專利名稱:通過在數字主信號上疊加模擬子信息信號來驅動一發光元件的驅動電路的制作方法
本發明涉及一發光元件的驅動電路，更具體地說是涉及一用一個在一數字主信號的脈沖串上疊加一模擬子信息信號而產生的信號來驅動一發光元件的驅動電路，該模擬子信息信號的頻率低于該主信號的位速率。
在現有技術的這類的光學調制電路中，使用了這樣一種發光元件驅動電路，它包括有二個其發射結互相連接的晶體管(見日本專利公開No.57-171854)。除了發光元件驅動電路的兩個晶體管外，其中一晶體管(第一晶體管)的集電極連接有該發光元件，這樣當第一晶體管導通時，另一個(第二個晶體管)截止，反之亦然。數字主信號被送至任一晶體管的基極，例如是第一晶體管的基極，第一晶體管分別根據數字主信號的高電平“1”或低電平“0”來導通和截止從而接通和斷開該發光元件。低頻模擬子信息信號被提供給第一和第二晶體管的共同發射極端，根據該模擬子信息信號的幅度來控制流至發光元件的電流，從而調制發光元件的光強。
但是，如果由于電路故障或其他任何原因妨礙了數字主信號的供給，則第一晶體管將保持截止，將沒有驅動電流提供給發光元件。因此現有技術的光調制電路的缺點是不能傳輸模擬子信息信號，從而當數字主信號被阻斷時不能傳輸包含在模擬子信息信號中的監控信息之類的信息。
并且，由于現有技術的光調制電路沒有反饋電路來防止供給驅動電路的模擬子信息信號的幅度波動，故它所具有的另一個缺點是光信號的模擬子信息信號分量由于該模擬子信息信號的幅度波動而不穩定。
本發明的一個目的是提供一種發光元件驅動電路，該電路通過在一數字主信號上疊加一模擬子信息信號來驅動發光元件，從而即使在數字主信號被阻斷時，也能使模擬子信息信號作為一個光信號而被傳輸。
本發明的另一個目的是提供這樣一種發光元件驅動電路，該電路在數字主信號被阻斷時模擬子信息信號以改善了的信噪比(S/N)進行傳輸。
本發明還有一個目的是提供目的在于穩定光信號的模擬子信息信號分量的一種發光元件驅動電路。
根據本發明，提供了這樣一種發光元件驅動電路，該電路包括一發光元件;通過在包括“1”和“0”的一位序列的數字主信號上，疊加一頻率低于該數字主信號的位速率的模擬子信息信號，來驅動該發光元件的驅動器裝置;用于檢測該數字主信號的輸入被阻斷的輸入阻斷檢測器裝置;和增益受控放大器裝置，它用于響應所述輸入的阻斷，使模擬子信息信號的幅度比在數字主信號的輸入被阻斷以前更大。
根據本發明的更具體的特征，發光元件驅動電路還包括一光接收元件，用于接收發光元件的部分輸出光束，并把它轉換成電信號;用于從被轉換的電信號檢測模擬子信息信號的幅度分量的檢測器裝置;和根據被檢測器裝置檢測出的幅度分量，來產生一個控制增益受控放大器裝置的增益的信號的裝置。
從下面結合附圖的詳細描述，可以對本發明有更好的理解。
圖1所示是本發明的第一最佳實施例的方框圖;
圖2所示是數字主信號的波形圖;
圖3所示是模擬子信息信號的波形圖;
圖4所示是被提供給在圖1中所示的發光元件驅動電路中使用的激光二極管的驅動信號波形圖;
圖5是說明所注入的電流-光輸出特性和圖1所示發光元件驅動電路中使用的激光二極管的工作的圖;
圖6是一電路圖，包括說明圖1所示發光元件驅動電路的細節的部分方框圖;
圖7所示是當數字主信號被阻斷時的驅動信號波形圖;
圖8所示是本發明第二最佳實施例的方框圖;以及圖9所示是用在圖8所示的發光元件驅動電路中的增益控制信號發生器電路的方框圖。
現在參閱附圖詳細描述本發明的最佳實施例。
