Демодулятор оптических сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03K5/01 

СП

с

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах обработки и формирования импульсных сигналов фотодатчика. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости - достигается введением делителя 2 частоты, двух D-триггеров 4 и 5, элемента 9 совпадения, шины 10 управления, блока 8 сопряжения. Демодулятор оптических сигналов содержит также генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 3 синхроимпульсов, буферный элемент 6, фотодетектор 7. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. .

XI ю ел со о

00

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах обработки и формирования импульсных сигналов фотодатчика.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

На чертеже представлена электрическая функциональная схема устройства.

Демодулятор оптических сигналов содержит генератор 1 тактовых импульсов, де- литель 2 частоты, формирователь 3 синхроимпульсов, два D-триггера 4 и 5, буферный элемент 6, фотодетектор 7, блок 8 сопряжения, элемент 9 совпадения, шину 10 управления и выходную шину 11.

Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с тактовым входом делителя 2 частоты, инверсный выход которого соединен с его же D-входом и С-входом D-триггера 4, прямой выход- с первым входом формирователя 3 синхроимпульсов, а R-вход- с шиной 10управления,, S-входами 0-триггеров 4 и 5 и вторым входом формирователя 3 синхроимпульсов, выход которого соединен с первым входом элемента 9 совпадения и D-входом D-триггера 4, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента 9 совпадения и управляющим входом буферного элемента 6, информационный вход которого соединен с шиной Питание и входом фотодетектора 7, а выход - с выходом фотодетектора 7 и через блок 8 сопряжения - с D-входом D-триггера 5, С-вход которого соединен с выходом элемента 9 совпадения, а выход-с выходной шиной 11 устройства.

Формирователь 3 синхроимпульсов содержит элемент ИЛИ-НЕ 12, выход которого соединен с выходом формирователя 3 синхроимпульсов, а входы - с соответствующими выходами счетчика 13 импульсов, С-вход которого соединен с первым входом формирователя 3 синхроимпульсов, a R- вход - с его вторым входом.

Демодулятор работает следующим образом.

В исходном состоянии работают непрерывно генератор 1 и делитель 2 частоты, который формирует два тактовых сигнала Т1 и Т2. На шине 10 устройства высокий уровень Лог.1, который запрещает работу формирователя 3 (и блоков 2 и 4), на его выходе - низкий уровень сигнала Лог.О, в результате чего, под действием тактовых импульсов Т2 триггера 4 на инверсном выходе имеется высокий уровень Лог.1. На входах элемента 9 различные уровни напряжений: первый вход - Лог.О, второй вход- Лог.1 и, как следствие, на выходе- Лог.О. Под действием высокого уровня

сигнала, поступающего с выхода триггера 4 на управляющий вход буферного элемента 6, последний находится в открытом состоянии, его прямое сопротивление с входа на

выход равно 100 Ом, и напряжение питания +Еп практически целиком прикладывается к выходу фотодетектора 7, на выходе последнего - высокий уровень Лог.1, т.е. к нагрузке фотодетектора 7 подключилась

низкоомная нагрузка Рн2 100 Ом, эта нагрузка и определяет все основные характеристики демодулятора. На выходе блока 8 сопряжения устанавливается уровень Лог.1. Одновременно высокий уровень исходного сигнала с шины 10 поступает на S-вход D-триггера 5, в результате чего на выходе устройства устанавливается уровень Лог.1. Высокий уровень Лог.1 по шине 10 является сигналом начальной установки устройства в исходное состояние.

При появлении по оптическом входе фотодетектора 7 светового сигнала S(t), в последнем возникает фототек ф, но выходное напряжение на его выходе будет близким к

нулю, т.е. сохранится высокий уровень сигнала Лог.1. Изменения уровня информационного сигнала на RH будет настолько ничтожными, что им можно пренебречь. Как только на шине 10 устройства появится низкий уровень управляющего напряжения демодулятор включится. Сразу же начнет работать формирователь 3 синхроимпульсов, и на его выходе появится короткий импульс длительностью г и с периодом ТЗ,

который в десятки раз меньше длительности импульса светового сигнала тс. Полученный в формирователе 3 сигнал поступает на D-вход триггера 4 и на вход элемента 9 высоким уровнем Лог.1 с длительностью импульса т, и с появлением следующего фронта импульса Т2 с выхода делителя 2 частоты происходит запись импульса длительностью г в триггер 4, на его инверсном выходе появляется низкий уровень сигнала, который и поступает на вход элемента 9 совпадения и на управляющий вход буферного элемента 6; последний закрывается, и его выходное сопротивление становится высокоомным. На выходе фотодетектора 7

появится уровень Лог.О информационного сигнала, который поступит на D-вход триггера 5. На входе S-триггера появится уровень Лог.О разрешающего сигнала Uynp- На D-входе триггера 4 появился низкий уровень сигнала Лог.О, который также поступил на вход элемента 9 совпадения. На двух входах элемента 9 имеются низкие уровни Лог.О, на выходе появился перепад напряжения из уровня Лог.О на Лог.1 - получился сигнал фронта импульса записи, который поступает на тактирующий вход триггера 5 и производит запись информационного сигнала с выхода блока 8 сопряжения в триггер 5. На выходе устройства появился низкий уровень информационного сигнала Лог.0. Далее следующим тактом Т2 (спадом сигнала Т1) происходит сброс триггера 4 в исходное положение, на его инверсном выходе появляется высокий уровень Лог.Г, который и производит включение буферного элемента б и на шине 11 детектора появляется высокий уровень сигнала Лог.1. Величина фототока в эквивалентной нагрузке фотодетектора останет- ся прежней. Через время Тп произойдет повторное включение фотодетектора 7 и т.д. многократно.

В силу того, что вместо наличия на входе фотодетектора 7 сигнала большой длите ль- ности, на. его выходе постоянно присутствует сигнал высокой частоты, происходит как бы дробление его постоянного сигнала на очень малые по периоду сигналы с малой длительностью - имеется ввиду большая скважность импульсов. Тогда величина шума 1/F также снизится, одновременно упадет величина белого шума, которую можно определить по формуле

/ (HBx(uO)2d.

RH

In J

00

где К- постоянная Больцмана,

в- абсолютная температура;

Нвх(о)- передаточная функция входной цепи;

ш - угловая частота;

Тш - мощность шума сигнала.

Очевидно, чем больше Длительность

входного сигнала (больше скважность 0)тс,

больше длительность паузы Тп, тем меньше

сигнал шума иш. Так, при соотношении

Ь/Тп равным 0,1, мощность шума Тш уменьшится в шесть раз. Это легко подсчитать по формуле, если взять соотношение Q 10, при котором Т - 10to и F возрастает - это значит, что с расширением полосы пропу- екания демодулятора амплитуда теплового шума возрастает. Поэтому желательно иметь сигнал на входе с малой частотой. Казалось бы, что привело к увеличению шума типа 1/F, однако этого не происходит, так как длительность времени отсчета сигнала довольно мала при максимальной чувствительности демодулятора, а пауза между отсчетами велика при практически нулевой чувствительности устройства. Поэтому воз0 5

0 5

0

5

0

.

можности возникновения шумов в паузах ничтожны.

Если длительность информационного сигнала тс больше длительности ТЗ то очевидно, что, чем меньше длительность ТЗ, во столько же раз снизится шума типа 1/F.

Производя М раз стробирование сигнала (t) на выходе фотодетектора, получим соответственно столько же М1 импульсов Uc с параметрами to и Тп, которые далее попав на триггер 5 расширяются последним до длительности тс ±ТП (М М1) светового импульса.

При появлении на Оптимальном входе фотодетектора 7 низкого уровня сигнала (его отсутствие) на его выходе все время будет уровень Лог.1 независимо от состояния элемента 6, он при включении будет периодически подтверждать состояние выхода фотодетектора 7. На выходе триггера 5 установится высокий уровень Лог.1, соответствующий отсутствию информационного светового сигнала. При появлении нового светового импульса на входе устройства работа триггера 5 и блока 8 повторится.

Демодулятор оптических сигналов можно использовать также для обработки аналоговых сигналов, для чего необходимо изменить построение блока 8 сопряжения таким образом, чтобы он осуществлял развязку фотодектора 7 с последующими каскадами, а вместо триггера 5 использовать аналого-цифровой преобразователь, обеспечив ему при этом все необходимые сигналы управления. В этом случае информация на выходе устройства представляется в виде двоичного кода и отображает характер изменения светового потока на входе фотодетектора 7.

Формула изобретения 1. Демодулятор оптических сигналов, содержащий фотодетектор, генератор тактовых импульсов, формирователь синхроимпульсов, буферный элемент, выход которого соединен с выходом фотодетектора, и выходную шину, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены делитель частоты, два D-триггера, шина управления, элемент совпадения и блок сопряжения, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом делителя частоты, инверсный выход которого соединен с его же D-входом и С-входом первого D-триггера, а прямой выход - с первым входом формирователя синхроимпульсов, второй вход которого соединен с шиной управления и

S-входом второго D-триггера, а выход - с первым входом элемента совпадения и D- входом первого D-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента совпадения и управляющим входом буферного элемента, информационный вход которого соединен с шиной Питание и входом фотодетектора, выход которого, через блок сопряжения, соединен с D-вхо- дом второго D-триггера, С-вход которого соединен с выходом элемента-совпадения, а выход - с выходной шиной устройства.

сов содержит счетчик импульсов, тактовый вход которого соединен с первым входом формирователя синхроимпульсов, R-вход - с вторым входом формирователя синхроимпульсов, а выходы - с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов.

3. Демодулятор по п.1, отл и ч а ю щи й- с я тем, что с целью повышения точности при увеличении частоты обработки сигналов, R-вход делителя частоты соединен с S-входом первого D-триггера и шиной управления.