通过在数字主信号上叠加模拟子信息信号来驱动一发光元件的驱动电路的制作方法

专利名称:通过在数字主信号上叠加模拟子信息信号来驱动一发光元件的驱动电路的制作方法
本发明涉及一发光元件的驱动电路，更具体地说是涉及一用一个在一数字主信号的脉冲串上叠加一模拟子信息信号而产生的信号来驱动一发光元件的驱动电路，该模拟子信息信号的频率低于该主信号的位速率。
在现有技术的这类的光学调制电路中，使用了这样一种发光元件驱动电路，它包括有二个其发射结互相连接的晶体管(见日本专利公开No.57-171854)。除了发光元件驱动电路的两个晶体管外，其中一晶体管(第一晶体管)的集电极连接有该发光元件，这样当第一晶体管导通时，另一个(第二个晶体管)截止，反之亦然。数字主信号被送至任一晶体管的基极，例如是第一晶体管的基极，第一晶体管分别根据数字主信号的高电平“1”或低电平“0”来导通和截止从而接通和断开该发光元件。低频模拟子信息信号被提供给第一和第二晶体管的共同发射极端，根据该模拟子信息信号的幅度来控制流至发光元件的电流，从而调制发光元件的光强。
但是，如果由于电路故障或其他任何原因妨碍了数字主信号的供给，则第一晶体管将保持截止，将没有驱动电流提供给发光元件。因此现有技术的光调制电路的缺点是不能传输模拟子信息信号，从而当数字主信号被阻断时不能传输包含在模拟子信息信号中的监控信息之类的信息。
并且，由于现有技术的光调制电路没有反馈电路来防止供给驱动电路的模拟子信息信号的幅度波动，故它所具有的另一个缺点是光信号的模拟子信息信号分量由于该模拟子信息信号的幅度波动而不稳定。
本发明的一个目的是提供一种发光元件驱动电路，该电路通过在一数字主信号上叠加一模拟子信息信号来驱动发光元件，从而即使在数字主信号被阻断时，也能使模拟子信息信号作为一个光信号而被传输。
本发明的另一个目的是提供这样一种发光元件驱动电路，该电路在数字主信号被阻断时模拟子信息信号以改善了的信噪比(S/N)进行传输。
本发明还有一个目的是提供目的在于稳定光信号的模拟子信息信号分量的一种发光元件驱动电路。
根据本发明，提供了这样一种发光元件驱动电路，该电路包括一发光元件;通过在包括“1”和“0”的一位序列的数字主信号上，叠加一频率低于该数字主信号的位速率的模拟子信息信号，来驱动该发光元件的驱动器装置;用于检测该数字主信号的输入被阻断的输入阻断检测器装置;和增益受控放大器装置，它用于响应所述输入的阻断，使模拟子信息信号的幅度比在数字主信号的输入被阻断以前更大。
根据本发明的更具体的特征，发光元件驱动电路还包括一光接收元件，用于接收发光元件的部分输出光束，并把它转换成电信号;用于从被转换的电信号检测模拟子信息信号的幅度分量的检测器装置;和根据被检测器装置检测出的幅度分量，来产生一个控制增益受控放大器装置的增益的信号的装置。
从下面结合附图的详细描述，可以对本发明有更好的理解。
图1所示是本发明的第一最佳实施例的方框图;
图2所示是数字主信号的波形图;
图3所示是模拟子信息信号的波形图;
图4所示是被提供给在图1中所示的发光元件驱动电路中使用的激光二极管的驱动信号波形图;
图5是说明所注入的电流-光输出特性和图1所示发光元件驱动电路中使用的激光二极管的工作的图;
图6是一电路图，包括说明图1所示发光元件驱动电路的细节的部分方框图;
图7所示是当数字主信号被阻断时的驱动信号波形图;
图8所示是本发明第二最佳实施例的方框图;以及图9所示是用在图8所示的发光元件驱动电路中的增益控制信号发生器电路的方框图。
现在参阅附图详细描述本发明的最佳实施例。
参阅图1，本发明的第一最佳实施例包括有一激光二极管1;一驱动电路2，用于用在一数字主信号a上叠加一模拟子信息信号c而产生的一信号来驱动激光二极管1;一光接收元件3，用以监控激光二极管1的输出光束;一偏压控制电路4，用于响应被监控的输出光束，将一规定的偏压电流Id提供给激光二极管1;一输入阻断检测器电路5，用于检测数字主信号的阻断;一增益控制信号发生器电路6，用于根据电路5的输出e产生一信号f来控制增益受控放大器7的增益;以及增益受控放大器7，用于放大模拟子信息信号g，其增益根据信号f而进行控制。虽然在本具体实施例中使用了一激光二极管作为发光元件，也同样可以使用一发光二极管(LED)。
数字主信号a是一个由“1”和“0”的一位序列组成的高速信号，在本实施例中使用了一140兆位/秒的语言PCM(脉冲编码调制)信号。模拟子信息信号g是一个频率比数字主信号a的位速率低的正弦波监控信号。模拟子信息信号也可以是一个单频率信号，或是一个由多个具有不同频率的信号在一时间轴上合并组成的信号。