參閱圖1，本發明的第一最佳實施例包括有一激光二極管1;一驅動電路2，用于用在一數字主信號a上疊加一模擬子信息信號c而產生的一信號來驅動激光二極管1;一光接收元件3，用以監控激光二極管1的輸出光束;一偏壓控制電路4，用于響應被監控的輸出光束，將一規定的偏壓電流Id提供給激光二極管1;一輸入阻斷檢測器電路5，用于檢測數字主信號的阻斷;一增益控制信號發生器電路6，用于根據電路5的輸出e產生一信號f來控制增益受控放大器7的增益;以及增益受控放大器7，用于放大模擬子信息信號g，其增益根據信號f而進行控制。雖然在本具體實施例中使用了一激光二極管作為發光元件，也同樣可以使用一發光二極管(LED)。
數字主信號a是一個由“1”和“0”的一位序列組成的高速信號，在本實施例中使用了一140兆位/秒的語言PCM(脈沖編碼調制)信號。模擬子信息信號g是一個頻率比數字主信號a的位速率低的正弦波監控信號。模擬子信息信號也可以是一個單頻率信號，或是一個由多個具有不同頻率的信號在一時間軸上合并組成的信號。
在正常工作時，驅動電路2通過用模擬子信息信號c(圖3所示)幅度調制數字主信號a(圖2所示)產生圖4中所示的一驅動信號，并用該驅動信號驅動激光二極管1，激光二極管1的輸出光束部分地由監控光接收元件3進行檢測，而且偏壓控制電路4根據檢測輸出控制激光二極管1的偏壓電流，偏壓控制電路4的詳細情況在美國專利No.4，009，385中有描述。
圖5是說明注入的電流I與激光二極管1的光輸出p之間關系的特性的圖。圖中Id是從偏壓控制電路4提供的偏壓電流，并設置成略微小于閾值電流Ith。激光二極管1在接收供給的偏流Id期間響應從驅動電路2供給的驅動信號，產生一光輸出信號Po。同時只要有數字主信號a供給，輸入阻斷檢測器電路5就不產生信號b，而產生第一電平的信號e。根據信號e的電平，增益控制信號發生器電路6產生增益控制信號f，并且增益受控放大器7設置一對應于信號f的增益，放大模擬子信息信號g，以輸出信號c。在這種情況下，為了保證數字主信號a的高信噪比S/N，信號c的幅度設置成稍微小于數字主信號a的幅度。
當數字主信號a被阻斷時，輸入阻斷檢測器電路5將它的輸出信號b供給驅動電路2，同時將信號e電平設置在高于第一電平的第二電平。信號b的電平是恒定的，接近于數字主信號的“1”電平。第二電平的信號e供給增益控制信號發生器電路6，該電路這樣進行控制以便提高增益受控放大器7的增益。該增益設置成大于正常工作的增益。這樣由激光二極管1發出的光束的模擬子信息信號分量的信噪比S/N被提高，進一步便于在接收端的模擬子信息信號的檢測。
圖6是說明圖1所示主電路的細節的方框圖。參閱圖6，驅動電路2具有電流轉換型的晶體管11和12，其公共發射極與晶體管15的集電極相連接，激光二極管1連接至晶體管11的集電極，并接收來自偏壓控制電路4的偏壓電流Id。參考號碼13，14，16和17代表電阻器，而Vo和E分別表示參考電壓和電源電壓。
數字主信號a被提供給晶體管11的基極。當其電平是“1”(地電平)時，晶體管11導通(晶體管12截止)而當其電平是“0”(負電源電平)時，晶體管11截止(晶體管12導通)。模擬子信息信號c被供給晶體管15的基極，晶體管15的集電極電流跟隨模擬子信息信號的幅度而變化。因此，提供給激光二極管1的信號(如圖4所示)是一個用模擬子信息信號幅度調制數字主信號產生的結果信號。
