DE60010526T2

DE60010526T2 - Schaltkreis zur Steuerung der Lichtintensität

Info

Publication number: DE60010526T2
Application number: DE60010526T
Authority: DE
Inventors: Tadao Kawasaki-shi Inou; Tadashi Kawasaki-shi Ikeuchi; Hiroyuki Kawasaki-shi Rokugawa; Masaaki Kawasaki-shi Kawai; Norio Kawasaki-shi Ueno; Norio Sapporo-shi Murakami; Toru Sapporo-shi Matsuyama; Makoto Sapporo-shi Miki; Toshiyuki Sapporo-shi Takauji
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: US7266308B2; DE60010777D1; DE60010777T2; DE60010525D1; EP1286438A1; JP2000244053A; EP1286437A1; EP1286438B1; DE60010526D1; US6975813B1; DE60010525T2; EP1286437B1; JP3732033B2; EP1030417A3; US20060024068A1; EP1030417A2; EP1030417B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtausgabesteuerschaltung zum Steuern der Lichtausgabe einer lichtemittierenden Einrichtung, wie etwa eines Halbleiterlasers (Laserdiode – LD) oder einer lichtemittierenden Diode (LED), die in optischer Kommunikation und anderen Anwendungen verwendet werden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Allgemein muss in einer Vorrichtung, wie etwa einer optischen Übertragungsvorrichtung, die eine lichtemittierende Einrichtung verwendet, die Lichtausgabe der Einrichtung auf einen angegebenen Wert gesteuert werden. Andererseits hat die lichterzeugende Effizienz einer lichtemittierenden Einrichtung, wie etwa einer LD, eine starke Temperaturabhängigkeit, und des weiteren ändert sich die Effizienz mit dem Alter. Entsprechend muss, um die Lichtausgabe unter allen möglichen Bedingungen zu einem konstanten Wert zu steuern, der Strom, der der lichtemittierenden Einrichtung zugeführt wird, zu einem richtigen Wert gesteuert werden. Traditionell wird negative Rückkopplungssteuerung verwendet, um die Lichtausgabe einer lichtemittierenden Einrichtung auf einen konstanten Wert zu steuern. 1 zeigt eine Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik zum Steuern der Lichtausgabe ei ner lichtemittierenden Einrichtung. Die Operation dieser Schaltung wird nachstehend beschrieben.
Ein Ansteuerstrom, der in einer LD-Ansteuerschaltung 10 mit Daten moduliert wird, wird einer lichtemittierenden Einrichtung 12 zugeführt. Der Spitzenwert dieses Ansteuerstroms (hierin nachstehend der Ansteuerstromwert genannt) wird in Proportion zu einem digitalen Wert gesteuert, der zu einer D/A-Konvertierungsschaltung 14 eingegeben wird. Der digitale Wert wird von einem Zähler 16 zugeführt, der direkt vor ihr platziert ist. D.h. der erhaltene Ansteuerstromwert ist dem Zählerwert proportional.
Eine Fotodiode (PD) 18 erzeugt einen Monitorstrom proportional zu der Menge von Licht, das durch die lichtemittierende Einrichtung (LD) emittiert wird, und eine Monitorsektion 20 konvertiert den Monitorstromwert in einen Spannungswert und hält seinen Spitzenwert. Die Ausgabe der Monitorsektion 20 wird mit einem Referenzwert (Spannung) 24 unter Verwendung eines Komparators 22 verglichen, und der Zählwert des Zählers 16 wird in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs manipuliert. D.h. falls die Monitorausgabe kleiner als der Referenzwert ist, wird der Zählerwert um 1 inkrementiert, um den Ansteuerstromwert zu erhöhen; falls andererseits die Monitorausgabe größer als der Referenzwert ist, wird der Zählerwert um 1 dekrementiert, um den Ansteuerstromwert zu verringern. Mit dieser Operation wird die Lichtausgabe auf einem konstanten Wert in Bezug auf den Referenzwert unter Verwendung negativer Rückkopplungssteuerung gesteuert.
Zu dieser Zeit wird der Ansteuerstromwert mit einer Genauigkeit äquivalent zu der Auflösung gesteuert, die durch das niederwertigste Bit (least significant Bit, LSB) der D/A-Konvertierungsschaltung 14 bestimmt wird. Wenn z.B. eine 10-Bit-D/A-Konvertierungsschaltung verwendet wird, wird eine Auflö sung von 2¹⁰ = 1024 erhalten. Wenn der Ausgabestrom innerhalb eines Bereichs von 10 bis 100 mA unter Verwendung dieser Schaltung gesteuert wird, ist eine Stromspiegelschaltung in der LD-Ansteuerschaltung 10 gestaltet, so dass 1 LSB 0,1 mA entspricht, wobei digitale Werte 100 bis 1000 Ansteuerstromwerten 10 bis 100 mA entsprechen. Da in diesem Fall bei dem Minimalwert 10 mA des Ansteuerstroms der Strom 0,1 mA pro LSB 1% entspricht, kann die obige Schaltung den Ansteuerstrom mit einer Genauigkeit von ungefähr 1% steuern (die Lichtausgabe ist ihm auch proportional). Der Stand der Technik hat unter Verwendung der oben beschriebenen Schaltung eine sehr präzise Steuerung erreicht.
Das Problem der Ausgabesteuerschaltung des Standes der Technik besteht darin, dass sie Zeit dafür braucht, damit die Lichtausgabe den gewünschten Wert erreicht, d.h. die Anstiegszeit ist lang.
2 zeigt die Betriebscharakteristik der Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik. Die Zeit ist entlang der Abszisse und der Ansteuerstromwert entlang der Ordinate gezeichnet. Der Wert der Zählerschaltung wird beim Einschalten zurückgesetzt. Wenn die oben beschriebene Rückkopplung aktiviert ist, wird der Zählerwert durch Inkrementieren oder Dekrementieren um 1 in einem Zeitpunkt abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs aktualisiert, der zwischen der Ausgabe der Monitorsektion 20 und dem Referenzwert 24 durchgeführt wird, und der Ansteuerstromwert wird entsprechend aktualisiert, was den Ansteuerstrom veranlasst, sich stufenweise zu ändern. Zu dieser Zeit ändert sich der Ansteuerstromwert in Stufen von 0,1 mA, was dem Strom entsprechend dem niederwertigsten Bit (LSB) der D/A-Konvertierungsschaltung entspricht. Wenn der Ansteuerstromwert den Zielwert erreicht, oszilliert der Ansteuerstromwert zwischen zwei Werten, einem oberhalb und dem anderen unterhalb des Zielwertes, und es wird ein Lichtausgabewert erhalten, der innerhalb dieses Bereichs stabilisiert ist.
Da der digitale Wert in diesem Stand der Technik in Schritten von 1 nach dem Einschalten inkrementiert oder dekrementiert wird, bis der Zielwert erreicht ist, braucht es, falls die Differenz zwischen dem Zielwert und dem Stromwert (digitaler Wert) beim Einschalten groß ist, eine große Zahl von Schritten, bis der Strom zu dem gewünschten Wert ansteigt, und die Anstiegszeit wird somit lang.
In Zugangsoptikkommunikationssystemen, die vor kurzem zu einem kommerziellen Dienst gekommen sind, muss ein Häufungsübertragungsverfahren (burst transmission method), welches Daten in Zellen unterteilt und sie in Häufungen überträgt, als das Verfahren für eine Übertragung zwischen dem Teilnehmer und dem Netz eingesetzt werden. 3 zeigt die Operation, wenn die Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik für Häufungsübertragungsanwendungen angewendet wird, um das Problem des Standes der Technik zu erläutern. Wie in 2 wird die Zeit entlang der Abszisse und der Ansteuerstromwert entlang der Ordinate gezeichnet.
Bei Inbetriebnahme einer Häufungsübertragungsvorrichtung ist der Lichtausgabe nur eine kurze Zeitperiode von einigen Mikrosekunden, die Anfangsstartzellen zugeordnet ist, erlaubt, um zu dem Zielwert anzusteigen. Falls entsprechend die Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik für eine Häufungsübertragung verwendet würde, könnte die Lichtausgabe während der Startzellperiode nicht vollständig ansteigen und könnte daher nicht vor der Ausgabe von gewöhnlichen Kommunikationszellen stabilisiert sein. Folglich kann die Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik nicht für derartige Anwendungen verwendet werden.
Wenn z.B. der Zähler bei einem Anfangswert 0 gestartet wird und betrieben wird hochzuzählen, bis ein maximaler Ansteuerstromwert von 100 mA erreicht wird, unter Verwendung z.B. einer 10-Bit-D/A-Konvertierungsschaltung, würde im schlechtesten Fall der Zähler 1024 mal aktualisiert werden müssen, bevor die Ausgabe stabilisiert ist.
Somit hatte der Standes der Technik das Problem, dass er nicht für Häufungsübertragungsanwendungen verwendet werden kann, da die Anstiegszeit lang ist.
Auch in dem Fall einer kontinuierlichen Übertragung können Daten während der Anlaufperiode nicht übertragen werden. Falls die Anstiegszeit des Optikmodulsenders lang ist, besteht das Problem darin, dass es Zeit braucht, das gesamte System hochzufahren. Dies begrenzt auch den Zeitspielraum des Systems oder verlangsamt Systeminbetriebnahme.
Ein anderes Problem, das entsteht, wenn der Stand der Technik von 1 für Häufungsübertragung verwendet wird, betrifft die Steuerung, wenn keine Zellen existieren. In dem Stand der Technik von 1 muss, da die Steuerung des Zählers 16 jederzeit ungeachtet des Vorhandenseins oder Fehlens eines Signals durchgeführt wird, die Zeitkonstante der Monitorsektion 20 ausreichend lang gemacht werden, um eine stabile Steuerung aufrechtzuerhalten, selbst wenn es keine Zellen gibt. Eine Erhöhung der Zeitkonstante führt jedoch zu dem Problem einer langsamen Reaktion.
Ein weiteres Problem mit dem Stand der Technik von 1 betrifft sehr kleine Schwankungen, die auftreten, nachdem die Steuerung eine Bedingung eines stabilen Zustands (Dauerzustands) erreicht hat. Wie in 2 gezeigt, oszilliert in der Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik, nachdem die Inbetriebnahme der Lichtausgabesteuerschaltung abgeschlossen ist und ein Dauerzustand erreicht ist, der Lichtausgabewert fortgesetzt zwischen zwei Werten um den Referenzwert herum. Gewöhnlich ist die Schaltung gestaltet, die Lichtausgabe innerhalb angegebener Grenzen ungeachtet der Variationen zwischen den zwei Werten zu steuern, aber der Lichtausgabewert durchläuft unnötige Änderungen.
Besonders in einer Häufungsübertragung muss die Zeit, die erforderlich ist, um die Lichtausgabe zu stabilisieren, verkürzt werden; um dies zu erreichen, muss die Rückkopplungsschleifengeschwindigkeit erhöht werden, falls aber die Rückkopplung stets bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, werden unnötige Aktualisierungen wiederholt. Dieses Problem wird zu einer erhöhten Fehlerrate an dem Empfangsende des optischen Signals führen.
Des weiteren ändert sich in der Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik, wenn die Lichtausgabesteuerschaltung ihren Lichtausgabewert aktualisiert, der digitale Code, der zu der D/A-Konvertierungsschaltung 14 eingegeben wird, und zu dieser Zeit tritt eine Spitze auf, die ein Störimpuls wird. Dieser Störimpuls erscheint in dem Ansteuerstrom, was eine Verzerrung der Wellenform verursacht. Dieses Problem führt auch zu einer erhöhten Fehlerrate an dem Empfangsende des optischen Signals.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lichtausgabesteuerschaltung vorzusehen, die für Häufungsübertragung geeignet ist.