在正常工作时，驱动电路2通过用模拟子信息信号c(图3所示)幅度调制数字主信号a(图2所示)产生图4中所示的一驱动信号，并用该驱动信号驱动激光二极管1，激光二极管1的输出光束部分地由监控光接收元件3进行检测，而且偏压控制电路4根据检测输出控制激光二极管1的偏压电流，偏压控制电路4的详细情况在美国专利No.4，009，385中有描述。
图5是说明注入的电流I与激光二极管1的光输出p之间关系的特性的图。图中Id是从偏压控制电路4提供的偏压电流，并设置成略微小于阈值电流Ith。激光二极管1在接收供给的偏流Id期间响应从驱动电路2供给的驱动信号，产生一光输出信号Po。同时只要有数字主信号a供给，输入阻断检测器电路5就不产生信号b，而产生第一电平的信号e。根据信号e的电平，增益控制信号发生器电路6产生增益控制信号f，并且增益受控放大器7设置一对应于信号f的增益，放大模拟子信息信号g，以输出信号c。在这种情况下，为了保证数字主信号a的高信噪比S/N，信号c的幅度设置成稍微小于数字主信号a的幅度。
当数字主信号a被阻断时，输入阻断检测器电路5将它的输出信号b供给驱动电路2，同时将信号e电平设置在高于第一电平的第二电平。信号b的电平是恒定的，接近于数字主信号的“1”电平。第二电平的信号e供给增益控制信号发生器电路6，该电路这样进行控制以便提高增益受控放大器7的增益。该增益设置成大于正常工作的增益。这样由激光二极管1发出的光束的模拟子信息信号分量的信噪比S/N被提高，进一步便于在接收端的模拟子信息信号的检测。
图6是说明图1所示主电路的细节的方框图。参阅图6，驱动电路2具有电流转换型的晶体管11和12，其公共发射极与晶体管15的集电极相连接，激光二极管1连接至晶体管11的集电极，并接收来自偏压控制电路4的偏压电流Id。参考号码13，14，16和17代表电阻器，而Vo和E分别表示参考电压和电源电压。
数字主信号a被提供给晶体管11的基极。当其电平是“1”(地电平)时，晶体管11导通(晶体管12截止)而当其电平是“0”(负电源电平)时，晶体管11截止(晶体管12导通)。模拟子信息信号c被供给晶体管15的基极，晶体管15的集电极电流跟随模拟子信息信号的幅度而变化。因此，提供给激光二极管1的信号(如图4所示)是一个用模拟子信息信号幅度调制数字主信号产生的结果信号。
输入阻断检测器电路5包括有一峰值检测器51，以检测数字主信号a的峰值电平;一比较器52，用于将该峰值电平与一低电平参考电压V1进行比较;和一控制信号发生器53，用于产生信号b和e。在有数字主信号a提供时，峰值检测器51每当峰值被检测时就保持该电平。只要有数字主信号被供应，这一保持了的电平就决不会降落低于供给比较器52的参考电压V1。在这种情况下，控制信号发生器53不产生信号b，并设置信号e在第一电平。
同时，如果数字主信号a由于电路故障之类原因而不能供给时，峰值检测器51将成为不能将峰值电平保持在规定的水平，因此峰值电平将降落到参考电压V1以下。所以，响应比较器52的输出，控制信号发生器53将产生高电平信号b，其电平接近于数字主信号a的“1”电平，并将该信号提供给晶体管11的基极，把信号e设置在第二电平。
通过放大器60放大信号e的电平和参考电压V2之间的电位差，增益控制信号发生器电路6产生信号f。在信号e在第二电平时信号f的电压高于其在信号e在第一电平时的电压。
增益受控放大器7包括有一个晶体管71，该晶体管的集电极电流随着信号f的电压而变化;一晶体管73，在它的基极提供有模拟子信息信号g;一晶体管74，其发射极通过电阻器与晶体管73的发射极相连接，而在它的基极提供有一参考电压V3;和电阻器72，75，76，77，78，79和80，以及一输出耦合电容器81。通过放大模拟子信息信号g而提供的信号c，经过电容器81被提供给驱动电路2的晶体管15的基极。增益受控放大器7的增益随着晶体管71的集电极电流而变化。现在假设信号e处于第一电平，晶体管71的集电极电流将有一相对较低的电流强度，且增益也将被设置得低一些。但是，如果信号e是处在第二电平，则晶体管71的集电极电流将变得较大，那么增益也将高一些。因此，如果数字主信号被阻断的话，增益受控放大器7的增益将提高，并且提供给驱动电路2的模拟子信息信号c的幅度将扩大。
同时，当数字主信号a被阻断时，由于信号b的电平那时是高的，则由驱动电路2提供给激光二极管1的驱动信号将成为具有层调制幅度的信号i(如图7所示)。信号b的高电平的理由是要使晶体管11导通，并使模拟子信息信号具有较大的幅度。
现在参阅图8，本发明的第二最佳实施例包括了图1所示的第一实施例的电路外，还包括了用于消除模拟子信息信号g的幅度波动的电路。
因此第二实施例用一反馈回路来检测模拟子信息信号的幅度，该反馈回路包括一低通滤波器8，一放大器电路9和一峰值电平检测器电路10，以便这样控制增益受控放大器7的增益，使得将信号c的幅度在数字主信号被阻断前与后保持在各自相应的恒定水平。
由用于监控激光二极管1的光输出的光电二极管组成的光接收元件3的输出提供给低通滤波器8，在那里将低频的模拟子信息信号取出。被取出的模拟子信息信号由放大器电路9放大至一规定的幅度，该模拟子信息信号的峰值幅度由峰值电平检测器电路10进行检测并加以输出。在那里被检测的峰值被检测电压h被提供给增益控制信号发生器电路6，电路6将电压h与来自输入阻断检测器电路12的信号e的电压进行比较，以输出一个相当于其差的增益控制信号f。该增益控制信号f输出到增益受控放大器7，一模拟子信息信号g也提供给此放大器7，其增益是这样受控制的，以便能减小信号e的电压与峰值被检测电压的电压差，在所有时间里保持被输出的模拟子信息信号c的幅度的恒定。该信号c被提供给发光元件驱动电路1被叠加在数字主信号a上。
图9所示是用于图8所示实施例中的增益控制信号发生器电路6的方框图。
参阅图9，比较器61将从输入阻断检测器电路5提供的信号e与参考电压V2进行比较，产生一相当于它们之差值的输出信号。比较器61的输出通过电阻器63被送至一运算放大器62的同相输入端，而峰值电平检测器电路10的输出h通过电阻器64被送至运算放大器62的倒相输入端，这二输出信号之差由电阻器64与电阻器65之阻值比所确定的放大率而加以放大，产生增益控制信号f。
由于模拟子信息信号g的幅度提高，信号h的电压上升，在此时，由于运算放大器62放大倒相的电平的输入信号，故增益控制信号f的电压降落，结果增益受控放大器7的增益下降，且模拟子信息信号的幅度下降。
相反，如果模拟子信息信号g的幅度下降，增益控制信号f的电压将上升，且增益受控放大器7的增益将上升，结果模拟子信息信号的幅度就提高。因此就这样实现控制使模拟子信息信号的幅度保持恒定。
综上所述，本发明具有这样的优点，即即使在输入数字主信号被阻断时，也能使模拟子信息信号被发送出去，以及通过提高其调制幅度改善模拟子信息信号的信噪比S/N。
由于在正常工作期间和当输入被阻断时，模拟子信息信号的幅度都被保持在其各自相应的恒定水平，使其调制的程度得到稳定。
权利要求
1.一种发光元件驱动电路，其特征在于它包括一发光元件；通过在包括“1”和“0”的一位序列的数字主信号上叠加一其频率低于所述数字主信号的位速率的模拟子信息信号，来驱动所述发光元件的驱动器装置；用于检测所述数字主信息的输入的阻断的输入阻断检测器装置；以及响应所述输入阻断，使所述模拟子信息信号的幅度比在所述数字主信号输入阻断以前更大的增益受控放大器装置。
2.如权利要求
1所述的发光元件驱动电路，其特征在于它还包括用于用所述的模拟子信息信号幅度调制所述的数字主信号，以产生一驱动信号的装置。
3.如权利要求
1所述的发光元件驱动电路，其特征在于所述的输入阻断检测器装置响应所述输入阻断的检测，向所述的驱动器装置提供一电平接近于“1”电平的信号，代替所述的数字主信号，并同时向所述增益受控放大器装置提供一控制信号以提高其增益。
4.如权利要求
1所述的发光元件驱动电路，其特征在于它还包括一用于接受所述发光元件的部分输出光束，并把它转换成一电信号的光接收元件;用于从所述的电信号中检测所述模拟子信息信号的幅度分量的检测器装置，以及用于根据由所述检测器装置检测出的幅度分量，产生一信号来控制所述增益受控放大器装置的增益的装置。
5.如权利要求
4所述的发光元件驱动电路，其特征在于所述的驱动器装置还包括用所述模拟子信息信号幅度调制所述数字主信号，以产生一驱动信号的装置。
6.如权利要求
4所述的发光元件驱动电路，其特征在于所述输入阻断检测器装置响应所述输入阻断的检测;向所述驱动器装置提供一电平接近于“1”电平的信号，代替所述的数字主信号，并同时向所述增益受控放大器装置提供一控制信号以提高其增益。
专利摘要
一通过在数字主信号上叠加模拟子信息信号来驱动发光元件的驱动电路，，它包括一发光元件，驱动发光元件的驱动器装置，输入阻断检测器装置，增益控制信号发生器装置，增益受控放大器等。其优点是当所述检测器装置检测到数字模拟主信号被阻断时，使所述发生器产生一控制信号使增益受控放大器的增益提高，从而使模拟子信息信号幅度比在数字主信号被阻断前更大，改善了其信噪比，同时检测器装置还产生另一信号，使模拟信号能被发送出去。
文档编号H04B10/06GK87105899SQ87105899
公开日1988年3月9日 申请日期1987年8月26日
发明者田岛勉, 滨中彻 申请人:日本电气株式会社