輸入阻斷檢測器電路5包括有一峰值檢測器51，以檢測數字主信號a的峰值電平;一比較器52，用于將該峰值電平與一低電平參考電壓V1進行比較;和一控制信號發生器53，用于產生信號b和e。在有數字主信號a提供時，峰值檢測器51每當峰值被檢測時就保持該電平。只要有數字主信號被供應，這一保持了的電平就決不會降落低于供給比較器52的參考電壓V1。在這種情況下，控制信號發生器53不產生信號b，并設置信號e在第一電平。
同時，如果數字主信號a由于電路故障之類原因而不能供給時，峰值檢測器51將成為不能將峰值電平保持在規定的水平，因此峰值電平將降落到參考電壓V1以下。所以，響應比較器52的輸出，控制信號發生器53將產生高電平信號b，其電平接近于數字主信號a的“1”電平，并將該信號提供給晶體管11的基極，把信號e設置在第二電平。
通過放大器60放大信號e的電平和參考電壓V2之間的電位差，增益控制信號發生器電路6產生信號f。在信號e在第二電平時信號f的電壓高于其在信號e在第一電平時的電壓。
增益受控放大器7包括有一個晶體管71，該晶體管的集電極電流隨著信號f的電壓而變化;一晶體管73，在它的基極提供有模擬子信息信號g;一晶體管74，其發射極通過電阻器與晶體管73的發射極相連接，而在它的基極提供有一參考電壓V3;和電阻器72，75，76，77，78，79和80，以及一輸出耦合電容器81。通過放大模擬子信息信號g而提供的信號c，經過電容器81被提供給驅動電路2的晶體管15的基極。增益受控放大器7的增益隨著晶體管71的集電極電流而變化。現在假設信號e處于第一電平，晶體管71的集電極電流將有一相對較低的電流強度，且增益也將被設置得低一些。但是，如果信號e是處在第二電平，則晶體管71的集電極電流將變得較大，那么增益也將高一些。因此，如果數字主信號被阻斷的話，增益受控放大器7的增益將提高，并且提供給驅動電路2的模擬子信息信號c的幅度將擴大。
同時，當數字主信號a被阻斷時，由于信號b的電平那時是高的，則由驅動電路2提供給激光二極管1的驅動信號將成為具有層調制幅度的信號i(如圖7所示)。信號b的高電平的理由是要使晶體管11導通，并使模擬子信息信號具有較大的幅度。
現在參閱圖8，本發明的第二最佳實施例包括了圖1所示的第一實施例的電路外，還包括了用于消除模擬子信息信號g的幅度波動的電路。
因此第二實施例用一反饋回路來檢測模擬子信息信號的幅度，該反饋回路包括一低通濾波器8，一放大器電路9和一峰值電平檢測器電路10，以便這樣控制增益受控放大器7的增益，使得將信號c的幅度在數字主信號被阻斷前與后保持在各自相應的恒定水平。
由用于監控激光二極管1的光輸出的光電二極管組成的光接收元件3的輸出提供給低通濾波器8，在那里將低頻的模擬子信息信號取出。被取出的模擬子信息信號由放大器電路9放大至一規定的幅度，該模擬子信息信號的峰值幅度由峰值電平檢測器電路10進行檢測并加以輸出。在那里被檢測的峰值被檢測電壓h被提供給增益控制信號發生器電路6，電路6將電壓h與來自輸入阻斷檢測器電路12的信號e的電壓進行比較，以輸出一個相當于其差的增益控制信號f。該增益控制信號f輸出到增益受控放大器7，一模擬子信息信號g也提供給此放大器7，其增益是這樣受控制的，以便能減小信號e的電壓與峰值被檢測電壓的電壓差，在所有時間里保持被輸出的模擬子信息信號c的幅度的恒定。該信號c被提供給發光元件驅動電路1被疊加在數字主信號a上。
圖9所示是用于圖8所示實施例中的增益控制信號發生器電路6的方框圖。