Das Ziel der Erfindung wird durch Vorsehen einer Lichtausgabesteuerschaltung erreicht, umfassend: einen Fotodetektor, der die Lichtausgabe einer lichtemittierenden Einrichtung er fasst; einen Komparator, der einen Lichtausgabeerfassungswert mit einem Referenzwert vergleicht; eine Lichtausgabesteuereinrichtung, die die Lichtausgabe der lichtemittierenden Einrichtung auf eine diskrete Art und Weise in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs steuert, das von dem Komparator ausgegeben wird; und eine Taktsteuerschaltung, die Daten erfasst, die der lichtemittierenden Einrichtung zuzuführen sind, einen Takt in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Erfassung generiert und den Takt als ein Zeiteinstellungssignal, das eine Steuerzeiteinstellung anzeigt, der Lichtausgabesteuereinrichtung zuführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Lichtausgabesteuerschaltung des Standes der Technik;
2 ist eine Grafik zum Erläutern der Operation der Schaltung von 1;
3 ist ein Diagramm, das ein Häufungssignal zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm eines ersten Beispiels, das für das Verständnis der Erfindung nützlich ist;
5 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern der Operation der Schaltung von 4;
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Zählers 16 zeigt;
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 26 zeigt;
8 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern der Operation der Schaltung von 7;
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Taktsteuerschaltung 28 zeigt;
10 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm zum Erläutern der Operation der Schaltung von 9;
11 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer LD-Ansteuerschaltung 10 zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Monitorsektion 20 zeigt;
14 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der ersten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Diagramm, das die Operation einer zweiten Ausführungsform zeigt;
16 ist ein Blockdiagramm der dritten Ausführungsform;
17 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel des Zählers 16 zeigt, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird;
18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 76 zeigt;
19 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 18 zeigt;
20 ist ein Diagramm, das die Operation einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist eine Grafik zum Erläutern der Operation der dritten Ausführungsform;
22 ist ein Blockdiagramm der dritten Ausführungsform;
23 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel des Zählers 16 zeigt, der in der dritten Ausführungsform verwendet wird;
24 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der dritten Ausführungsform zeigt;
25 ist ein Schaltungsdiagramm eines Grob-/Fein-Schaltkreises 82;
26 ist ein Diagramm, das die Operation einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 ist ein Blockdiagramm der vierten Ausführungsform;
28 ist ein Schaltungsdiagramm eines Grob-/Fein-Schaltkreises 88;
29 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel von Pegelverschiebespannungsquellen 98 und 100 zeigt;
30 ist eine Grafik, die den Strom gegenüber Lichtausgabecharakteristika einer Laserdiode zeigt;
31 ist ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
32 ist ein Diagramm, das die Operation einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
33 ist ein Blockdiagramm der sechsten Ausführungsform;
34 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 108 zeigt;
35 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel des Grob-/Fein-Schaltkreises 108 zeigt;
36 ist ein Blockdiagramm einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
37 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 116 zeigt;
38 ist ein Blockdiagramm einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
39 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
40 ist ein Blockdiagramm einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
41 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 124 zeigt;
42 ist ein Blockdiagramm einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
43 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 126 zeigt;
44 ist ein Blockdiagramm einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
45 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 128 zeigt;
46 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises 230 gemäß einer 13. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
47 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Taktsteuerschaltung 72 zeigt;
48 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 47 zeigt;
49 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Datenerfassungsschaltung 232 zeigt;
50 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Monitorsektion 243 zeigt;
51 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel des Zählers 16 zeigt;
52 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel der Taktsteuerschaltung 72 zeigt;
53 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 52 zeigt;
54 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Taktsteuerschaltung 72 zeigt;
55 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Datenerfassungsschaltung 250 zeigt;
56 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch ein anderes Beispiel der Taktsteuerschaltung 72 zeigt;
57 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Taktsteuerschaltung zeigt;
58 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Datenerfassungsschaltung 256 zeigt;
59 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das Signale in Punkten A bis J in 57 zeigt;
60 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
61 ist ein Schaltungsdiagramm der LD-Ansteuerschaltung 10 in der Ausführungsform von 60;
62 ist ein Schaltungsdiagramm des Zählers 16 in der Ausführungsform von 60;
63 ist ein Diagramm, das eine Dauerzustandssteuerbedingung zeigt;
64 ist ein Diagramm, das einen D/A-Konvertierungsstörimpuls zeigt;
65 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
66 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Ausführungsform von 65 zeigt;
67 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
68 ist ein Blockdiagramm der gleichen Ausführungsform;
69 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
70 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 zeigt;
71 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der LD-Ansteuerschaltung zeigt;
72 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der LD-Ansteuerschaltung zeigt;
73 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Bandschaltkreises zeigt;
74 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 73 zeigt;
75 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel des Bandschaltkreises zeigt;
76 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch ein anderes Beispiel des Bandschaltkreises zeigt;
77 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
78 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
79 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
80 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
81 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
82 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
83 ist ein Blockdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
84 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Grob-/Fein-Schaltkreises und Operationsmodusschaltkreises zeigt;
85 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 84 zeigt;
86 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 zeigt;
87 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch ein anderes Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 zeigt;
88 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 87 zeigt;
89 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 zeigt;
90 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 89 zeigt;
91 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch ein weiteres Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 zeigt; und
92 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 91 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
4 zeigt ein erstes Beispiel, das für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Die gleichen Bestandteile wie jene in 1 werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In dieser Ausführungsform wird nach einer Rücksetzung eines Grob-/Fein-Schaltkreises 26 durch ein Rücksetzsignal der Zähler 16, der den Lichtausgabewert steuert, veranlasst, mit einem großen Schritt eine vorbestimmte Zahl von Malen auf- oder abzuzählen, und dann wird der Operationsmodus des Zählers 16 umgeschaltet, in dem kleinen Schritt auf- oder abzuzählen. Die vorliegende Ausführungsform betrifft eine Lichtausgabesteuerschaltung zur Verwendung mit einer Laseransteuerschaltung für kontinuierliche Übertragungsanwendungen.
In der veranschaulichten Schaltung wird, wie in der Schaltung des Standes der Technik von 1, ein Ansteuerstrom, der mit einem Datensignal in der LD-Ansteuerschaltung 10 moduliert wird, der lichtemittierenden Einrichtung zugeführt. Der Ansteuerstromwert wird unter Verwendung des Zählers 16 und der D/A-Konvertierungsschaltung 14 gesteuert. Der Monitorstrom, der der LD-Ausgabe proportional ist, wird durch die Monitorsektion 20 I/U-konvertiert, und das Ergebnis wird mit dem Referenzwert 24 verglichen, um den Zähler 16 zu manipulieren. Falls ein 10-Bit-D/A-Konverter als die D/A-Konvertierungsschaltung 14 verwendet wird, wird ein Ansteuerstrom von 0,1 mA aufgestellt, einem digitalen Wert 1 zu entsprechen, der steuerbare Bereich des Ansteuerstroms ist 0 bis 102,3 mA.
Es wird eine konventionelle Spannungsregelschaltung verwendet, die eine BRG oder eine Zener-Diode verwendet, um den Referenzwert vorzusehen. Es wird eine Differenzialverstärkerschaltung als der Komparator 22 verwendet. Da diese Steuerschaltung für eine kontinuierliche Übertragung verwendet wird, verwendet die Monitorsektion 20 eine Mittelwerterfassungsschaltung, die einen Widerstand und einen Kondensator umfasst. Es ist auch möglich, den Referenzwert durch Eingeben eines Datensignals zu einer Schaltung ähnlich zu der Monitorsektion zu erstellen.
Das vorliegende Beispiel unterscheidet sich von dem Stand der Technik von 1 durch die Einbeziehung eines Mechanismus zum Umschalten des Zählers 16 zwischen groben und feinen Einstellungen, um den Ansteuerstrom zu steuern. In dem vorliegenden Beispiel wird die Grob-/Fein-Umschaltung basierend auf der Zahl von Rückkopplungsoperationen (der Zahl von Aktualisierungen des Auf-/Ab-Zählers) während eines anfänglichen Einschaltens durchgeführt.
Die Grob-/Fein-Operation des Zählers 16 wird durch ein Grob/Fein-Umschaltsignal gesteuert, das von dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 ausgegeben wird. Der Grob-/Fein-Schaltkreis 26 wird durch einen Takt und das Rücksetzsignal 27 gesteuert. Der Takt, der dem Zähler 16, dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 und der D/A-Konvertierungsschaltung 14 zugeführt wird, wird durch eine Taktsteuerschaltung 28 erstellt.
Die Operation des vorliegenden Beispiels wird nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben.
Anfängliche Inbetriebnahme 30: Der Wert des Zählers 16 und der Wert eines Zählers in dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 werden durch ein anfängliches Inbetriebnahmerücksetzsignal (tief) gelöscht. Zu diesem Zeitpunkt ist die Grob-/Fein-Umschaltausgabe hoch, um den Groboperationsmodus anzuzeigen.
Groboperationsmodus 32: Wenn der Takt und die Daten eingegeben sind, gibt die LD-Ansteuerschaltung 10 einen Ansteuerstrom aus, der mit den Daten moduliert wird. Zuerst ist der Stromwert 0 mA, da der Zähler 16 zurückgesetzt ist. Als Nächstes wird der Monitorstromwert mit dem Referenzwert verglichen, als ein Ergebnis dessen sich der Wert des Zählers 16 erhöht. Da das Grob-/Fein-Umschaltsignal hoch ist (was Groboperation anzeigt), erhöht sich der Zählerwert um 32 jedes Mal, wenn der Zähler 16 aktualisiert wird, und der Ansteuerstrom steigt somit jedes Mal um 3,2 mA an. Diese Operation wird wiederholt, bis der Ansteuerstrom den Zielwert erreicht, und sobald der Zielwert erreicht ist, oszilliert der Stromwert um den Zielwert herum, wobei zwischen zwei Werten mit einer Differenz von 3,2 mA variiert wird. Die Zahl von Aktualisierungen des Zählers 16 bis zu diesem Punkt wird auf 1/M reduziert (in dem veranschaulichten Beispiel 1/32), und die Anstiegszeit kann entsprechend verkürzt werden. In dem veranschaulichten Beispiel kann, wenn der Zähler 16 betrieben wird, bei seinem Anfangswert 0 zu beginnen, der maximale Stromwert von 102,4 mA mit 32 Aktualisierungen im schlechtesten Fall erreicht werden.
Der Takt, der dem Zähler 16 und dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 zugeführt wird, ist ein langsamer Takt, der durch Frequenzteilung des Basistaktes durch 128 abgeleitet wird, wobei die Zeitkonstante der Mittelwertschaltung in der Monitorsektion 20 betrachtet wird. Der frequenzgeteilte Takt wird innerhalb der Taktsteuerschaltung 28 generiert (später detailliert beschrieben).
Der Groboperationsmodus endet, wenn der Zähler (später detailliert beschrieben) in dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 bis 32 gezählt hat; darauf ändert sich die Ausgabe des Grob/Fein-Schaltkreises 26 auf tief, wobei der Zähler gestoppt wird, während der Modus veranlasst wird, zu dem Feinoperationsmodus umzuschalten. Der Aktualisierungszyklus des Zählers 16 ist gleich dem Zyklus des frequenzgeteilten Taktes, und die Dauer des Groboperationsmodus in dieser Ausführungsform ist 128 × 32 = 4096 Mal dem Zyklus des Basistaktes.
Feinoperationsmodus 34: In dem Feinoperationsmodus aktualisiert der Zähler seinen Wert in Inkrementen einer minimalen Einheit 1. Folglich ändert sich der Ansteuerstromwert in Inkrementen von 0,1 mA, wobei er sich dem endgültigen Dauerzustandswert annähert. Sobald der Zielwert erreicht ist, oszilliert der Ansteuerstromwert zwischen zwei Werten, die dem Zielwert am nächsten sind. Die Zahl von Aktualisierungen des Zählers 16, die erforderlich ist, um den endgültigen Dauerzustandswert nach Eintritt in den Feinoperationsmodus zu erreichen, ist M oder kleiner (in dem veranschaulichten Beispiel 32 oder kleiner). Entsprechend kann der Dauerzustandswert mit 32 + 32 = 64 Aktualisierungen (Grob- und Feinoperationsmodi kombiniert) unter Bedingungen des schlechtesten Falls erreicht werden. Im Stand der Technik werden im schlechtesten Fall 1024 Aktualisierungen benötigt. In dem vorliegenden Beispiel wird daher die Geschwindigkeit um einen Faktor von mehr als 10 erhöht.
6 zeigt ein detailliertes Schaltungsblockdiagramm des Zählers 16. Diese Schaltung umfasst einen 10-Bit-Auf-/Ab-Zähler, der einen Ansteuerstromsteuerwert speichert und zum Umschalten zwischen Grob- und Fein-Modi fähig ist. Der 10-Bit-Auf-/Ab-Zähler wird durch Verbinden von zwei 5-Bit-Auf-/Ab-Zählern 36 und 38 gebildet. Die Bedeutung der Eingangs/Ausgangssignale der 5-Bit-Auf-/Ab-Zähler 36 und 38 wird nachstehend angegeben:

UP: Auf-/Ab-Eingang. Hoch für UP (AUF) und tief für DOWN (AB).
CL: Löscheingang. Tief für löschen.
CK: Takteingang.
EN: Freigabeeingabe. Hoch zum Arbeiten und tief zum Halten.
C0: Übertragausgang. Hoch, wenn Übertrag oder Borgen auftritt.
D0–D4: LOAD-(LADE-) Dateneingänge.
L0–L4: LOAD-Steuereingang. Hoch, um LOAD-Daten in dem entsprechenden Bit zu laden.
O0–O4: Ausgangs- (Zählwert) Daten.

Die Operation der Schaltung von 6, die durch Verbinden der zwei 5-Bit-Zähler aufgebaut ist, wird nachstehend beschrieben.
(1) Wenn Grob-/Fein-Umschaltsignal = H (Groboperationsmodus)
Wenn das Grob-/Fein-Umschaltsignal hoch ist, wird, da alle LADE-Eingänge des Auf-/Ab-Zählers 36 hoch sind, die Ausgabe des Komparators in alle Bits des Zählwerts des Auf-/Ab-Zählers 36 geladen. Die Ausgabe des Komparators wird auch zu dem Auf-/Ab-Eingang des Zählers 36 eingegeben. Wenn der Monitorwert kleiner als der Referenzwert ist, und daher die Ausgabe des Komparators hoch ist, sind alle Bits des Zählers 36 1-en.
