuierlich übertragen werden. Hat nun beispielsweise ein Meßplatz Daten zur weiteren Verarbeitung in einer empfangsseitig angeschlossenen Funktionseinheit generiert, so muß natürlich dem Empfänger mitgeteilt werden, daß die nachfolgenden Daten Informationsdaten sind, damit nicht etwa Normiersignale als Informationsdaten interpretiert werden. Zu diesem Zweck werden den Informationsdaten jeweils eine bestimmte Bitkombination als Präampel und eine weitere Bitkombination als Postampel vorangestellt bzw. nachgehängt. So erfährt der Empfänger, daß die zwischen Prä- und Postampel übertragenen Signale Informationsdaten, also Nutzsignale, sind. Im Anschluß an eine Postampel werden wiederum Normiersignale übertragen, damit der Verstärker gegebenenfalls wieder bezüglich seines Arbeitspunktes optimiert wird. An dieser Stelle soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Zeitkonstante des Integriergliedes im Rückführungsnetzwerk natürlich so gewählt sein muß, daß die daraus resultierende Trägheit eine Verschiebung des Arbeitspunktes während der Übertragung von Nutzsignalen vermeidet. Dies bedeutet, mit anderen Worten ausgedrückt, daß die Folgen von Nutzsignalen nicht so lang. sein dürfen, daß etwa der Arbeitspunkt sich während der Übertragungszeit für Nutzinformationen verschiebt, Ist nun beispielsweise die Glasfaserleitung noch nicht angeschlossen, der Empfänger des gesamten Übertragungssystems aber aktiv, oder ist die Glasfaserleitung gebrochen, so besteht die Möglichkeit bzw. Gefahr, daß die Rauschsignale des Verstärkers als Nutzsignale ausgewertet und fälschlicherweise der angeschlossenen Funktionseinheit zugeführt werden. Dies zu verhindern ist die Aufgabe der dem Komparator nachgeschalteten Bandpaßschaltung 7.As long as the transmitter and receiver are connected to each other, in transmit signals according to the invention, either useful signals or normalizing signals. When the overall system is coupled together, it is initially normalizing signals that are continuous be transmitted. For example, a measuring station now has data for further processing generated in a functional unit connected on the receiving side, so must of course the recipient is informed that the following data is information data, so that normalization signals are not interpreted as information data. To this The purpose of the information data is to use a specific bit combination as a preamble and another bit combination as a post traffic light in front or after. So the receiver learns that the signals transmitted between the pre- and post-traffic lights Information data, i.e. useful signals, are. Following a post traffic light will be in turn, normalizing signals are transmitted so that the amplifier can again with respect to if necessary its working point is optimized. This should be pointed out at this point that the time constant of the integrator in the feedback network is natural must be chosen so that the resulting inertia causes a shift in the Avoids operating point during the transmission of useful signals. This means, in other words, that the sequences of useful signals are not so long. be allowed that about the working point is during the transmission time for useful information shifts, If, for example, the fiber optic cable is not yet connected, the receiver of the entire transmission system is active or the fiber optic line is active broken, there is the possibility or danger that the noise signals of the amplifier evaluated as useful signals and incorrectly the connected Functional unit are fed. It is the task of the downstream comparator to prevent this Bandpass circuit 7.

Dieser Bandpaß besteht aus einer Schaltungskonfiguration, die gewissermaßen auf die Normiersignale bzw. deren am Ausgang des Komparators 4 anstehende rechteckige Pendants abgestimmt ist.This bandpass filter consists of a circuit configuration that to a certain extent to the normalization signals or their rectangular signals present at the output of the comparator 4 Counterpart is matched.

Am Ausgang der Bandpaßschaltung 7 steht somit dann und nur dann ein Signal an, wenn am Eingang Normiersignale eintreffen. Dieses Ausgangssignal wird als Freigabesignal für die Signalaufbereitungseinrichtung 8 benutzt, d.h. diese Einrichtung gibt nur dann die übertragene Information I einschließlich des mitübertragenen Taktes T ab, wenn durch eine vorhergegangene Identifizierung von Normiersignalen feststeht, daß Sender und Empfänger miteinander korrespondieren, daß es sich also nicht um Rauschsignale handelt.At the output of the bandpass circuit 7 there is then and only then a Signal on when standardization signals arrive at the input. This output signal is used as an enable signal for the signal conditioning device 8, i.e. this The device only gives the transmitted information I including the transmitted information Clock T from, if by a previous identification of normalizing signals it is certain that the sender and receiver correspond with one another, that is, that they are is not about noise signals.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß durch die Ausfüllung der Zeiten zwischen Nutzsignalfolgen mittels symmetrischen Normiersignalen einerseits eine stets optimal eingestellte Empfängerverstärkerstufe zur Verfügung steht und andererseits gewährleistet ist, daß nur Nutzsignale an eine angeschlossene weiterverarbeitende Funktionseinheit abgegeben werden.In summary, it can be stated that by filling out the times between useful signal sequences by means of symmetrical normalizing signals on the one hand an optimally set receiver amplifier stage is available and on the other hand it is guaranteed that only useful signals are sent to a connected further processing Functional unit are delivered.

Claims

B =; S Claims From From Transmitter, fiber optic transmission link and receiver Existing fiber optic data transmission system at the receiving end a photosensitive receiving element converts optical signals into electrical signals transferred and sends this to an amplifier, which in turn amplifies the Forwards signals to signal processing devices, characterized in that, as long as the transmitter and receiver correspond with each other, from the transmitter continuously Signals are output in such a way that, if no useful signal bit sequences are transmitted symmetrical normalization signals are sent out.

2. Glass fiber data transmission system according to claim 1, characterized in that that first switching means are provided on the receiving side, which are derived from the standardization signals Derive a controlled variable for the dynamic setting of the operating point of the amplifier.

3. Glass fiber data transmission system according to claim 2, characterized in that that the first switching means realized by the following circuit configurations are, a) the amplifier is a differential amplifier with two mutually complementary Outputs emitting binary signals, one input of which is the one at the photosensitive Receiving element pending electrical signal formed from the optical signal and the controlled variable is fed to its second input; b) it is a comparator provided to which the output signals of the differential amplifier are fed and which emits square-wave pulses formed therefrom on the output side; c) it is an integrating link provided that integrates the square-wave pulses emitted by the comparator and the resulting DC voltage together with a voltage divider circuit formed further DC voltage as a control variable to the second input of the differential amplifier feeds.

4. Glass fiber data transmission system according to claim 1, characterized in that that second switching means are provided on the receiving side, which are derived from the standardization signals generate an enable signal for the signal conditioning device.

5. Glass fiber data transmission system according to claim 4, characterized in that that the second switching means are implemented by a bandpass circuit.

6. Glass fiber data transmission system according to claim 3 and 5, characterized characterized in that the bandpass circuit is connected downstream of the comparator, the is in turn connected on the output side to the signal processing devices.