參閱圖9，比較器61將從輸入阻斷檢測器電路5提供的信號e與參考電壓V2進行比較，產生一相當于它們之差值的輸出信號。比較器61的輸出通過電阻器63被送至一運算放大器62的同相輸入端，而峰值電平檢測器電路10的輸出h通過電阻器64被送至運算放大器62的倒相輸入端，這二輸出信號之差由電阻器64與電阻器65之阻值比所確定的放大率而加以放大，產生增益控制信號f。
由于模擬子信息信號g的幅度提高，信號h的電壓上升，在此時，由于運算放大器62放大倒相的電平的輸入信號，故增益控制信號f的電壓降落，結果增益受控放大器7的增益下降，且模擬子信息信號的幅度下降。
相反，如果模擬子信息信號g的幅度下降，增益控制信號f的電壓將上升，且增益受控放大器7的增益將上升，結果模擬子信息信號的幅度就提高。因此就這樣實現控制使模擬子信息信號的幅度保持恒定。
綜上所述，本發明具有這樣的優點，即即使在輸入數字主信號被阻斷時，也能使模擬子信息信號被發送出去，以及通過提高其調制幅度改善模擬子信息信號的信噪比S/N。
由于在正常工作期間和當輸入被阻斷時，模擬子信息信號的幅度都被保持在其各自相應的恒定水平，使其調制的程度得到穩定。
權利要求
1.一種發光元件驅動電路，其特征在于它包括一發光元件；通過在包括“1”和“0”的一位序列的數字主信號上疊加一其頻率低于所述數字主信號的位速率的模擬子信息信號，來驅動所述發光元件的驅動器裝置；用于檢測所述數字主信息的輸入的阻斷的輸入阻斷檢測器裝置；以及響應所述輸入阻斷，使所述模擬子信息信號的幅度比在所述數字主信號輸入阻斷以前更大的增益受控放大器裝置。
2.如權利要求
1所述的發光元件驅動電路，其特征在于它還包括用于用所述的模擬子信息信號幅度調制所述的數字主信號，以產生一驅動信號的裝置。
3.如權利要求
1所述的發光元件驅動電路，其特征在于所述的輸入阻斷檢測器裝置響應所述輸入阻斷的檢測，向所述的驅動器裝置提供一電平接近于“1”電平的信號，代替所述的數字主信號，并同時向所述增益受控放大器裝置提供一控制信號以提高其增益。
4.如權利要求
1所述的發光元件驅動電路，其特征在于它還包括一用于接受所述發光元件的部分輸出光束，并把它轉換成一電信號的光接收元件;用于從所述的電信號中檢測所述模擬子信息信號的幅度分量的檢測器裝置，以及用于根據由所述檢測器裝置檢測出的幅度分量，產生一信號來控制所述增益受控放大器裝置的增益的裝置。
5.如權利要求
4所述的發光元件驅動電路，其特征在于所述的驅動器裝置還包括用所述模擬子信息信號幅度調制所述數字主信號，以產生一驅動信號的裝置。
6.如權利要求
4所述的發光元件驅動電路，其特征在于所述輸入阻斷檢測器裝置響應所述輸入阻斷的檢測;向所述驅動器裝置提供一電平接近于“1”電平的信號，代替所述的數字主信號，并同時向所述增益受控放大器裝置提供一控制信號以提高其增益。
專利摘要
一通過在數字主信號上疊加模擬子信息信號來驅動發光元件的驅動電路，，它包括一發光元件，驅動發光元件的驅動器裝置，輸入阻斷檢測器裝置，增益控制信號發生器裝置，增益受控放大器等。其優點是當所述檢測器裝置檢測到數字模擬主信號被阻斷時，使所述發生器產生一控制信號使增益受控放大器的增益提高，從而使模擬子信息信號幅度比在數字主信號被阻斷前更大，改善了其信噪比，同時檢測器裝置還產生另一信號，使模擬信號能被發送出去。
文檔編號H04B10/06GK87105899SQ87105899
公開日1988年3月9日 申請日期1987年8月26日
發明者田島勉, 濱中徹 申請人:日本電氣株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan