WO1991011855A1 - High inpedance optoelectronic receiver - Google Patents

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WO1991011855A1
WO1991011855A1 PCT/EP1991/000188 EP9100188W WO9111855A1 WO 1991011855 A1 WO1991011855 A1 WO 1991011855A1 EP 9100188 W EP9100188 W EP 9100188W WO 9111855 A1 WO9111855 A1 WO 9111855A1
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WO
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amplifier
signal
receiver
current source
diode
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PCT/EP1991/000188
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Inventor
Hans-Rainer Mayer
Norbert Renz
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Leica Heerbrugg Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0035—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using continuously variable impedance elements
    • H03G1/0047—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using continuously variable impedance elements using photo-electric elements

Definitions

  • the invention relates to a high-resistance optoelectronic receiver with a receiving diode biased in the reverse direction, the signals of which are tapped at a resistor connected to ground and fed to an amplifier.
  • Such receivers are known and are preferably used as receivers for optical fiber signal transmission systems or as receivers for laser distance measuring devices.
  • DE 3607 688 A1 discloses a receiver for an optical message transmission link with a high-impedance amplifier, the transmission function of which can be set in addition to internal transmission features by means of an external matching resistor assigned to it. The adjustment is made either by negative feedback or a resistor connected in parallel to the amplifier input. A photodiode interacts optically with the coupling end of the light guide, the output signal of which is fed to the input of the amplifier.
  • the adaptation resistor is designed as a light-sensitive component, the resistance value of which can be adjusted manually or automatically by supplying controllable light intensity.
  • the control can take place in particular as a function of the output signal of the amplifier and can be set such that the amplifier output signal is constant.
  • the photodiode and the matching resistor regulated by optocoupling are preferably housed in separate housings.
  • a reception amplifier is known from EP 0 344091 A2, in which an amplifier has a PIN photodiode as a reception diode
  • Blocking direction and a capacitor are connected upstream and which is fed back via a high-resistance resistor.
  • a further PIN diode is connected in series with the receive diode in the forward direction.
  • the amplifier is followed by a control circuit which consists of an equalizer, a buffer and a peak value detector with additional control amplifiers.
  • the resistance of the PIN diode has a high resistance to the ratio of the feedback resistance to reinforce the amplifier.
  • the PIN diode is therefore ineffective, so that there is a high AC signal voltage at the amplifier input.
  • the additional control amplifiers are dimensioned in such a way that a specific amplification factor is generated and the equalizer does not distort the signal.
  • the resistance of the PIN diode is low, so that there is only a smaller AC signal voltage at the amplifier input. So that the amplifier is not overloaded, the gain must be reduced by the additional control amplifier. In this case, however, the upper limit frequency of the amplifier drops so that its frequency response must be equalized by the equalizer.
  • the known receiver arrangements deal with the expansion of the dynamic range by automatically adapting the transmission properties of the amplifier to the respective received light powers.
  • the frequency behavior of the receiver arrangement must also be taken into account.
  • Silicon PIN photo diodes are preferably used as receiving diodes for highly modulated radiation or short radiation pulses of a few nanoseconds in length in the IR range due to their fast switching behavior. If the input circuit now also requires a high sensitivity in order to detect radiation with low
  • REPLACEMENT LEAF intensity can still be processed, then working resistances in the megohm range are necessary.
  • the input circuit is inevitably slower because the working resistance and stray capacitance of the receiving diode are, in a first approximation, a delay element of the first order, which is fed by the current of the receiving diode.
  • transformers are used in the input circuit.
  • a general disadvantage of transformers is the size, which prevents miniaturization of the circuit in the form of a hybrid.
  • the high impedance of the input / reception circuit should be maintained over a large range of the received light output. It should also be suitable for an economical and miniaturized circuit design.
  • a suitable modification of the input circuit and additional use of feedback of the output signal of the subsequent amplifier can be used to set up a control system by means of a suitably dimensioned controller, which regulates the input voltage of the amplifier maintains a constant level.
  • the control thus causes interference light suppression and thus ensures that the operating point of the amplifier input is kept stable and the amplifier is always operated in its usable modulation range and thus only the small useful signal is amplified.
  • the idea on which the invention is based is to switch the current source formed by the receiving diode with a further one, which compensates for all current flows arising from interference signals which are not in the useful signal spectrum.
  • the distinction between the useful signal and the interference signal obviously depends on the dimensioning of the controller controlling the countercurrent source. This is to be dimensioned such that it only compensates for the slow changes in the input voltage to the amplifier compared to the useful signal.
  • the usual load resistance only has an auxiliary function in this circuit with unfavorable leakage current conditions at the signal tap.
  • the controller input signal is preferably tapped at the amplifier output in a DC-coupled manner. This has the advantage that component-related variations in the operating point of the amplifier can also be compensated for. In principle, however, it would also be possible to take the control signal in the same way at the amplifier input.
  • the receiver circuit according to the invention is shown schematically in the drawing and is described in more detail with reference to this. In detail show:
  • REPLACEMENT LEAF 1 shows the basic circuit diagram of the receiver
  • FIG. 2 shows the circuit with a photodiode as the current source
  • FIG. 3 details of the controller.
  • the output current of the PIN photodiode 1 at the resistor 2 and the stray capacitance 3 produce a voltage drop.
  • the photodiode 1 is biased positively in the reverse direction.
  • the impedance of the RC circuit must also be as high as possible.
  • the stray capacitance 3 becomes dominant for the signal amplitude. This fact is known as an integrator effect. Even with a small superimposed direct radiation or interference radiation f s ⁇ . with f s ⁇ . ⁇ f s ⁇ - q are due to the high
  • the override is now avoided by connecting a controllable current source 5 to the input of the amplifier 4. Interference signals that are not in the useful signal spectrum and lead to relatively slow changes in the input voltage of the amplifier 4 are compensated for.
  • a controller 6 is provided, the input signal of which is tied to a DC voltage at the output of the amplifier 4.
  • a photodiode 7 is provided as the current source, which is likewise biased in the reverse direction and is connected to the signal input of the amplifier 4 with the opposite polarity as the photodiode 1.
  • the photodiode 7 is irradiated by a transmitting diode 8 and generates a compensation current for the direct current of the photodiode 1 caused by the background radiation.
  • the two diodes 7 and 8 form an optocoupler, which is preferably accommodated in a separate housing 9. This coupling of the compensation current into the input circuit of the receiver 1, 2, 3, 4 has the advantage of being particularly high-resistance.
  • REPLACEMENT LEAF 3 shows further details of the controller 6.
  • a setpoint / actual value comparator 10 with which the output voltage U sl * q of the amplifier 4 is compared with a given setpoint U s .
  • a power amplifier 12 is connected downstream of a proportional integral (PI) controller 11.
  • the controller circuit 6 can be constructed with a PI controller 11, since the open control loop, consisting of the input circuit 1, 2, 3, the amplifier 4, the power amplifier 12 and the opto-coupler 9 with sufficient accuracy as a chain of First order delay elements can be described.
  • Such a high-resistance optoelectronic receiver provides e.g. with suitable dimensions, an input noise of 0.8pA / ⁇ (Hz in a bandwidth of 7 MHz and is still fully functional at a constant light output of 4 mW, that is to say in its linear modulation range.
  • the receiver can find diverse applications in the field of optoelectronic signal processing, in particular also in the IR range, in which strong background radiation, such as sunlight, is to be expected.
  • the receiver according to the invention is suitable for use as a receiver of a laser distance measuring device.
  • the laser distance measuring device can work both according to the pulse transit time method and short radiation pulses of a few

Abstract

High-impedance optoelectronic receiver with a p-i-n photo-diode (1) biased in the non-conducting direction and an RC network (2, 3), whose signals are sent to an amplifier (4). In order to eliminate interference signals, a regulated current source is provided, which compensates the direct current produced at the phto-diode (1) by interfering radiation. The current and source can be an optoelectronic coupler (7, 8) and the regulator (6) a PI-regulator (12). The receiver is highly sensitive, functions linearly even at high levels of constant light and can easily be miniaturised. Can be used as receiver for laser telemeters.

Description

Hochohmiger optoelektronischer Empfänger High-resistance optoelectronic receiver
Die Erfindung betrifft einen hochoh igen optoelektronischen Emp¬ fänger mit einer in Sperrichtung vorgespannten Empfangsdiode, de- ren Signale an einem an Masse liegenden Widerstand abgegriffen und einem Verstärker zugeführt werden.The invention relates to a high-resistance optoelectronic receiver with a receiving diode biased in the reverse direction, the signals of which are tapped at a resistor connected to ground and fed to an amplifier.
Derartige Empfänger sind bekannt und werden vorzugsweise als Emp¬ fänger für Lichtleitfaser-Signalübertragungssysteme oder als Emp¬ fänger für Laser-Abstandsmeßeinrichtungen eingesetzt.Such receivers are known and are preferably used as receivers for optical fiber signal transmission systems or as receivers for laser distance measuring devices.
Aus der DE 3607 688 AI ist ein Empfänger für eine optische Nach¬ richtenübertragungsstrecke mit einem hochohmigen Verstärker be¬ kannt, dessen Übertragungsfunktion neben internen Übertragungs¬ merkmalen durch einen ihm zugeordneten externen Anpassungswider¬ stand einstellbar ist. Die Anpassung erfolgt entweder durch Gegen- kopplung oder einen zum Verstärkereingang parallel geschalteten Widerstand. Mit dem Auskopplungsende des Lichtleiters steht eine Fotodiode in optischer Wechselwirkung, deren Ausgangssignal dem Eingang des Verstärkers zugeführt wird.DE 3607 688 A1 discloses a receiver for an optical message transmission link with a high-impedance amplifier, the transmission function of which can be set in addition to internal transmission features by means of an external matching resistor assigned to it. The adjustment is made either by negative feedback or a resistor connected in parallel to the amplifier input. A photodiode interacts optically with the coupling end of the light guide, the output signal of which is fed to the input of the amplifier.
Um den Verstärkungsgrad des Verstärkers unterschiedlichen Signal- lichtstarken über einen weiten Intensitätsbereich anpassen zu kön¬ nen, wird der Anpassungswiderstand als lichtempfindliches Bauteil ausgebildet, dessen Widerstandswert durch Zuführung regelbarer Lichtintensität manuell oder automatisch einstellbar ist. Die Re¬ gelung kann insbesondere in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Verstärkers erfolgen und so eingestellt werden, daß das Verstär¬ kerausgangssignal konstant ist. Die Fotodiode und der durch Opto- kopplung geregelte Anpassungswiderstand sind vorzugsweise in ge¬ trennten Gehäusen untergebracht.In order to be able to adapt the amplification level of the amplifier to different signal light intensities over a wide intensity range, the adaptation resistor is designed as a light-sensitive component, the resistance value of which can be adjusted manually or automatically by supplying controllable light intensity. The control can take place in particular as a function of the output signal of the amplifier and can be set such that the amplifier output signal is constant. The photodiode and the matching resistor regulated by optocoupling are preferably housed in separate housings.
Aus der EP 0 344091 A2 ist ein Empfangsverstärker bekannt, bei dem einem Verstärker eine PIN-Fotodiode als Empfangsdiode inA reception amplifier is known from EP 0 344091 A2, in which an amplifier has a PIN photodiode as a reception diode
Sperrrichtung und ein Kondensator vorgeschaltet sind und der über einen hochohmigen Widerstand rückgekoppelt ist. Zur ErweiterungBlocking direction and a capacitor are connected upstream and which is fed back via a high-resistance resistor. For expansion
ERSATZBLATT des Dynamikbereiches des Vorverstärkers, d. h. des Unterschiedes zwischen minimaler und maximaler Empfangslichtleistung, ist zu der Empfangsdiode eine weitere PIN-Diode in Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet. Außerdem ist dem Verstärker eine Regelschaltung nach¬ geordnet, die aus einem Entzerrer, einem Puffer und einem Spitzen- wertdetektor mit zusätzlichen RegelVerstärkern besteht. Bei klei¬ ner Empfangslichtleistung ist der Widerstand der PIN-Diode hoch- ohmig gegenüber dem Verhältnis des Rückkoppelwiderstandes zur Ver- Stärkung des Verstärkers. Die PIN-Diode ist somit wirkungslos, so daß eine hohe Signalwechselspannung am Verstärkereingang liegt. Die zusätzlichen Regelverstärker sind so dimensioniert, daß ein bestimmter Verstärkungsfaktor erzeugt wird und der Entzerrer das Signal nicht verzerrt. Bei großer Empfangslichtleistung ist dage- gen der Widerstand der PIN-Diode niederohmig, so daß nur noch eine kleinere Signalwechselspannung am Verstärkereingang liegt. Damit der Verstärker nicht übersteuert wird,muß die Verstärkung durch die zusätzlichen RegelVerstärker noch heruntergesetzt werden. In diesem Fall sinkt jedoch die obere Grenzfrequenz des Verstärkers so, daß sein Frequenzgang durch den Entzerrer entzerrt werden muß.REPLACEMENT LEAF of the dynamic range of the preamplifier, ie the difference between the minimum and maximum received light output, a further PIN diode is connected in series with the receive diode in the forward direction. In addition, the amplifier is followed by a control circuit which consists of an equalizer, a buffer and a peak value detector with additional control amplifiers. With a small received light output, the resistance of the PIN diode has a high resistance to the ratio of the feedback resistance to reinforce the amplifier. The PIN diode is therefore ineffective, so that there is a high AC signal voltage at the amplifier input. The additional control amplifiers are dimensioned in such a way that a specific amplification factor is generated and the equalizer does not distort the signal. In contrast, when the received light power is high, the resistance of the PIN diode is low, so that there is only a smaller AC signal voltage at the amplifier input. So that the amplifier is not overloaded, the gain must be reduced by the additional control amplifier. In this case, however, the upper limit frequency of the amplifier drops so that its frequency response must be equalized by the equalizer.
Die bekannten Empfängeranordnungen beschäftigen sich mit der Er¬ weiterung des Dynamikbereiches durch automatische Anpassung der Übertragungseigenschaften des Verstärkers an die jeweiligen Emp¬ fangslichtleistungen. Für die optische Signalübertragung ist je- doch auch das Frequenzverhalten der Empfängeranordnung zu beach¬ ten, d. h. es ist der Einfluß der schaltungsbedingten Streukapazi¬ täten zu den Arbeitswiderständen der Verstärker zu berücksich¬ tigen. Als Empfangsdioden für hochmodulierte Strahlung oder kurze Strah- lungsimpulse von wenigen Nanosekunden Länge im IR-Bereich werden aufgrund ihres schnellen Schaltverhaltens vorzugsweise Silizium- PIN-Foto-Dioden eingesetzt. Wird vom Eingangskreis nun zusätzlich eine hohe Empfindlichkeit verlangt, um Strahlung mit geringer In-The known receiver arrangements deal with the expansion of the dynamic range by automatically adapting the transmission properties of the amplifier to the respective received light powers. For the optical signal transmission, however, the frequency behavior of the receiver arrangement must also be taken into account. H. the influence of the circuit-related stray capacitances on the load resistances of the amplifiers must be taken into account. Silicon PIN photo diodes are preferably used as receiving diodes for highly modulated radiation or short radiation pulses of a few nanoseconds in length in the IR range due to their fast switching behavior. If the input circuit now also requires a high sensitivity in order to detect radiation with low
ERSATZBLATT tensität noch verarbeiten zu können, dann sind Arbeitswiderstände im Megaohm-Bereich notwendig. Der Eingangskreis wird dadurch zwangsläufig langsamer, da Arbeitswiderstand und Streukapazität der Empfangsdiode in erster Näherung ein Verzögerungsglied erster Ordnung darstellen, das von dem Strom der Empfangsdiode gespeist wird.REPLACEMENT LEAF intensity can still be processed, then working resistances in the megohm range are necessary. The input circuit is inevitably slower because the working resistance and stray capacitance of the receiving diode are, in a first approximation, a delay element of the first order, which is fed by the current of the receiving diode.
Nachteilig wirkt sich nun bei Einsatz eines hochohmigen Arbeitswi¬ derstandes eine der zu verarbeitenden Nutzstrahlung überlagerte Hintergrundstrahlung aus, durch die der lineare Aussteuerbereich der nachfolgenden Verstärkerstufe überschritten und somit diese in die Sättigung getrieben wird. Weiterhin verringert sich die Sperr¬ spannung der Empfangsdiode, wodurch ihre Eigenschaft als gesteu¬ erte Stromquelle verlorengeht und die Schaltung unbrauchbar wird. Es ist zu beachten, daß dieser Effekt bereits bei kleiner Gleich¬ licht- bzw. Störstrahlung eintritt.When using a high-resistance working resistor, a background radiation superimposed on the useful radiation to be processed has a disadvantageous effect, by means of which the linear modulation range of the subsequent amplifier stage is exceeded and thus driven into saturation. Furthermore, the blocking voltage of the receiving diode is reduced, whereby its property as a controlled current source is lost and the circuit becomes unusable. It should be noted that this effect already occurs with a small amount of uniform light or interference radiation.
Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems würde der Einsatz ei¬ nes Übertragers im Eingangskreis bieten. Dieser ist jedoch auf¬ grund seiner Eigenschaft als Bandpaßfilter nur in einem engen Fre- quenzbereich einsetzbar und somit zur Verarbeitung von Nutzsigna¬ len in einem weiten Frequenzbereich nicht geeignet. Ein genereller Nachteil von Übertragern ist auch die Baugröße, die einer Minia¬ turisierung der Schaltung in Form eines Hybrids entgegensteht.One possibility to solve this problem would be to use a transformer in the input circuit. However, due to its property as a bandpass filter, this can only be used in a narrow frequency range and is therefore not suitable for processing useful signals in a wide frequency range. A general disadvantage of transformers is the size, which prevents miniaturization of the circuit in the form of a hybrid.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen hochohmigen optoelektroni- sehen Empfänger anzugeben, dessen Signalübertragungsverhalten sich bei hoher Bandbreite und hoher Empfindlichkeit auch bei hohen Gleichlichtpegeln nicht verändert. Die Hochohmigkeit des Eingangs¬ empfangskreises soll über einen großen Bereich der Empfangslicht¬ leistung erhalten bleiben. Er soll zudem für einen wirtschaftli- chen und miniaturisierten Schaltungsaufbau geeignet sein.It is the object of the invention to provide a high-resistance optoelectronic receiver whose signal transmission behavior does not change with a high bandwidth and high sensitivity, even at high constant light levels. The high impedance of the input / reception circuit should be maintained over a large range of the received light output. It should also be suitable for an economical and miniaturized circuit design.
Diese Aufgabe wird bei einem Empfänger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1This object is achieved according to the invention in a receiver of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1
ERSATZBLATT gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verwendungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5.REPLACEMENT LEAF solved. Advantageous further developments and uses result from the features of claims 2 to 5.
Da sich die Hintergrundstrahlung im Vergleich zur Nutzstrahlung nur langsam ändert, kann durch geeignete Modifikation des Ein¬ gangskreises und zusätzliche Verwendung einer Rückführung des- Aus¬ gangssignales des nachfolgenden Verstärkers über einen geeignet dimensionierten Regler eine Regelung aufgebaut werden, die die Eingangsspannung des Verstärkers auf einem konstanten Pegel hält. Die Regelung bewirkt somit eine Störlichtunterdrückung und ge¬ währleistet damit, daß der Arbeitspunkt des Verstärkereingangs stabil gehalten und der Verstärker immer in seinem nutzbaren Aus¬ steuerbereich betrieben und somit nur das kleine Nutzsignal ver¬ stärkt wird.Since the background radiation changes only slowly compared to the useful radiation, a suitable modification of the input circuit and additional use of feedback of the output signal of the subsequent amplifier can be used to set up a control system by means of a suitably dimensioned controller, which regulates the input voltage of the amplifier maintains a constant level. The control thus causes interference light suppression and thus ensures that the operating point of the amplifier input is kept stable and the amplifier is always operated in its usable modulation range and thus only the small useful signal is amplified.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, der durch die Empfangsdiode gebildeten Stromquelle eine weitere entgegenzu¬ schalten, die alle entstehenden Stromflüsse aus nicht im Nutzsi¬ gnalspektrum liegenden Störsignalen kompensiert. Die Unterschei¬ dung von Nutzsignal und Störsignal hängt erkennbar von der Dimen- sionierung des die gegengeschaltete Stromquelle steuernden Reglers ab. Dieser ist so zu dimensionieren, daß er nur die im Vergleich zum Nutzsignal langsamen Änderungen der Eingangsspannung am Ver¬ stärker kompensiert. Der übliche Arbeitswiderstand hat in dieser Schaltung nur noch eine Hilfsfunktion bei ungünstigen Leckstrom- Verhältnissen am Signa.labgriff. Vorzugsweise wird das Reglerein¬ gangssignal gleichspannungsgekoppelt am Verstärkerausgang abgenom¬ men. Das hat den Vorteil, daß dabei auch bauteilbedingte Streu¬ ungen des Arbeitspunktes des Verstärkers mit ausgeregelt werden können. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Regelsignal in gleicher Weise am Verstärkereingang abzunehmen.The idea on which the invention is based is to switch the current source formed by the receiving diode with a further one, which compensates for all current flows arising from interference signals which are not in the useful signal spectrum. The distinction between the useful signal and the interference signal obviously depends on the dimensioning of the controller controlling the countercurrent source. This is to be dimensioned such that it only compensates for the slow changes in the input voltage to the amplifier compared to the useful signal. The usual load resistance only has an auxiliary function in this circuit with unfavorable leakage current conditions at the signal tap. The controller input signal is preferably tapped at the amplifier output in a DC-coupled manner. This has the advantage that component-related variations in the operating point of the amplifier can also be compensated for. In principle, however, it would also be possible to take the control signal in the same way at the amplifier input.
Die erfindungsgemäße Empfängerschaltung ist in der Zeichnung sche¬ matisch dargestellt und wird anhand dieser näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:The receiver circuit according to the invention is shown schematically in the drawing and is described in more detail with reference to this. In detail show:
ERSATZBLATT Fig. 1 das Prinzipschaltbild des Empfängers, Fig. 2 die Schaltung mit einer Fotodiode als Strom¬ quelle und Fig. 3 Details des Reglers.REPLACEMENT LEAF 1 shows the basic circuit diagram of the receiver, FIG. 2 shows the circuit with a photodiode as the current source and FIG. 3 details of the controller.
In Fig. 1 erzeugt der Ausgangsstrom der PIN-Fotodiode 1 am Vorwi¬ derstand 2 und der Streukapazität 3 einen Spannungsabfall. Die Fo¬ todiode 1 ist in Sperrichtung positiv vorgespannt. Um eine mög¬ lichst hohe Verstärkung und ein möglichst hohes Signal- zu Rausch- Verhältnis zu erreichen, muß die Impedanz der RC-Schaltung eben¬ falls möglichst hoch sein. Für den Fall, daß die Signalfrequenzen fs*jg » l/(2/RC) sind, wird die Streukapazität 3 für die Signalam¬ plitude dominant. Dieser Sachverhalt ist als Integratoreffekt be¬ kannt. Bereits bei kleiner überlagerter Gleich!ichteinstrahlung bzw. Störstrahlung fsχ. mit fsχ. ≠ fsι-q werden aufgrund des hohenIn FIG. 1, the output current of the PIN photodiode 1 at the resistor 2 and the stray capacitance 3 produce a voltage drop. The photodiode 1 is biased positively in the reverse direction. In order to achieve the highest possible amplification and the highest possible signal-to-noise ratio, the impedance of the RC circuit must also be as high as possible. In the event that the signal frequencies are f s * j g »l / (2 / RC), the stray capacitance 3 becomes dominant for the signal amplitude. This fact is known as an integrator effect. Even with a small superimposed direct radiation or interference radiation f s χ. with f s χ. ≠ f sι - q are due to the high
Spannungsabfalls an der RC-Schaltung der nachfolgende Verstärker 4 und die Fotodiode 1 übersteuert. Erfindungsgemäß wird die Über¬ steuerung nun dadurch vermieden, daß an den Eingang des Verstär¬ kers 4 eine steuerbare Stromquelle 5 zugeschaltet wird. Störsig- nale, die nicht im Nutzsignalspektrum liegen und zu relativ lang¬ samen Veränderungen der Eingangsspannung des Verstärkers 4 führen, werden kompensiert. Zur Steuerung der Stromquelle 5 ist ein Regler 6 vorgesehen, dessen Eingangssignal gleichspannungsgekoppelt am Ausgang des Vertärkers 4 abgenommen wird.Voltage drop at the RC circuit of the subsequent amplifier 4 and the photodiode 1 overdrives. According to the invention, the override is now avoided by connecting a controllable current source 5 to the input of the amplifier 4. Interference signals that are not in the useful signal spectrum and lead to relatively slow changes in the input voltage of the amplifier 4 are compensated for. To control the current source 5, a controller 6 is provided, the input signal of which is tied to a DC voltage at the output of the amplifier 4.
In Fig. 2 ist als Stromquelle eine Fotodiode 7 vorgesehen, die ebenfalls in Sperrichtung vorgespannt ist und mit umgekehrter Po¬ larität wie die Fotodiode 1 mit dem Signaleingang des Verstärkers 4 verbunden ist. Die Fotodiode 7 wird durch eine Sendediode 8 be¬ strahlt und erzeugt einen Kompensationsstrom für den von der Hin- tergrundstrahlung verursachten Gleichstrom der Fotodiode 1. Die beiden Dioden 7 und 8 bilden einen Optokoppler, der vorzugsweise in einem separaten Gehäuhse 9 untergebracht wird. Diese Einkopp- lung des Kompensationsstroms in den Eingangskreis des Empfängers 1,2,3,4 hat den Vorteil, besonders hochohmig zu sein.2, a photodiode 7 is provided as the current source, which is likewise biased in the reverse direction and is connected to the signal input of the amplifier 4 with the opposite polarity as the photodiode 1. The photodiode 7 is irradiated by a transmitting diode 8 and generates a compensation current for the direct current of the photodiode 1 caused by the background radiation. The two diodes 7 and 8 form an optocoupler, which is preferably accommodated in a separate housing 9. This coupling of the compensation current into the input circuit of the receiver 1, 2, 3, 4 has the advantage of being particularly high-resistance.
ERSATZBLATT Aus Fig. 3 sind weitere Details des Reglers 6 zu entnehmen. Am Eingang der Regelschaltung 6 befindet sich ein Soll-Istwert-Ver¬ gleicher 10, mit dem die Ausgangsspannung Usl*q des Verstärkers 4 mit einem vorgegebenen Sollwert Us verglichen wird. Einem Propor¬ tional-Integral(PI)-Regler 11 ist ein Leistungsverstärker 12 nach¬ geschaltet.REPLACEMENT LEAF 3 shows further details of the controller 6. At the input of the control circuit 6 there is a setpoint / actual value comparator 10 with which the output voltage U sl * q of the amplifier 4 is compared with a given setpoint U s . A power amplifier 12 is connected downstream of a proportional integral (PI) controller 11.
Die Reglerschaltung 6 kann mit einem PI-Regler 11 aufgebaut wer¬ den, da der offene Regelkreis, bestehend aus dem Eingangskreis 1, 2,3, dem Verstärker 4, dem Leistungsverstärker 12 und dem Opto¬ koppler 9 mit hinreichender Genauigkeit als eine Kette von Verzö¬ gerungsgliedern erster Ordnung beschrieben werden kann.The controller circuit 6 can be constructed with a PI controller 11, since the open control loop, consisting of the input circuit 1, 2, 3, the amplifier 4, the power amplifier 12 and the opto-coupler 9 with sufficient accuracy as a chain of First order delay elements can be described.
Ein derartiger hochohmiger optoelektronischer Empfänger liefert z.B. bei geeigneter Dimensionierung ein Eingangsrauschen von 0,8pA/ι(Hz in einer Bandbreite von 7 MHz und ist bei einer Gleich¬ lichtleistung von 4 mW noch voll funktionsfähig, d. h. in seinem linearen Aussteuerungsbereich.Such a high-resistance optoelectronic receiver provides e.g. with suitable dimensions, an input noise of 0.8pA / ι (Hz in a bandwidth of 7 MHz and is still fully functional at a constant light output of 4 mW, that is to say in its linear modulation range.
Der Empfänger kann vielfältige Anwendungen im Bereich der optoelektronischen Signalverarbeitung, insbesondere auch im IR- Bereich, finden, bei denen mit starker Hintergrundstrahlung, wie zum Beispiel Sonnenlicht, zu rechnen ist.The receiver can find diverse applications in the field of optoelectronic signal processing, in particular also in the IR range, in which strong background radiation, such as sunlight, is to be expected.
Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Empfänger zur Ver¬ wendung als Empfänger einer Laser-Abstandsmeßeinrichtung. Die La¬ ser-Abstandsmeßeinrichtung kann dabei sowohl nach der Puls-Lauf- zeit-Methode arbeiten und kurze Strahlungsimpulse von wenigenIn particular, the receiver according to the invention is suitable for use as a receiver of a laser distance measuring device. The laser distance measuring device can work both according to the pulse transit time method and short radiation pulses of a few
Nanosekunden Länge nutzen, als auch nach der Modulations-Phasen- vergleich-Methode mit Modulationsfrequenzen im MHz Bereich ar¬ beiten.Use nanosecond length, as well as work according to the modulation phase comparison method with modulation frequencies in the MHz range.
Durch die erreichte hohe Empfindlichkeit und hohe Bandbreite bei hohem Gleichlichtanteil ist es einzeln oder in Kombination mög¬ lich,The high sensitivity and high bandwidth achieved with a high proportion of constant light make it possible, individually or in combination,
ERSATZBLATT - die Laserleistung zu senken und damit höhere Augensicherheit, weniger Energieverbrauch und die Verwendung billigerer Laser zu erreichen,REPLACEMENT LEAF - lower the laser power and thus achieve higher eye safety, less energy consumption and the use of cheaper lasers,
- die Reichweite zu erhöhen,- increase the range,
- die Meßgenauigkeit zu steigern und- To increase the measuring accuracy and
- die Nachweissicherheit für beliebige nichtkooperative Ziele zu erhöhen.- increase the certainty of detection for any non-cooperative goals.
ERSATZBLATT REPLACEMENT LEAF

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1) Hochohmiger optoelektronischer Empfänger mit einer in Sperrich¬ tung vorgespannten Empfangsdiode, deren Signale an einem an Masse liegenden Widerstand abgegriffen und einem Verstärker zugeführt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß an den Signalabgriff eine regelbare Stromquelle (5,7) angeschlossen ist, die einen durch Störstrahlung er¬ zeugten Stromfluß der Empfangsdiode (1) kompensiert.1) High-impedance optoelectronic receiver with a receiving diode biased in the blocking direction, the signals of which are tapped at a resistor connected to ground and fed to an amplifier, characterized in that a controllable current source (5, 7) is connected to the signal tap, one of which current flow of the receiving diode (1) generated by interference radiation is compensated.
2) Empfänger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Empfangsdiode (1) eine PIN-Foto- diode ist und die Regelschaltung (6) der Stromquelle (5,7) als PI-Regler (11) ausgebildet ist, dessen Eingangssignal gleichspannungsgekoppelt am Ausgang des Verstärkers (4) ab- genommen wird.2) Receiver according to claim 1, characterized in that the receiving diode (1) is a PIN photo diode and the control circuit (6) of the current source (5,7) is designed as a PI controller (11), the input signal of which is DC-coupled at the output of the amplifier (4).
3) Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stromquelle eine in Sperrichtung vorgespannte Fotodiode (7) vorgesehen ist, die mit zur Vorspannung der Empfangsdiode (1) entgegen- setzten Polarität an den Signalabgriff angeschlossen ist und die Regelung (6) der Stromquelle durch Optokopplung (8) er¬ folgt.3) Receiver according to one of the preceding claims, since ¬ characterized in that a photodiode (7) biased in the reverse direction is provided as the current source, which is connected to the signal tap with opposite polarity for biasing the receiving diode (1) and the control (6 ) the current source follows by optocoupling (8).
4) Verwendung des Empfängers nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che als Signaldetektor bei offenen, dem Sonnenlicht ausge- setzten Signalübertragungswegen.4) Use of the receiver according to one of the preceding claims as a signal detector in the case of open signal transmission paths exposed to sunlight.
5) Verwendung des Empfängers nach Anspruch 4 als Signaldetektor einer Laser-Abstandsmeßeinrichtung.5) Use of the receiver according to claim 4 as a signal detector of a laser distance measuring device.
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