Da zu diesem Zeitpunkt der Auf-/Ab-Eingang hoch ist (UP), tritt für jeden Takt ein Übertrag auf. Falls die Ausgabe des Komparators tief ist, sind alle Bits des Zählers 36 0-en und der Auf-/Ab-Eingang ist tief (DOWN), sodass ein Borgen für jeden Takt auftritt. Wenn ein Übertrag oder ein Borgen in dem Zähler 36 auftritt, wird der Auf-/Ab-Zähler 38 über ein AND-Gatter 37 aktiviert. Da die Eingänge L0 bis L4 des höherwertigen Zählers 38 tief sind, sind keine Daten geladen und der höherwertige Zähler 38 zählt auf oder ab. D.h. D0 bis D4 des höherwertigen Zählers 38 zählen in Übereinstimmung mit dem Auf-/Ab-Signal auf oder ab, das von dem Komparator 22 zugeführt wird.
Auf diese Weise werden in dem Groboperationsmodus alle 1-en oder 0-en in die niederwertigen fünf Bits durch das Auf- oder Ab-Signal geladen, und der resultierende Übertrag oder Borgen veranlasst den höherwertigen 5-Bit-Zähler 38, auf- oder abzuzählen, wobei somit die Grobmodusoperation bewerkstelligt wird.
(2) Wenn Grob-/Fein-Umschaltsignal = L (Feinoperationsmodus)
Da die Eingänge L0 bis L4 von sowohl den niederwertigen als auch höherwertigen Zählern alle tief sind, arbeiten die Zähler gemeinsam als ein normaler 10-Bit-Auf-/Ab-Zähler mit allen 10 Bits (5 × 2), wobei auf- oder abgezählt wird (Feinmodusoperation).
Auf diese Weise arbeitet der Zähler 16 als ein Auf-/Ab-Zähler, dessen Operationsmodus zwischen den Groboperations- und Feinoperationsmodi durch das Grob-/Fein-Umschaltsignal umschaltbar ist.
7 zeigt ein detailliertes Schaltungsblockdiagramm des Grob-/Fein-Schaltkreises 26, und 8 zeigt die Schaltungs operation. Diese Schaltung generiert das Grob-/Fein-Umschaltsignal aus dem Rücksetzsignal und dem Taktsignal. Die Schaltung umfasst einen 5-Bit-Binärzähler 40 und einen Inverter 42.
Bei anfänglicher Inbetriebnahme ist das Rücksetzsignal tief, um den Inhalt des Zählers zurückzusetzen. Wenn der Takt eingegeben ist, zählt der Zähler auf, und wenn der Zähler bis 32 = 2⁵ hoch zählt, geht der Übertragausgang CO hoch, was durch den Inverter 42 invertiert und als ein tiefes Signal angelegt wird, um dem Anschluss E zu ermöglichen, die Zähleroperation zu stoppen. Entsprechend wird, nachdem der Rücksetzzustand freigegeben ist, die Grob-/Fein-Umschaltausgabe hoch gehalten, bis 32 Taktimpulse gezählt sind, und wird danach tief. Da dieser Takt der gleiche Takt ist, der dem Lichtausgabesteuerzähler 16 zugeführt wird, zählt der Zähler 40 die Zahl von Aktualisierungen des Zählers 16. Diese Grob-/Fein-Umschaltfunktion wird durch Zählen der vorbestimmten Zahl von Malen bewerkstelligt, die der Zähler 16 in dem Groboperationsmodus aktualisiert wird.
In 7 verwendet das vorliegende Beispiel einen Zähler des Typs, der bis 32 hoch zählt, falls aber eine andere Zählnummer zu verwenden ist, sollte ein Zähler des geeigneten Typs verwendet werden.
9 zeigt ein detailliertes Schaltungsblockdiagramm der Taktsteuerschaltung 28, und 10 zeigt die Schaltungsoperation. Diese Taktsteuerschaltung ist für fortgesetzte Übertragung gestaltet. Der Basistakt wird durch einen Faktor von 128 frequenzgeteilt, um den Zählertakt zu erstellen, der dem Zähler 16 ebenso wie dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 zugeführt wird. Die Frequenzteilungsschaltung besteht aus sieben D-FF-(Flip-Flop) Schaltungen 44 und erzeugt einen Ausgangstaktzyklus für jede 128 Eingangstaktzyklen. Der Takt, der der D/A- Konvertierungsschaltung 14 zuzuführen ist, wird um eine Hälfte eines Zyklus durch einen D–FF 46 verzögert.
11 zeigt ein detailliertes Schaltungsdiagramm der LD-Ansteuerschaltung 10. Diese Schaltung moduliert unter Verwendung differenzieller Datensignale, die von Invertern 48 und 50 und einem Differenzialpaar, bestehend aus n-Kanal-MOS-Transistoren 52 und 54, ausgegeben werden, den Strom, der von einem n-Kanal-MOS-Transistor 56 zugestellt wird, der als eine Stromquelle agiert, und erzeugt den Ansteuerstrom (modulierten Strom), der der LD zuzuführen ist.
Der Stromwert der Konstantstromquelle 56 wird durch einen Ausgangsstrom eines Stromspiegels vorgesehen, der aus den n-Kanal-MOS-Transistoren 56 und 58 besteht, und ihr Eingangsstrom wird von einem Stromspiegel erhalten, der aus p-Kanal-MOS-Transistoren 60 und 62 besteht, deren Eingangsstrom wiederum durch Konvertierung der D/A-Konverter-Ausgangsspannung in einen konstanten Stromwert unter Verwendung eines Operationsverstärkers 64, eines n-Kanal-MOS-Transistors 66 und eines festen Widerstands 68 erhalten wird. Entsprechend wird der Ansteuerstromwert durch die Ausgabe der D/A-Konvertierungsschaltung 14 gesteuert. Die obige Beschreibung hat angenommen, dass die Ausgabe der D/A-Konvertierungsschaltung ein Spannungssignal ist, falls aber die Ausgabe ein Strom ist, kann der Ausgang direkt mit der Stromspiegelschaltung, die aus den Transistoren 60 und 62 besteht, oder mit der Stromspiegelschaltung, die aus den Transistoren 56 und 58 besteht, gekoppelt werden.
Wie beschrieben, wird in dem ersten Beispiel nach Rücksetzen des Grob-/Fein-Schaltkreises der Zählerwert, der die Lichtausgabe bestimmt, in inkrementalen Schritten eine vorbestimmte Zahl von Malen erhöht oder verringert, wobei die Schrittgröße M Mal der Wert ist, der durch das niederwertigste Bit des Zählers angezeigt wird, und danach wird der Wert, der durch das niederwertigste Bit des Zählers angezeigt wird, auf- oder abgezählt. Dies beschleunigt die Inbetriebnahme der Lichtausgabesteuerschaltung, die für eine Verwendung mit der Laserdiodenansteuerschaltung für kontinuierliche Übertragungsanwendungen gestaltet ist.
In dem vorliegenden Beispiel wird ein externes Signal als das Rücksetzsignal verwendet, stattdessen kann aber auch von einem Signal Gebrauch gemacht werden, das eine Versorgungsspannungserfassungsschaltung (wie etwa eine konventionelle Einschalt-Rücksetzschaltung) oder dergleichen automatisch generiert, wenn eine Versorgungsspannung eingeschaltet wird.
Um die Lichtausgabe zu oder nahe zu dem Zielwert schnell anzuheben, sollte die Schrittgröße in der Groboperation erhöht werden, aber eine Erhöhung der Schrittgröße der Groboperation wird zu einer Erhöhung der Zahl von Schritten führen, die erforderlich sind, um den endgültigen Wert im Dauerzustand nach Eintritt in den Feinoperationsmodus zu erreichen. Angenommen, dass die Zahl von Bits der D/A-Konvertierungsschaltung N ist, und dass die Schrittgröße in der Groboperation gleich dem M-ten untersten Bit ist, dann sind 2⁽ ^N–M) Groboperationsschritte und 2^M Feinoperationsschritte, insgesamt 2^(N–M) +2^M Schritte, erforderlich, um den vollständigen Bereich von digitalen Werten der D/A-Konvertierung abzutasten. Die Gesamtzahl von Schritten ist am kleinsten, wenn M = N/2 ist.
D.h. wenn ein 10-Bit-D/A-Konverter verwendet wird, ist es am besten, die Zahl von Groboperationsschritten auf 32 zu setzen, in welchem Fall sich alle Ziffern nach 64 Schritten ausgleichen.
In dem obigen Beispiel wird die Zahl von Groboperationsschritten auf 32 (32 × 32 = 1024) gesetzt, um alle digitalen Werte 0 bis 1023 abzutasten, die zu der 10-Bit-D/A-Konvertierungsschaltung eingegeben werden, wenn es aber keine Notwendigkeit gibt, den vollständigen Bereich während Inbetriebnahme abzutasten, z.B. wenn ein Anfangswert in den Zähler geladen wird, oder wenn der verwendete elektrische Strombereich eng ist, ist es wünschenswert, die Zahl von Zählungen zu verringern, da dann die Anstiegszeit verkürzt werden kann.
In dem vorliegenden Beispiel wird bei Rücksetzung der Wert des Lichtausgabesteuerzählers 16 zurückgesetzt, aber dies erfordert nicht notwendigerweise Laden des Wertes 0 in den Zähler 16. Aus einem gewissen Grund kann ein Anfangswert geladen werden. Wenn z.B. ein Wert entsprechend einem Strom, der größer als der Zielwert ist, als der Anfangswert verwendet wird, ist es möglich, den Zähler 16 zu setzen, um Zählen von diesen Wert zu beginnen, wobei für jede Aktualisierung um 16 dekrementiert wird. Des Weiteren kann ein geeigneter Anfangswert in Übereinstimmung mit dem Typ einer LD, dem Wert des zugeführten Stroms oder der erforderlichen Lichtausgabegenauigkeit geladen werden.
Falls ein Wert, der der Temperatur in diesem Zeitpunkt und der Temperaturcharakteristik der LD angemessen ist, als der Anfangswert der Lichtausgabesteuerung geladen wird, kann die gewünschte Lichtausgabe beginnend von dem ersten Bit des ersten Häufungssignals erhalten werden, und somit können eine schnelle Reaktion und eine Steuerung mit hoher Genauigkeit der Lichtausgabe gleichzeitig erreicht werden. Des Weiteren kann durch Durchführen der oben beschriebenen Initialisierung zwischen Häufungen die Lichtausgabe justiert werden, abrupte Änderungen einer Umgebungstemperatur zwischen Häufungssignalen zu kompensieren.
In dem vorliegenden Beispiel wurde der 10-Bit-Auf-/Ab-Zähler beschrieben, durch Verbinden von zwei 5-Bit-Zählern aufgebaut zu sein; alternativ können zwei 4-Bit-Zähler und ein 2-Bit-Zähler gemeinsam verbunden sein oder es kann ein 10-Bit-Zähler als eine einzelne Einheit verwendet werden.
12 zeigt eine erste Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist sowohl für Häufungsübertragung als auch kontinuierliche Übertragung anwendbar, und unterscheidet sich von dem ersten Beispiel (4) in der Konfiguration der Monitorsektion und der Taktsteuerschaltung.
13 zeigt ein Schaltungsdiagramm der Monitorsektion 70. Diese Schaltung umfasst eine I/U-Konvertierungsschaltung 73 und eine Spitzenhalteschaltung 74. Während die Monitorsektion des ersten Beispiels nur auf kontinuierliche Übertragung wegen der Verwendung der Mittelwerterfassungsschaltung mit einer langen Zeitkonstante angewendet werden kann, kann die vorliegende Ausführungsform auf Häufungsübertragung ebenso wie kontinuierliche Übertragung angewendet werden, da der Monitorwert der Lichtausgabe augenblicklich durch Einfangen des Spitzenwertes der Lichtausgabe erfasst werden kann. Es wird spontane Entladung durch einen Widerstand 75 verwendet, um einen Strom zu entladen und der Änderung zu folgen, wenn eine Aktualisierung in einer Richtung durchgeführt wird, die den Lichtausgabewert reduziert. Die Spitzenhalteschaltung, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann durch eine Bodenhalteschaltung oder eine Abtastwert-und-Halte-Schaltung ersetzt werden.
In der Taktsteuerschaltung 28 des ersten Beispiels wurde der Takt, der dem Zähler zugeführt wird, einfach durch Unterteilen des Basistaktes abgeleitet, um kontinuierliche Übertragung unterzubringen. Bei Häufungsübertragung sind einerseits Zeitintervalle, während denen keine Daten übertragen werden, relativ lang, und während dieser Intervalle kann der Lichtausgabewert nicht rückgekoppelt werden. Angesichts dessen ist die Taktsteuerschaltung 72 der zweiten Ausführungsform konfiguriert, die Versorgung des Taktes zu dem Zähler 16, dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26 und der D/A-Konvertierungsschaltung 14 während Perioden ohne Daten zu stoppen, um nicht die Steuerbedingung zu aktualisieren, wenn es keine Daten gibt.
14 zeigt die Operation der vorliegenden Ausführungsform. Der Unterschied zu dem ersten Beispiel besteht darin, dass während Perioden ohne Daten der Takt, der dem Zähler 16 zugeführt wird, gestoppt wird um zu verhindern, dass der Zähler 16 aktualisiert wird. Die detaillierte Konfiguration der Taktsteuerschaltung 72 wird später beschrieben.
In dem ersten Beispiel und der ersten Ausführungsform wird ein schneller Anstieg durch Umschalten zwischen den Groboperations- und Feinoperationsmodi erreicht, aber durch Erhöhung der Zahl von Schritten in dem Groboperationsmodus kann die Anstiegszeit, bevor sich das letzte Bit stabilisiert, weiter verkürzt werden (Mehrstufenzählverfahren).
15 zeigt die Operation einer zweiten Ausführungsform zum Implementieren der obigen Operation.
Während der anfänglichen Inbetriebnahme des Lichtausgabesteuerzählers wird zuerst der Zähler 32 Mal durch Auf- oder Abzählen des sechsten Bits des Zählers in Inkrementen von 32 LSBs aktualisiert, wobei somit der Ansteuerstrom in Schritten von 3,2 mA erhöht oder verringert wird. Als Nächstes wird der Zähler viermal durch Auf- oder Abzählen des viertuntersten Bits des Zählers in Inkrementen von 8 LSBs aktualisiert, wobei somit der Ansteuerstrom in Schritten von 0,8 mA erhöht oder verringert wird. Danach wird der Zähler in Inkrementen von 1 LSB aktualisiert, wobei somit der Ansteuerstrom in Schritten von 0,1 mA erhöht oder verringert wird. In dieser Ausführungsform wird der Zähler 32 + 4 + 8 = 44 Mal aktuali siert, bis sich das letzte Bit des Zählers stabilisiert, wobei ein Dauerzustandswert erreicht wird. Dies sieht eine Verbesserung einer Geschwindigkeit durch einen Faktor von 1,5 im Vergleich mit der ersten Ausführungsform vor, die 32 + 32 = 64 Aktualisierungen erfordert hat.
16 zeigt die Schaltungsblockkonfiguration zum Implementieren der zweiten Ausführungsform. Der Hauptunterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der Grob/Fein-Schaltkreis 76 zwei Grob-/Fein-Umschaltsignale für eine Zuführung zu dem Lichtausgabesteuerzähler 16 ausgibt, um zwei Groboperationsmodi zu realisieren.
17 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Lichtausgabesteuerzählers 16, der in der obigen Konfiguration verwendet wird. Der Unterschied zu dem Zähler von 6, der in dem ersten Beispiel und der ersten Ausführungsform verwendet wird, besteht in den Verbindungen, die zu den zwei Grob-/Fein-Umschaltsignalen gehören. D.h. die Grob-/Fein-Umschaltsignale 1 und 2 sind mit ihren zugehörigen Bits in den LADE-Steuereingängen des niederwertigen Zählers gekoppelt. Während das entsprechende Umschaltsignal hoch gehalten wird, wird ein hoher Zustand in jedes zugehörige Bit geladen, wenn aufgezählt wird, oder ein tiefer Zustand, wenn abgezählt wird. Die niederwertigen Bits 4 und 5 (Positionen 8 und 16) des niederwertigen 5-Bit-Zählers werden durch das Grob-/Fein-Umschaltsignal 1 gesteuert. Die niederwertigen Bits 1 bis 3 (Positionen 1, 2 und 4) des niederwertigen 5-Bit-Zählers werden durch das Grob-/Fein-Umschaltsignal 2 gesteuert.
18 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Grob-/Fein-Schaltkreises zum Generieren der Grob-/Fein-Umschaltsignale 1 und 2, und 19 zeigt die Schaltungsoperation. Diese Schaltung umfasst, anders als die Schaltung, die in 7 gezeigt wird, zwei Zählerschaltungen.
Nachdem das Rücksetzsignal freigegeben ist (tief zu hoch), wird ein Taktsignal zugeführt, um einen 5-Bit-Zähler 78 zu betreiben, und wenn der Zähler bis 32 aufgezählt hat, wird der Zähler 78 gestoppt, in welchem Punkt sich das Grob-/Fein-Umschaltsignal 1 von hoch zu tief ändert. Mit dem Übertragausgang des Zählers 78, der hoch geht, geht der CL-Anschluss eines Zählers 80 hoch, was den 2-Bit-Zähler 80 veranlasst, Zählen zu starten. Wenn der Zähler 80 bis 4 gezählt hat, wird der Zähler 80 gestoppt, und das Grob-/Fein-Umschaltsignal 2 ändert sich von hoch zu tief.
In der zweiten Ausführungsform sind zwei Groboperationsmodi vorgesehen, um die Anstiegsgeschwindigkeit zu verbessern. Um die Geschwindigkeit weiter zu verbessern, wird es effektiv sein, die Zahl von Groboperationsmodi zu erhöhen. Dies kann durch Erhöhung der Zahl von Grob-/Fein-Umschaltsignalen und Vorsehen von Steuerschaltungen für ihre Steuerung bewerkstelligt werden.
Falls die Zahl von Groboperationsmodusstufen weiter erhöht wird, um einen Groboperationsmodus für jedes Bit vorzusehen, kann die schnellste Anstiegsgeschwindigkeit erreicht werden. 20 zeigt die Operation einer dritten Ausführungsform (Bisektionsverfahren) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nach Rücksetzen wird der Lichtausgabesteuerzähler 32 mal durch Auf- oder Abzählen des sechsten und höherer Bits des Zählers in Inkrementen von 32 LSBs aktualisiert, wobei somit der Ansteuerstrom in Schritten von 3,2 mA erhöht oder verringert wird, wie in der ersten Ausführungsform. Das charakteristische Merkmal der vierten Ausführungsform besteht darin, dass das Aktualisierungsbit um eins für jede der nachfolgenden Aktualisierungen abgesenkt wird. D.h. der Zähler wird einmal durch Auf- oder Abzählen des fünften und höherer Bits aktualisiert (zweiter Groboperationsmodus), dann wird das niederste Bit sequenziell für jede nachfolgende Aktualisierung abgesenkt, wie etwa das vierte und höhere Bits (dritter Groboperationsmodus), das dritte und höhere Bits (vierter Groboperationsmodus), das zweite und höhere Bits (fünfter Groboperationsmodus) usw., bis schließlich das niederwertigste Bit (LSB) bestimmt wird, wobei ein endgültiger Dauerzustandswert erreicht wird. In dieser Ausführungsform wird der Zähler 32 + 5 = 37 Mal aktualisiert, bevor sich das endgültige Bit des Zählers stabilisiert, wobei ein Dauerzustandswert erreicht wird. Dies erreicht eine schnellere Geschwindigkeit im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, die 44 Aktualisierungen erfordert hat.
Eine Theorie darüber, wie die Anstiegsgeschwindigkeit gemäß der dritten Ausführungsform verbessert werden kann, wird nachstehend beschrieben. Der Inbetriebnahmeprozess der Lichtausgabesteuerschaltung entspricht dem Herausfinden einer Variablen X, für die die Lichtausgabe F(X), eine Funktion von X, gleich dem Zielwert V ist. Dies bedeutet Bestimmen von X = F^–1(V), für das F(X) = V ist. 21 zeigt die Grafik von X-F(X). Wenn z.B. von der Funktion bekannt ist, dass sie sich über ein Intervall von X = 0 bis 32 monoton erhöht oder verringert, d.h. F (0) < V < F (32) , dann existiert X = F^–1 (V) innerhalb des Intervalls von 0 bis 32.
Ein Verfahren zum Erhalten des X ist das Bisektionsverfahren. Das Bisektionsverfahren ist ein iteratives Verfahren zum Finden einer Lösung; d.h. wenn von einer Lösung bekannt ist, innerhalb eines bestimmten Intervalls zu existieren, wird der Mittelpunkt des Intervalls erhalten und das Intervall, das die Lösung enthält, wird um eine Hälfte der Länge des ursprünglichen Intervalls eingeengt, und dieser Prozess wird wiederholt. Falls die Variable X eine Binärzahl (digital) ist, entspricht dieses Verfahren einer aufeinanderfolgenden Bestimmung von Bits in dem digitalen Wert, beginnend von dem Bit höchster Ordnung, und die Lösung kann durch Wiederholung des Prozesses für die gleiche Zahl von Malen wie die Zahl von Bits in dem digitalen Wert gefunden werden. In der dritten Ausführungsform wird während der anfänglichen Inbetriebnahme der Zähler veranlasst, das sechste und höhere Bits auf- oder abzuzählen, um ein Intervall zu erhalten, das die Lösung enthält, und dann wird das Bisektionsverfahren auf die niederwertigen fünf Bits angewendet. Mit diesem Bisektionsverfahren kann die Lösung durch fünf Iterationen gefunden werrden.
22 zeigt die Schaltungsblockkonfiguration zum Implementieren der dritten Ausführungsform. Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass es fünf Grob/Fein-Umschaltsignale gibt.
23 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Lichtausgabesteuerzählers 16, der in der obigen Konfiguration verwendet wird. Der Unterschied zu dem Zähler der ersten Ausführungsform, gezeigt in 6, besteht in den Verbindungen, die zu den Grob-/Fein-Umschaltsignalen gehören. D.h. die fünf Grob/Fein-Umschaltsignale sind eins zu eins mit ihren zugehörigen Bits in den LADE-Steuereingängen L0 bis L4 des niederwertigen Zählers gekoppelt. Durch Anlegen der Wellenformen von 24 als die Grob-/Fein-Umschaltsignale können das sechste und höhere Bits des Zählers 32 Mal in dem Grobmodus auf- oder abgezählt werden, und dann können das fünfte bis zum niederwertigsten Bits durch Verwenden des Bisektionsverfahrens aufeinanderfolgend bestimmt werden, wie oben beschrieben.
25 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Grob-/Fein-Schaltkreises zum Generieren der Grob-/Fein-Umschaltsignale. Diese Schaltung umfasst anders als die Schaltung, die in 18 gezeigt wird, einen 5-Bit-Zähler 84 zum Aufzählen bis 32 und vier 1-Bit-Zähler 80 jeder zum Zählen von 1.
In der obigen dritten Ausführungsform wird der Zähler während der anfänglichen Inbetriebnahme veranlasst, das sechste und höhere Bits auf- oder abzuzählen, um ein Intervall zu erhalten, das die Lösung enthält, und danach wird das Bisektionsverfahren angewendet; alternativ kann das Bisektionsverfahren von Beginn an angewendet werden, beginnend mit dem Auf- oder Abzählen der 10. Ziffer höchster Ordnung (oder höher) bei der anfänglichen Inbetriebnahme. In diesem Fall kann mit einem 10-Ziffern- oder 10-Bit-Binärzähler, falls der Wert für jede Ziffer beginnend von der Ziffer höchster Ordnung aktualisiert wird, der Zielwert mit 10 Aktualisierungen erreicht werden.
In der obigen dritten Ausführungsform wird die Groboperation unter Verwendung des Bisektionsverfahrens durch Auf- oder Abzählen einmal für jedes Bit bewerkstelligt, aber die Zahl von Zählungen für jedes Bit muss nicht notwendigerweise auf 1 begrenzt sein. Obwohl das veranschaulichte Beispiel die höchste Geschwindigkeit erreicht, kann die Zahl von Zählungen für jedes Bit aus irgendeinem anderen Grund erhöht werden.
26 zeigt die Operation einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird die Grob-/Fein-Umschaltung durch Erfassen der Lichtausgabe, die sich dem Zielwert nähert, bewirkt. In dem ersten Beispiel und den ersten bis dritten Ausführungsformen, die oben beschrieben werden, wurde die Zeiteinstellung der Grob/Fein-Umschaltung bestimmt, sodass die Grobmodusoperation eine vorbestimmte Zahl von Malen während der anfänglichen Inbetriebnahme durchgeführt wird; im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform die Grob-/Fein-Umschaltung durch Bestimmen durchgeführt, ob sich die Lichtausgabe einer Stabilisierung annähert. Diese Bestimmung wird durch Vorsehen eines Fensters einer vorbestimmten Breite nahe zu dem Zielwert und durch Erfassen, ob der Monitorwert in dieses Fenster eingetreten ist, durchgeführt.
27 zeigt ein Blockdiagramm dieser Ausführungsform. Der Unterschied zu dem ersten Beispiel und den ersten bis dritten Ausführungsformen besteht darin, dass dem Grob-/Fein-Schaltkreis 88 der Monitorwert und Referenzwertsignale zugeführt werden.
28 zeigt die Konfiguration des Grob-/Fein-Schaltkreises 88. Der Grob-/Fein-Schaltkreis 88 umfasst einen Fensterkomparator 90 und eine Verriegelung 92. Der Fensterkomparator 90 inkludiert zwei Komparatoren 94 und 96, jeder aufgebaut aus einer Differenzialverstärkerschaltung, die die Monitorausgabe mit den jeweiligen Referenzwerten vergleichen, die durch Verschieben des Eingangsreferenzwertes um Spannungen ΔVw1 und ΔVw2 erstellt werden, die von Pegelverschiebespannungsquellen 98 und 100 zugeführt werden. Die Vergleichsergebnisse werden dann mit NOR verknüpft, und das Ergebnis der Verknüpfung mit NOR wird als die Fensterkomparatorausgabe ausgegeben. D.h. wenn der Monitorwert in das Fenster der Breite ΔVw1 + ΔVw2 eintritt, geht die Fensterkomparatorausgabe hoch.
Die Verriegelung 92 ist vorgesehen, um den Groboperationsmodus nach Rücksetzung zu implementieren. Es wird ein JK-Flip-Flop 102 als die Verriegelung verwendet. Nach Inbetriebnahme wird die Verriegelung 92 zurückgesetzt, und eine Verriegelung XQ = hoch wird als die Ausgabe des Grob-/Fein-Schaltkreises ausgegeben, wobei dadurch ein Groboperationsmodussignal gesendet wird. Wenn die Grobmodus-Inbetriebnahme zu dem Punkt fortfährt, wo der Monitorwert in das Fenster eintritt, geht der Verriegelungs-J-Eingang hoch, was den XQ-Ausgang veranlasst, herunterzugehen und somit ein Feinoperationsmodussignal gesendet wird.
Hier muss die Fensterbreite größer als die Breite einer Änderung des Monitorwerts pro Steueraktion in dem Groboperationsmodus gemacht werden. Wenn die Fensterbreite kleiner ist, kann sich, falls der Monitorwert auf- oder abgeht, wobei der Bereich des Fensters in dem Groboperationsmodus überschritten wird, der Groboperationsmodus unendlich fortsetzen.
29 zeigt ein weiteres detailliertes Schaltungsdiagramm der Pegelverschiebespannungsquellen 98 und 100 in dem Fensterkomparator. In der gezeigten Schaltung sind die Pegelverschiebespannungsquellen durch Weiterleitung von Strömen Iw1 = Iw2 = 50 μA durch zwei Widerstände RW1 bzw. RW2 realisiert. Komponentenwerte sind z.B. RW1 = RW2 = 1 kΩ und Iw1 = Iw2 = 50 μA, und als ein Ergebnis wird ΔVw1 = ΔVw2 = 50 mV erhalten. Der Strom Iw1 wird durch Duplizieren, durch einen Stromspiegel, der aus p-Kanal-MOS-Transistoren M2 und M4 besteht, des Ausgangsstroms einer Konstantstromschaltung erzeugt, die eine Referenzspannungsquelle (eine konventionelle Konstantspannungsschaltung, wie etwa ein Zener-Diodentyp oder ein BGR-Typ), einen Widerstand R1, einen Operationsverstärker und einen n-Kanal-MOS-Transistor M1 umfasst. Gleichermaßen wird der Strom Iw2 durch Transferieren des Ausgangstroms der Konstantstromschaltung durch einen Stromspiegel, der aus p-Kanal-MOS-Transistoren M2 und M3 besteht, und durch sein Duplizieren durch einen Stromspiegel, der aus n-Kanal-MOS-Transistoren M5 und M6 besteht, erzeugt.
Als eine Modifikation der fünften Ausführungsform kann, falls die Fensterbreite des Fensterkomparators temperaturabhängig gemacht wird, die Anstiegszeit weiter verkürzt werden. Das Prinzip hinter dieser Idee wird mit Bezug auf 30 erläutert. 30 zeigt den Strom gegenüber Lichtausgabecharakteristika einer Laserdiode. Lasing tritt auf, wenn der Ansteuerstrom die Schwelle überschreitet, aber die Differenzialeffizienz = ΔL/ΔI hat eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit und verringert sich mit steigender Temperatur. Entsprechend verringert sich bei einer digitalen Steuerung des Ansteuerstroms die Rate einer Änderung einer Lichtmenge in Bezug auf die Digitalwertänderung von 1, während sich die Temperatur erhöht. Als ein Ergebnis wird sich, falls die Fensterbreite fixiert ist, die Zahl von Aktualisierungen, die erforderlich ist, bis eine Stabilisierung erreicht ist, nach Eintritt in den Feinoperationsmodus bei hohen Temperaturen erhöhen. Um dieses Problem anzusprechen, wird bei hohen Temperaturen die Fensterbreite in Proportion zu der Temperaturabhängigkeit der Lichtmengenschrittgröße (proportional zu der Differenzialeffizienz des Lasers) reduziert, wobei dadurch die Temperaturabhängigkeit der Zahl von Aktualisierungen beseitigt wird, bis eine Stabilisierung nach Eintritt in den Feinoperationsmodus erreicht ist. Dies dient dazu, die Anstiegszeit über einen breiten Temperaturbereich zu verkürzen.
In einem spezifischen Verfahren zum Erreichen dessen wird der feste Widerstand R1 in der Konstantstromgenerierungsschaltung von 29 durch einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient (auch ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizient genannt) mit einer Temperaturabhängigkeit, oder einen Widerstand, der durch Kombinieren eines derartigen Widerstands mit einem festen Widerstand aufgebaut ist, ersetzt, sodass die Spannung der Spannungsquelle, die die Fensterbreite bestimmt, mit steigender Temperatur reduziert werden kann.
In der obigen Beschreibung des Fensterkomparators werden die Pegelverschiebespannungen gezeigt, als ΔVw1 = ΔVw2 gesetzt zu sein, aber diese Spannungen müssen nicht notwendigerweise identisch gesetzt sein. Gleichermaßen müssen RW1 und RW2 nicht notwendigerweise einander gleich gemacht sein.
31 zeigt eine fünfte Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist der vierten Ausführungsform mit Ausnahme dessen identisch, dass der Groboperationsmodus in zwei Stufen unterteilt ist. Es sind deshalb zwei Grob-/Fein-Schaltkreise vorgesehen. Der Zähler 16 ist der gleiche wie der, der in der dritten Ausführungsform verwendet wird, die in 17 gezeigt wird. Der Grob-/Fein-Schaltkreis 104, in dem das Fenster des Fensterkomparators das größere ist, gibt ein Grob/Fein-Umschaltsignal 1 aus, und der Grob-/Fein-Schaltkreis 106, in dem das Fenster des Fensterkomparators das kleinere ist, gibt ein Grob-/Fein-Umschaltsignal 2 aus.
Mit der obigen Konfiguration verbessert die fünfte Ausführungsform die Anstiegszeit durch Umschalten der Operation des Auf-/Ab-Zählers zwischen den Grob- und Feinmodi unter Verwendung der Vielzahl von Fensterkomparatoren während anfänglicher Inbetriebnahme.
32 zeigt die Operation einer sechsten Ausführungsform. Diese Ausführungsform verwendet eine Aktualisierungshistorie des Lichtausgabesteuerzählers um zu erfassen, ob sich die Lichtausgabe dem Zielwert annähert. Spezieller ist in der Lichtausgabesteuerschaltung, die den Komparator und den Lichtausgabesteuer-Auf-/Ab-Zähler verwendet, die Komparatorausgabe, die angewendet wird, um den Auf-/Ab-Zähler zu aktualisieren, derart, dass wenn es eine Ungleichheit zwischen der Lichtausgabe und dem Zielwert gibt, nur eine UP-Steuerung oder eine DOWN-Steuerung wiederholt wird, und sobald die Lichtausgabe stabilisiert ist, UP-Steuerung und DOWN-Steuerung alternierend wiederholt werden. Entsprechend kann durch Beibehaltung von UP/DOWN-Historienrekords und Überprüfung, ob UP-Steuerung und DOWN-Steuerung gemischt sind, bestimmt werden, ob sich in dem Groboperationsmodus die Lichtausgabe stabilisiert hat oder nicht.
33 zeigt die Konfiguration der sechsten Ausführungsform. Der Unterschied zu dem ersten Beispiel und den anderen Aus führungsformen besteht darin, dass der Ausgang des Komparators auch mit dem Grob-/Fein-Schaltkreis 108 verbunden ist.
Ein spezielles Beispiel des Grob-/Fein-Schaltkreises 108 wird in 34 gezeigt. Diese Schaltung speichert die Ausgabehistorie des Komparators in einem Schieberegister 110 und generiert ein Signal basierend auf dem Logikzustand von jeder Ziffer. Wenn sich die Ziffern des Registers voneinander unterscheiden, d.h. der Zustand "101" oder "010", wird dieser Zustand unter Verwendung von NAND-Schaltungen erfasst, und ein XQ-Ausgang einer Verriegelung 112 wird tief gesetzt. Mit dieser Konfiguration kann das Grob-/Fein-Umschaltsignal generiert werden durch Erfassung, basierend auf der Komparatorausgabehistorie, dass die Lichtausgabe den Zielwert in dem Groboperationsmodus erreicht hat.
Ein anderes Beispiel des Grob-/Fein-Schaltkreises 108 wird in 35 gezeigt. Diese Schaltung speichert die Ausgabehistorien des Komparators in einem 5-Bit-Schieberegister 114 und generiert ein Signal basierend auf dem Logikzustand von jeder Ziffer. Ob sich die Ziffern des Registers voneinander unterscheiden wird unter Verwendung von Exklusiv-OR- (EXOR) Schaltungen erfasst. Die Bedingungen zum Bestimmen, dass der Zielwert erreicht ist, werden erweitert, nicht nur "010" und "010" zu inkludieren, sondern auch "10010", "011010", "11010", "10101", "01010" und "00101".
36 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform (32 und 33) durch die Bereitstellung von zwei Groboperationsmodi. In dem Schaltungsdiagramm werden zwei Grob-/Fein-Umschaltsignale gezeigt. Ein spezielles Beispiel des Grob-/Fein-Schaltkreises 116 wird in 37 gezeigt. Diese Schaltung unterscheidet sich von der Schaltung der sechsten Ausführungsform, die in 34 ge zeigt wird, dadurch, dass zwei Verriegelungen vorgesehen sind, um zwei Grob-/Fein-Umschaltsignale zu generieren, um die zwei Groboperationsmodi zu bewirken.
38 zeigt eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform inkludiert einen Grob-/Fein-Umschaltanschluss, sodass die Grob-/Fein-Umschaltung durch die Anwendung eines externen Signals bewirkt werden kann. In Anwendungen, wie etwa optischen Kommunikationssystemen oder dergleichen, werden, wenn der optische Sender als ein Modul aufgebaut ist, verschiedene Steuersignale von der Haupteinheit zugeführt; diese Ausführungsform ist besonders nützlich in Anwendungen, wo das Grob-/Fein-Umschaltsignal von der Haupteinheit zugeführt wird.
Eine neunte Ausführungsform ist eine Kombination der ersten Ausführungsform (Zählverfahren) und der vierten Ausführungsform (Fensterkomparator). Bei Inbetriebnahme wird das sechste unterste Bit des Zählers 16 veranlasst, 32 mal auf- oder abzuzählen, und dann wird das vierte unterste Bit des Zählers 16 veranlasst, auf- oder abzuzählen, bis der Monitorwert innerhalb der Pegelbreite des Fensterkomparators gebracht ist, und schließlich wird das unterste Bit veranlasst, auf- oder abzuzählen.
Die gesamte Konfiguration ist die gleiche wie die, die in 27 gezeigt wird, mit Ausnahme dessen, dass zwei Grob/Fein-Umschaltsignale ausgegeben werden. Die Konfiguration des Grob-/Fein-Schaltkreises wird in 39 gezeigt. Zuerst führt ein Zähler 18 Zählen durch und gibt das Grob-/Fein-Umschaltsignal 1 aus. Als Nächstes führt ein Fensterkomparator 120 eine Grob-/Fein-Steuerung durch, um die oben beschriebene Operation zu bewerkstelligen.
40 zeigt eine zehnte Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist eine Kombination der ersten Ausführungsform (Zählverfahren) und der sechsten Ausführungsform (Historienaufzeichnung, 33). Bei Inbetriebnahme wird das sechste unterste Bit des Zählers veranlasst, auf- oder abzuzählen; dann wird das dritte unterste Bit des Zählers veranlasst, auf- oder abzuzählen, bis die Ausgabehistorie der Komparatorschaltung UP-Steuerung und DOWN-Steuerung auf eine gemischte Art und Weise zeigt, und schließlich wird das unterste Bit veranlasst, auf- oder abzuzählen. Der Ausgang des Komparators 22 ebenso wie der Takt, der zum Zählen notwendig ist, ist mit dem Grob-/Fein-Schaltkreis 124 verbunden.
Ein Beispiel des Grob-/Fein-Schaltkreises 124 wird in 41 gezeigt. Zuerst führt ein Zähler 122 (äquivalent dem einen, der in 7 gezeigt wird) Zählen. durch und gibt das Grob/Fein-Umschaltsignal 1 aus. Als Nächstes führt eine Schaltung (äquivalent zu der einen, die in 34 gezeigt wird) eine Grob-/Fein-Steuerung basierend auf der Ausgabehistorie des Komparators durch, um die oben beschriebene Operation zu bewerkstelligen.
42 zeigt eine elfte Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist eine Kombination der vierten Ausführungsform (Fensterkomparator, 27) und der dritten Ausführungsform (Bisektionsverfahren, 22). Bei Inbetriebnahme wird das sechste unterste Bit des Zählers veranlasst, auf- oder abzuzählen, bis der Monitorwert innerhalb der Pegelbreite des Fensterkomparators gebracht ist, dann wird das fünfte Bit des Zählers veranlasst, einmal auf- oder abzuzählen, gefolgt durch einmaliges Auf- oder Abzählen des vierten Bits; der Prozess wird wiederholt, um den Wert, der durch die Bits angezeigt wird, die höher als das niederwertigste Bit des Zählers sind, auf- oder abzuzählen, und schließlich wird das niederwertigste Bit wiederholt auf- oder abgezählt, um die Lichtausgabe zu stabilisieren.
Im Betrieb werden das Signal von der Monitorsektion 70 und der Referenzwert 24 dem Grob-/Fein-Schaltkreis 126 zugeführt, und das Grob-/Fein-Umschaltsignal wird mit fünf Bits parallel ausgegeben, um das Bisektionsverfahren zu implementieren. Ein Beispiel des Grob-/Fein-Schaltkreises 126 wird in 43 gezeigt. Die Schaltung umfasst den Fensterkomparator der fünften Ausführungsform (28) und die Bisektionsverfahren-Steuerschaltung (äquivalent der einen, die in 25 gezeigt wird) der dritten Ausführungsform.
44 zeigt eine zwölfte Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist eine Kombination der vierten Ausführungsform (Fensterkomparator, 27) und der sechsten Ausführungsform (Historienaufzeichnung, 33). Die Ausgabe des Komparators 22 und der Monitorwert und der Referenzwert, die dem Fensterkomparator zuzuführen sind, werden zu dem Grob-/Fein-Schaltkreis 128 gekoppelt.
Bei Inbetriebnahme wird das sechste unterste Bit des Zählers veranlasst, auf- oder abzuzählen, bis der Monitorwert innerhalb der Pegelbreite des Fensterkomparators gebracht ist, und dann wird das dritte unterste Bit des Zählers veranlasst, auf- oder abzuzählen. Nach Wiederholung des vorbestimmten Auf-/Ab-Musters wird das niederwertigste Bit veranlasst, wiederholt auf- oder abzuzählen, um die Lichtausgabe zu stabilisieren.
45 zeigt die detaillierte Konfiguration des Grob-/Fein-Schaltkreises 128. Die Schaltung umfasst den Fensterkomparator der vierten Ausführungsform (28) und das Historienaufzeichnungsschieberegister der sechsten Ausführungsform (34).
46 zeigt einen Grob-/Fein-Schaltkreis 230, der in einer 13. Ausführungsform verwendet wird. Diese Ausführungsform ist eine Kombination der siebten Ausführungsform (Historienaufzeichnung, 37) und der dritten Ausführungsform (Bisektionsverfahren, 25). Der Ausgang des Komparators ist mit dem Grob-/Fein-Schaltkreis 230 verbunden. Der Grob-/Fein-Schaltkreis 230 umfasst das Historienaufzeichnungsschieberegister der siebten Ausführungsform (34) und die Bisektionsverfahren-Grob-/Fein-Steuerschaltung (25).
47 zeigt ein erstes Beispiel der Schaltungskonfiguration der Taktsteuerschaltung 72, die in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen mit Ausnahme des ersten Beispiels verwendet wird.
In einer Häufungsübertragung sind Zeitintervalle, während denen keine Daten übertragen werden, relativ lang, und während dieser Intervalle kann der Lichtausgabewert nicht rückgekoppelt werden. Angesichts dessen werden die Taktsignale, die dem Zähler 16, dem Grob-/Fein-Schaltkreis 26, 76, 82, 108, 116, 120, 124, 126, 128 oder 230 und der D/A-Konvertierungsschaltung 14 zuzuführen sind, aus den Eingangsdaten und dem Basistakt erstellt, sodass der Zähler nur aktualisiert wird, wenn Eingangsdaten existieren. Die Taktsteuerschaltung umfasst eine Datenerfassungsschaltung 232, einen 4-Bit-Binärzähler 234 und eine Verzögerungsschaltung 236. Die Datenerfassungsschaltung 232 erfasst Eingangsdaten und erzeugt eine hohe Ausgabe. Nur wenn die Ausgabe der Datenerfassungsschaltung hoch ist und der Übertrag des 4-Bit-Binärzählers 234 auf (hoch) ist, geht der LADE-Steuereingang des 4-Bit-Binärzählers hoch, was veranlasst, dass die Daten in den 4-Bit-Binärzähler zu laden sind; wenn der Übertrag gelöscht ist, beginnt der Zähler danach zu zählen. Das Zeitdiagramm, das in 48 für die Taktsteuerschaltung gezeigt wird, zeigt die Einstel lung, in der ein Übertrag auftritt, wenn die Daten, die in den 4-Bit-Binärzähler geladen werden, "2" sind oder wenn der Zählwert "1" ist. Der Wert des signifikantesten Bits Q3 des 4-Bit-Binärzählers wird als das Zählertaktsignal zugeführt.
Die Operation der Taktsteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 47 und 48 beschrieben. Zuerst wird der Zähler 234 durch das Rücksetzsignal auf Null zurückgesetzt, und wenn der Zählwert in der nächsten Takteingabe "1" wird, tritt ein Übertrag auf und der EN-Eingang des Zählers 234 geht auf den tiefen Pegel, sodass das Zählen gestoppt wird. Obwohl die Details der Datenerfassungsschaltung 232 später beschrieben werden, geht, wenn die Dateneingabe zu der Datenerfassungsschaltung 232 für drei Bits in Folge "1" ist, der Ausgang der Datenerfassungsschaltung 232 hoch, und der Wert "2" wird in den Zähler 234 geladen. Darauf nimmt der Zähler 234 das Zählen wieder auf; wenn der Zählwert "8" wird, geht der Ausgang Q3 auf den hohen Pegel, und daher ist der Zählertakt hoch. Wenn der Zählwert 0 wird, geht der Ausgang Q3 auf den tiefen Pegel, sodass der Zählertakt tief ist. Wenn der Zählwert "1" wird, tritt ein Übertrag auf, und der Zähler 234 stoppt. Wenn der Ausgang der Datenerfassungsschaltung 232 auf den hohen Pegel geht, wird danach der obige Prozess wiederholt. Ein Signal einer erzwungenen Entladung (später beschrieben) wird von einem Flip-Flop 238 in der Verzögerungsschaltung 236 mit einer Verzögerung von einem Takt in Bezug auf den Zählertakt ausgegeben. Der D/A-Konvertierungstakt wird ausgegeben, indem er einen Takt mehr durch einen Flip-Flop 240 verzögert ist.
Auf diese Weise wird der Zählertakt zum Definieren der Lichtausgabeaktualisierungszeiteinstellung nur dann generiert, wenn ein Eingangsdatensignal auftritt. D.h. somit kann eine Lichtausgabeaktualisierungszeiteinstellung, die zu Eingangsdaten "1" synchronisiert ist, realisiert werden.
Ein Beispiel der Datenerfassungsschaltung 232 wird in 49 gezeigt. Wenn ein Eingangsdatensignal für drei Bits in Folge auftritt, sind alle Eingaben zu einem AND-Gatter 242 1en, sodass das Datenerfassungsausgabesignal hoch ist und der 4-Bit-Binärzähler zu zählen beginnt. In diesem Beispiel wird ein Eingangsdatensignal erfasst, das für drei Bits in Folge auftritt, aber dies ist nicht eine wesentliche Bedingung.
Der Takt, der der D/A-Konvertierungsschaltung 14 zuzuführen ist, wird durch Verzögerung der Ausgabe des 4-Bit-Binärzählers durch die Verzögerungsschaltung 236 durch Betrachtung der Verzögerungszeit durch den Zähler 16 und die Verzögerung wegen der Eingangseinrichtungszeit etc. der D/A-Konvertierungsschaltung 14 abgeleitet.
Das Signal einer erzwungenen Entladung wird in der Monitorsektion verwendet, wenn es notwendig ist, die Lichtausgabe schnell abzusenken, z.B. wenn eine Steuerung von einem Anfangswert gestartet wird, der höher als der Zielwert ist. In der Monitorsektion 70, die in 13 gezeigt wird, wird, wenn die Monitorausgabe höher als der Zählwert ist, der Steuerwert reduziert, um die Lichtausgabe abzusenken, und wenn sich der Monitorstrom verringert, verringert sich die Monitorausgabe allmählich wegen der spontanen Entladung durch den Widerstand 75. Als ein Ergebnis kann die Monitorausgabe beurteilt werden, höher als der Referenzwert zu sein, wenn die Lichtausgabe tatsächlich geringer als der Referenzwert ist, und die tatsächliche Lichtausgabe kann veranlasst werden, weit unter den Referenzwert abzufallen. Um dieses Problem anzusprechen, wird in der Monitorsektion 243, die in 50 gezeigt wird, ein Transistor 244 parallel zu dem Widerstand 75 eingefügt. Bei Abschluss der Aktualisierung des Zählers 16 wird der Transistor 244 durch das Signal einer erzwungenen Entladung eingeschaltet, was erzwingt, dass die Ladung des Kondensators 246 entladen wird. Dies verbessert die Fähigkeit der Monitorausgabe, einer raschen Verringerung in der Lichtausgabe zu folgen. Falls der Referenzwert für die Lichtausgabesteuerung aus dem Datensignal zu generieren ist, kann eine ähnliche Schaltung für die Entladung des Referenzwertes verwendet werden. Auch kann eine konventionelle Konstantspannungsschaltung, wie etwa die zuvor beschriebene, als die Referenzwertgenerierungsschaltung verwendet werden.
Wenn der Anfangswert nach Löschen des digitalen Wertes durch das Rücksetzsignal beständig kleiner als der Listausgabereferenzwert ist, und es deshalb nicht notwendig ist, die Lichtausgabe schnell zu reduzieren, wird das Signal einer erzwungenen Entladung nicht benötigt.
Des weiteren können die Monitorsektion und die Referenzwertquelle unter Verwendung einer Abtastwert-und-Halte-Schaltung oder einer Flankenerfassungsschaltung, die weder eine spontane Entladung noch eine Funktion einer erzwungenen Entladung hat, aufgebaut werden.
In der obigen Beschreibung kann die Aktualisierungszeiteinstellung der verschiedenen Ausgangssignale der Taktsteuerschaltung beliebig bestimmt werden, in Anbetracht der Verzögerungszeiten etc. der verschiedenen Blöcke, die das Lichtausgabesteuerverfahren der vorliegenden Erfindung implementieren.
In der obigen Ausführungsform wird ein externes Signal als das Rücksetzsignal verwendet, stattdessen kann aber auch von einem Signal Gebrauch gemacht werden, das eine Versorgungsspannungserfassungsschaltung oder dergleichen (wie etwa eine konventionelle Inbetriebnahme-Rücksetzschaltung) automatisch generiert, wenn eine Versorgungsspannung eingeschaltet wird. Des Weiteren kann ein Rücksetzsignal unter Verwendung einer Takt-Aus-Erfassungsschaltung generiert werden, die die Abwesenheit eines Eingangstaktes erfasst. Außerdem kann eine Kombination von zwei oder mehr von dem externen Signal, der Versorgungsspannungserfassungsschaltung und der Takt-Aus-Erfassungsschaltung verwendet werden.
51 zeigt die detaillierte Konfiguration des Zählers 16 um zu erläutern, wie der Anfangswert in den Zähler 16 geladen wird. Die höherwertigen fünf Bits des Anfangswertes sind direkt mit den Ladedateneingängen des höherwertigen 5-Bit-Auf/Ab-Zählers 38 verbunden. Die niederwertigen fünf Bits sind mit einer Seite eines Fünf-Gruppen-Schalters 248 verbunden. Wenn das Anfangswert-Ladesignal hoch ist, wählt der Schalter 248 die niederwertigen fünf Bits des Anfangswertes für eine Verbindung mit den Ladedateneingängen des Auf-/Ab-Zählers 36 aus. Wenn das Anfangswert-Ladesignal tief ist, wird der Ausgang des Komparators 22 für eine Verbindung mit den Ladedateneingängen ausgewählt.
52 zeigt ein zweites Beispiel der Taktsteuerschaltung 72. Um den Zähler 16 mit dem Anfangswert für die Lichtausgabe zu laden, wird das Ausgangssignal von der Datenerfassungsschaltung mit einem Anfangswert-Anwendungsendesignal durch OR verknüpft, und das Ergebnis wird zu dem LADE-Anschluss des Zählers 234 eingegeben. Mit dieser Anordnung wird der Zählertakt zu dem Ende der Anfangswertanwendung ausgegeben, wie in 53 gezeigt, und der Anfangswert wird in den Zähler 16 geladen.
In dem oben beschriebenen Beispiel wurde eine Lichtausgabeaktualisierungszeiteinstellung, die mit den Eingangsdaten "1" synchronisiert ist, erreicht, es ist aber auch möglich, eine Lichtausgabeaktualisierungszeiteinstellung zu generieren, sodass der Digitalwert für eine Lichtausgabe nicht durch Steuerung des Taktes aktualisiert wird, der dem Zähler 16, dem Grob-/Fein-Schaltkreis und der D/A-Konvertierungsschaltung zuzuführen ist, nur wenn es keine Daten gibt. Dies kann durch die Taktsteuerschaltung erreicht werden, die in 54 gezeigt wird. Die Schaltung umfasst eine Daten-Aus-Erfassungsschaltung, einen 4-Bit-Binärzähler 234 und eine Verzögerungsschaltung 236. Die Daten-Aus-Erfassungsschaltung 250 erfasst Eingangsdaten "0" und erzeugt eine hohe Ausgabe. Die Operation ist die gleiche wie die zuvor beschriebene, und falls gewünscht wird, einen Anfangswert für die Lichtausgabe hinzuzufügen, wie es in 52 geschieht, kann auch das Anfangswert-Anwendungsendesignal in 54 vorgesehen werden. Ein spezielles Beispiel der Daten-Aus-Erfassungsschaltung 250 wird in 55 gezeigt.
In der obigen Beschreibung wurde die Taktsteuerschaltung beschrieben, eine Verzögerungsschaltung zu enthalten, aber an Stelle der Verzögerungsschaltung kann eine Kombinationslogik 252 verwendet werden. Ein spezielles Beispiel wird in 56 gezeigt.
57 zeigt ein Beispiel einer Taktsteuerschaltung, in der an Stelle des Zählers ein Frequenzteiler verwendet wird. Der Zähler 234 in 47 wird durch einen vierstufigen Frequenzteiler 252 mit der Hinzufügung eines Flip-Flop 254 für eine Synchronisation mit einer Datenerfassung ersetzt. Die Datenerfassungsschaltung 256, die hier verwendet wird, hat die Konfiguration, die in 58 gezeigt wird. In 58 ist, wenn es keine Daten gibt, ein Transistor 258 EIN, und ein Kondensator 262 wird mit einem Strom von einer Stromquelle 260 geladen, wobei der Spannungspegel des Kondensators 262 erhöht wird. Wenn es Daten gibt, ist ein Transistor 264 EIN, und der Kondensator 262 wird durch eine Stromquelle 266 entladen, sodass sich der Spannungspegel verringert. Ein Transistor 268 ist AUS, wenn sein Gate-Potenzial hoch ist, was den Spannungserfassungsausgang veranlasst, auf den tiefen Pe gel zu gehen, und ist EIN, wenn sein Gate-Potenzial tief ist, was den Erfassungsausgang veranlasst, auf den hohen Pegel zu gehen. D.h. der Erfassungsausgang verbleibt auf dem hohen Pegel solange wie es Daten gibt, und geht auf den tiefen Pegel, wenn es keine Daten gibt. 59 zeigt Signale in Punkten A bis J in 57.
Es wird nun ein Degenerierungsmodus der Laserdiode (LD) in Verbindung mit der negativen Rückkopplungssteuerung in der Lichtausgabesteuerschaltung betrachtet. Falls die LD wegen Alterung etc. degeneriert, verringert sich ihre Lichterzeugungseffizienz und die Monitorsignalausgabe von der Fotodiode (PD) fällt ab. Als ein Ergebnis setzt der Digitalwert des Zählers 16 für die Lichtausgabe durch die negative Rückkopplungssteuerung der Listausgabe fort anzusteigen. Angenommen hier, dass aus irgend einem Grund die Lichterzeugungseffizienz der LD wiederhergestellt wird; in diesem Fall kann der Digitalwert für die Lichtausgabe bereits auf einen Maximalwert angestiegen sein. Dies könnte die LD beschädigen.
Die Konfiguration, die in 60 gezeigt wird, vermeidet den obigen LD-Schaden, indem die LD-Ansteuerschaltung 10 veranlasst wird, ein LD-Ansteuerstromgrenzsignal zu dem Zähler 16 auszugeben, der den Lichtausgabewert steuert, und somit die Lichtausgabeerhöhungsoperation zu stoppen. Detaillierte Schaltungskonfigurationen der LD-Ansteuerschaltung 10 und des Zählers 16, der den Lichtausgabewert steuert, werden in 61 bzw. 62 gezeigt. In 61 bilden p-Kanal-MOS-Transistoren 60 und 62 und p-Kanal-Transistoren 60 und 270 jeweils Stromspiegel. Gleichermaßen bilden n-Kanal-MOS-Transistoren 272 und 274 und n-Kanal-MOS-Transistoren 56 und 58 jeweils Stromspiegel. Falls der Strom IB, der durch die Transistoren 60 und 270 generiert wird, größer als der Strom IA (Referenzwert) ist, der durch eine Stromquelle 276 und die Transistoren 272 und 274 generiert wird, geht das LD-Ansteuerstrom grenzsignal hoch. Der Strom IA, der durch die Stromquelle 276 und Transistoren 272 und 274 generiert wird, sieht den Referenzwert vor, unterhalb dessen der LD-Ansteuerstrom zu begrenzen ist. Wenn das Grenzsignal hoch ist, wird nur die Aufwärtszählung des Zählers 38, der in 62 gezeigt wird, deaktiviert.
In der Lichtausgabesteuerschaltung, die bisher beschrieben wurde, oszilliert, nachdem die Inbetriebnahme der Lichtausgabesteuerschaltung abgeschlossen ist und ein Dauerzustand erreicht ist, der Lichtausgabewert kontinuierlich zwischen zwei Werten um den Referenzwert herum, wie in 63 gezeigt. Gewöhnlich ist die Schaltung gestaltet, sodass die zwei Werte innerhalb der angegebenen Grenzen der Lichtausgabe kommen, aber der Lichtausgabewert durchläuft unnötige Änderungen.
Speziell in einer Häufungsübertragung muss die Zeit verkürzt werden, die erforderlich ist, damit sich die Lichtausgabe stabilisiert; um dies zu erreichen, muss die Rückkopplungsschleifengeschwindigkeit erhöht werden, wenn aber die Rückkopplung stets bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt wird, werden unnötige Aktualisierungen wiederholt. Dieses Problem wird zu einer erhöhten Fehlerrate an dem Empfangsende eines optischen Signals führen.
Ein Problem, das mit der D/A-Konvertierungsschaltung in Verbindung steht, die in der obigen Lichtausgabesteuerschaltung verwendet wird, wird mit Bezug auf 64 beschrieben. Wenn die Lichtausgabesteuerschaltung ihren Lichtausgabewert aktualisiert, ändert sich der digitale Code, der zu der D/A-Konvertierungsschaltung eingegeben wird, und eine Spitze, die ein Störimpuls genannt wird, tritt an dem Ausgang der D/A-Konvertierungsschaltung auf. Dieser Störimpuls erscheint in dem Ansteuerstrom, was eine Wellenformverzerrung bewirkt.
Dieses Problem führt auch zu einer erhöhten Fehlerrate an dem Empfangsende eines optischen Signals.
65 zeigt ein andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 66 veranschaulicht ihre Operation. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den so weit beschriebenen dadurch, dass zusätzlich zu der Taktsteuerschaltung 28 zum Steuern des Takts, der dem Zähler 16 zugeführt wird, der den Lichtausgabesteuerwert speichert, eine Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 vorgesehen ist, die steuert, ob die Aktualisierung des Zählers 16 genehmigt wird oder nicht. Die Zähleraktualisierungsgenehmigungssteuerung wird durch Erteilung eines Aktualisierungsgenehmigungssignals SIG1 von der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 durchgeführt. Sobald der Zähler 16 als Reaktion auf das Signal SIG1 aktualisiert wurde, wird unnötige Aktualisierung für eine Zeit, die länger als der minimale notwendige Zyklus zum Aktualisieren durch die Rückkopplung ist, verhindert, indem eine Aktualisierung nicht genehmigt wird, bis eine vorgeschriebenen Bedingungen erfüllt ist, durch eine Zahl des Takts oder ein Datensignal etc. Dies dient dazu, die Zahl von unnötigen Aktualisierungen durch Verlängerung des tatsächlichen Rückkopplungszyklus zu reduzieren. Obwohl die Lichtausgabe zwischen den zwei Werten um den Referenzwert herum oszilliert, kann ihre Frequenz reduziert werden und die Wellenform kann somit verbessert werden.
In dem Beispiel von 65 ist der Logikzustand von SIG1 "1" = hoch, wenn eine Aktualisierung genehmigt wird, und "0" = tief, wenn Aktualisierungen verhindert werden. Nach einer Aktualisierung geht der Zustand auf "0", und dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis eine vorgeschriebene Bedingung erfüllt ist; nachdem die Bedingung erfüllt ist, verbleibt der Zustand auf "1", bis die nächste Aktualisierung durchgeführt wird. Später werden mehrere Beispiele angegeben, die ein spezielles Verfahren zum Generieren des Signals SIG1 behandeln.
In der Schaltung von 65 wird das Aktualisierungsgenehmigungssteuersignal, das getrennt von dem Takt generiert wird, der dem Zähler 16 zugeführt wird, für eine Zähleraktualisierungs-/Verhinderungssteuerung verwendet; alternativ können logische Operationen zwischen dem Genehmigungssignal und dem Takt durchgeführt werden, wobei Festlegungen getroffen werden, den Takt selbst zu stoppen, wenn Aktualisierungen verhindert werden (dies kann einfach durch Verwendung eines AND-Gatters etc. bewerkstelligt werden). In diesem Fall kann auch genau die gleiche Wirkung erreicht werden. Die folgende Beschreibung behandelt das Aktualisierungsgenehmigungssignal unabhängig von dem Takt, aber es ist offensichtlich, dass die gleiche Sache auch unter Verwendung des Verfahrens zum Stoppen des Takts selbst erreicht werden kann.
Als Nächstes wird noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 67 und 68 beschrieben. Diese Ausführungsform erreicht eine Hochgeschwindigkeitsaktualisierung während Inbetriebnahme, während die Zahl von Lichtausgabeaktualisierungen reduziert wird, sobald die Steuerung eine Dauerzustandsbedingung erreicht.
Die Operation dieser Ausführungsform wird in 67 gezeigt. Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahme und die Reduzierung einer Wellenformdegradierung während einer Dauerzustandssteuerung werden gleichzeitig durch Verwenden eines Umschaltsignals SIG2 und Umschalten des Modus zwischen einem Inbetriebnahmemodus, in dem Rückkopplung mit dem minimalen notwendigen Zyklus zum Aktualisieren durchgeführt wird, und einem Dauerzustandsmodus, in dem, sobald eine Aktualisierung vorgenommen ist, Aktualisierung verhindert wird, bis eine vorgeschriebene Bedingung erfüllt ist, erreicht. In dem veranschaulichten Beispiel verbleibt SIG2 auf "1" während der Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahme und geht auf "0", wenn ein Dauerzustand erreicht ist.
68 zeigt die Konfiguration zum Implementieren der obigen Operation. Es wird eine Operationsmodusumschaltsektion zum Generieren des Signals SIG2, welches den Inbetriebnahmemodus anzeigt, in der Schaltung von 65 hinzugefügt, und SIG2 und die Ausgabe der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 werden durch ein OR-Gatter 279 durch OR verknüpft, und das Ergebnis wird als SIG1 zu dem Zähler 16 eingegeben. Das Umschaltsignal SIG2 kann aus den Daten, dem Takt oder einem anderen externen Signal generiert werden, und später werden mehrere Beispiele angegeben, um ein spezielles Verfahren einer Signalgenerierung zu erläutern.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 69 beschrieben. Diese Ausführungsform ist gedacht, während die Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahmefunktion beibehalten wird, die Degradierung der Lichtausgabewellenform zu verhindern, die durch Störimpulse verursacht wird, die in der D/A-Konvertierungsschaltung auftreten, wenn der Lichtausgabesteuerwert aktualisiert wird.
Die Basiskonfiguration von 69 ist die gleiche wie die von 68, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass das Frequenzband der Stromquelle, die den Ansteuerstrom in der LD-Ansteuerschaltung bestimmt, schaltbar gemacht wird, da der Operationsmodus von dem Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahmemodus zu dem Dauerzustandsmodus umgeschaltet wird.
Spezieller wird für die Inbetriebnahme das Frequenzband der Stromquelle erweitert und die Rückkopplungsgeschwindigkeit erhöht, sodass die Lichtausgabe schnell auf den Zielwert ansteigt, wobei somit eine Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahme erreicht wird, und nachdem der Dauerzustand erreicht ist, wird die Rückkopplungsgeschwindigkeit reduziert und das Frequenzband des Ansteuerstroms eingeengt, um die Degradierung der Lichtwellenform wegen Störimpulsen in der D/A-Konvertierungsschaltung zu verhindern, wobei somit ermöglicht wird, Kommunikationen mit einer guten Lichtwellenform durchzuführen.
70 zeigt ein Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276. Um die Aktualisierungsfrequenz zu begrenzen, nachdem der Zähler 16, der den Lichtausgabesteuerwert speichert, aktualisiert wurde, wird ein digitaler Timer zum Zählen des Takts gestartet, um eine Aktualisierung für eine vorbestimmte Zeitperiode zu verhindern, nach der die Aktualisierung genehmigt wird.
Die Schaltungsoperation wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein Takt, der durch Teilen des Basistaktes durch zwei unter Verwendung eines Frequenzteilers 282 abgeleitet wird, zu dem Zähler 280 eingegeben, da aber Q0 bis Q7 mit 11111111 (Binärzahl, die die dezimale Zahl 255 darstellt) geladen sind und der Übertrag CO auf "1" gesetzt ist, was die Freigabe E auf "0" setzt, ist der Zähler 280 deaktiviert. Wenn unter dieser Bedingung ein Zählertakt eingegeben ist, erfasst ein D–FF den Anstieg des Zählertakts und lädt 0 in den Zähler 280. Dies zwingt den Übertrag CO, auf "0" zu gehen, und der Zählerzustand ändert sich von dem deaktivierten Zustand zu dem Zählfreigabezustand. Der Zähler 280 zählt um 1 durch den durch zwei geteilten abgeleiteten Takt auf. Falls sich zu diesem Zeitpunkt der Zählertakt erneut ändert, wird die Änderung ignoriert, da "0" an den LADE-Anschluss des Zählers 280 durch den Zustand des Übertrags CO angelegt wird. Als ein Ergebnis setzt der Zähler 280 fort hochzuzählen, bis zu 255 (dezimal) hochgezählt ist. Wenn der Wert des Zählers 280 255 (dezimal) erreicht, geht der Übertrag CO auf "1", wobei die Freigabe E auf "0" gesetzt wird, sodass der Zähler 280 gestoppt wird. Wenn der nächste Zählertakt eingegeben wird, wird der obige Prozess wiederholt. Mit der obigen Operation wird, sobald der Zählertakt eingegeben ist, SIG1 auf dem tiefen Pegel gehalten, um die Aktualisierung des Zählers 16 zu verhindern, bis nachdem der Basistakt 2 × 256 = 512 mal eingegeben ist. Danach wird eine Aktualisierung genehmigt. Wenn z.B. die Basistaktrate 156 Mb/s ist und wenn der Zählertakt kontinuierlich eingegeben wird, wird eine Aktualisierung einmal jede 3,3 μs genehmigt (6,43 ns × 512).
71 und 72 zeigen detaillierte Schaltungsdiagramme der LD-Ansteuerschaltung 10. 71 zeigt die Schaltung, wenn die analoge Ausgabe der D/A-Konvertierungsschaltung als eine Spannung gegeben ist, und 72 zeigt die Schaltung, wenn die analoge Ausgabe als ein Strom gegeben ist. Mit der Ausnahme, dass ein Bandschaltkreis 284 zwischen die Transistoren 60 und 62 eingefügt ist, ist die Schaltungskonfiguration in wesentlichen die gleiche wie die der Spannungseingabe-/Stromeingabe-LD-Ansteuerschaltung, die mit Bezug auf 11 beschrieben wird.
73 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Bandschaltkreises, und 74 zeigt seine Operationsfolge. Diese Schaltung schaltet das Frequenzband für die Stromausgabe der LD-Ansteuerschaltung durch Verwenden eines Operationsumschaltsignals um.
Die Transistoren 60 und 62 links und rechts bilden einen Stromspiegel als eine Stromquelle zum Bestimmen des Ansteuerstroms. Der Strom proportional zu der analogen Ausgabe der D/A-Konvertierungsschaltung wird zu dem Transistor 60 eingegeben, und der Ausgabestrom wird dem Transistor 62 entnommen.
Das Basisprinzip einer Bandumschaltung ist, einen Tiefpassfilter eines RC-Typs, der aus RN3 und CN3 besteht, in den und aus dem Pfad zu schalten, der die zwei Transistoren 60 und 62 verbindet. Wenn ferner der Kondensator C eingeschaltet wird, falls der Kondensator mit einem unterschiedlichen Potenzial abrupt eingeschaltet wird, wird augenblicklich ein Ladestrom fließen, als ein Ergebnis dessen das Gatter instabil werden kann, was die Ausgangsstromwellenform unterbricht. Um dies anzusprechen, ist eine Schaltung vorgesehen, die das Potenzial von CN3 das gleiche wie das Gatterpotenzial macht. Um eine derartige Umschaltoperation zu bewerkstelligen, sind SW1 bis SW3 und eine Sequenzsteuerschaltung für eine richtige Operation dieser Schalter inkludiert.
Nachstehend wird eine Beschreibung davon gegeben, wie die Umschaltung von dem Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahmemodus, in dem das Frequenzband des Stromspiegels breit gemacht wird, zu dem Dauerzustandsmodus, in dem das Frequenzband eng gemacht wird, durchgeführt wird.
In dem Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahmemodus wird ein breites Frequenzband mit SW1 = EIN, SW2 = AUS und SW3 = EIN erreicht. Da die Gates der Transistoren 60 und 62 über den Schalter SW1 kurz geschlossen sind, und CN3 nicht mit dem Gate des Transistors 62 verbunden ist, bilden die Transistoren 60 und 62 eine normale Stromspiegelkonfiguration, und das Frequenzband ist daher breit.
Der p-Kanal-MOS-Transistor MM1 der gleichen Größe wie der Transistor 62 bildet auch einen Stromspiegel mit dem Transistor 60, und darin fließt ein Strom, der dem des Transistors 62 äquivalent ist. Ferner fließt der Strom von MM1 zu dem n-Kanal-MOS-Transistor MM2, und der Strom, der in MM3 fließt, der einen Stromspiegel mit MM2 bildet, fließt zu MM4, sodass der Gate-Pegel von MM4 gleich dem des Transistors 62 wird. Da zu dieser Zeit SW1 EIN und SW2 AUS sind, wird CN3 auf den gleichen Spannungspegel wie die Gate-Spannung des Transistors 62 geladen.
Wenn sich das Umschaltsignal von "1" zu "0" ändert, wird SW1 geöffnet und der Kondensator CN3 wird entriegelt; danach ändert sich N1 von "0" zu "1" über einen Inverter und eine RC-Zeitkonstantenschaltung, die aus CN1 und RN1 besteht, und SW2 wird geschlossen, um CN3 mit dem Gate des Transistors 62 zu verbinden.
Nachdem sich N1 von "0" zu "1" ändert, ändert sich N2 von "1" zu "0" über einen Inverter und eine RC-Zeitkonstantenschaltung, die aus CN2 und RN2 besteht; als ein Ergebnis wird SW3, der über RN3 kurzschließt, geöffnet, wobei somit RN3 zwischen die Gates der Transistoren 60 und 62 eingefügt wird, und der Tiefpassfilter, der aus RN3 und CN3 besteht, wird somit zwischen die Gates der Transistoren 60 und 62 eingeschaltet.
Auf diese Weise kann der Bandschaltkreis das Frequenzband durch Schalten des Tiefpassfilters hinein in den und heraus aus dem Stromspiegel, der den Ansteuerstrom steuert, umschalten.
Während der oben beschriebene Bandschaltkreis gestaltet ist, eine RC-Zeitkonstantenschaltung einzufügen, ist der Bandschaltkreis, der in 75 gezeigt wird, gestaltet, nur RN3 hinzuzufügen. Die Bandschaltkreissektion besteht nur aus dem Widerstand RN3, wie in 73 gezeigt, und einer Schaltung, die die Einfügung von RN3 steuert. Da jeder der Transistoren, die die Schaltung bilden, eine kapazitive Komponente hat, kann Bandumschaltung durch Verbinden und Trennen von nur R bewerkstelligt werden.
Der Bandschaltkreis, der in 76 gezeigt wird, ist gestaltet, nur CN3 hinzuzufügen. Die Bandschaltkreissektion besteht nur aus dem Kondensator CN3, wie in 73 gezeigt, und einer Schaltung, die die Einfügung von CN3 steuert. Da jeder der Transistoren, die die Schaltung bilden, eine Widerstandskomponente oder eine Strombegrenzungsfunktion als eine Stromquelle hat, kann Bandumschaltung durch Verbinden und Trennen nur von C bewerkstelligt werden.
Das Signal, welches der Grob-/Fein-Schaltkreis 26, der mit Bezug auf 7 beschrieben wird, ausgibt, kann direkt als das Operationsumschaltsignal SIG2 zum Umschalten des Operationsmodus zwischen dem Inbetriebnahmemodus, in dem der Aktualisierungszyklus kurz ist, und dem Dauerzustandsmodus, in dem der Aktualisierungszyklus lang ist, oder zum Umschalten der Frequenzcharakteristika der LD-Ansteuerschaltung oder für beide Umschaltoperationen verwendet werden. Alternativ kann die Schaltung 26 von 7 als ein Grob-/Fein-Schalt- und Operationsmodusschaltkreis verwendet werden, der Grob-/Fein-Umschalt- und Operationsmodus-Umschaltsignale für Grob-/Fein-Umschaltung und Operationsmodusumschaltung ausgibt, wie in 77 gezeigt.
Gleichermaßen können der Grob-/Fein-Schaltkreis 76, der in 18 gezeigt wird, der Grob-/Fein-Schaltkreis 82, der in 25 gezeigt wird, der Grob-/Fein-Schaltkreis 88, der in 28 gezeigt wird, der Grob-/Fein-Schaltkreis 108, der in 34 und 35 gezeigt wird, und der Grob-/Fein-Schaltkreis, der in 37 gezeigt wird, jeder als der Operationsmodusschaltkreis oder der Grob-/Fein-Schalt- und Operationsmodusschaltkreis verwendet werden. Die Schaltungen, die das letztere Beispiel implementieren, werden jeweils in 78 bis 82 gezeigt. Alternativ können Vorkehrungen getroffen werden, um das Operationsmodusumschaltsignal oder das Grob-/Fein-Um schalt- und Operationsmodusumschaltsignal extern anzulegen, wie in 83 gezeigt.
Ein anderes Beispiel des Grob-/Fein-Schalt- und Operationsmodusschaltkreises wird in 84 gezeigt. Diese Schaltung erfasst unter Verwendung einer analogen Schaltung eine Änderung in der Komparatorausgabe und generiert das Umschaltsignal. Eine Gleichzeichenfolgeerfassungsschaltung, die eine Ladepumpe verwendet, ist zum Erfassen einer Änderung in dem Vergleichsergebnis enthalten.
Die Ladepumpenschaltung 286 umfasst: einen Kondensator C1; M1, fähig zum Ausgeben eines konstanten Stroms I1 unter Verwendung einer Konstantstromquelle I1 und eines p-Kanal-MOS-FET M2; M3, fähig zum Durchführen einer Umschaltoperation als Reaktion auf ein Eingangssignal; M5, fähig zum Ausgeben eines konstanten Stroms I2 unter Verwendung einer Konstantstromquelle I2 und eines n-Kanal-MOS-FET M6; M4, fähig zum Durchführen einer Umschaltoperation als Reaktion auf ein Eingangssignal; und einen n-Kanal-MOS-FET M7, der eingeschaltet wird, wenn das Rücksetzsignal tief ist, um den Kondensator C1 zu entladen.
Die Ladepumpensteuerschaltung 288 als die folgenden drei Funktionen.
Wenn die Komparatorausgabe "1" = UP ist, wird eine Steuerung durchgeführt, sodass wenn der Zählertakt hoch geht (für eine Zähleraktualisierung), M3 eingeschaltet wird, um den Kondensator C1 zu entladen; als ein Ergebnis wird der Ausgang VC der Ladepumpenschaltung zu Masse abgesenkt.
Wenn die Komparatorausgabe "0" = DOWN ist, wird eine Steuerung durchgeführt, sodass wenn der Zählertakt hoch geht (für eine Zähleraktualisierung), M4 eingeschaltet wird, um den Kondensator C1 zu laden; als ein Ergebnis wird der Ausgang VC der Ladepumpenschaltung zu Vdd angehoben.
Wenn das Rücksetzsignal RST tief ist, wird M7 eingeschaltet, um den Ausgang VC der Ladepumpenschaltung zu Masse kurzzuschließen, wobei dadurch C1 mit einem Anfangswert versehen wird.
Ein Pegelkomparator 289 inkludiert eine Widerstandspannungsteilungsschaltung zum Teilen der Spannung zwischen der Energieversorgung Vdd und Masse GND unter Verwendung von Widerständen R1 bis R3, und erfasst die Mischung von UP-Steuerung und DOWN-Steuerung durch Erfassen des Ausgangs VC der Ladepumpenschaltung, der innerhalb eines Bereichs von R1/(R1+R2+R3) bis (R1+R2)/(R1+R2+R3) fällt (wenn Vdd = 3V und R1 = R2 = R3 = 5 kΩ sind, dann ist VC = 1 bis 2 V), durch Verwenden zweier Differenzialkomparatoren und einer OR-Schaltung.
85 zeigt die Operation des Schaltkreises von 84. Wenn das Rücksetzsignal RÜCKSETZUNG hoch geht, wird M7 eingeschaltet und die Ladepumpenschaltung beginnt zu arbeiten. Während der anfänglichen Inbetriebnahme der Lichtausgabesteuerschaltung, wenn die Lichtausgabe kleiner als der Referenzwert ist, ist die Komparatorausgabe "1" = UP; wenn in diesem Zustand der Zählertakt hoch geht (für eine Zähleraktualisierung), wird M3 eingeschaltet, um den Kondensator C1 zu entladen, sodass der Ausgang VC der Ladepumpenschaltung auf GND verbleibt.
Wenn die Lichtausgabe dann den Referenzwert erreicht und die Komparatorausgabe beginnt, zwischen "1" = UP und "0" = DOWN zu wechseln, erhöht sich die EIN-Frequenz von M3 und der Kondensator C1 wird entladen, sodass der Ausgang VC der Ladepumpenschaltung einen Zwischenwert zwischen Vdd und GND annimmt.
Als ein Ergebnis geht der Ausgang des Pegelkomparators 289 hoch. Die Verriegelung 290 in der Endstufe ist vorgesehen, um die Inbetriebnahmeoperation nur einmal nach Freigabe des Rücksetzzustands zu genehmigen.
86 zeigt ein anderes Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276. Der Unterschied zu dem Beispiel von 70 besteht darin, dass während in 70 der Basistakt direkt zu dem Frequenzteiler 282 eingegeben wird, in 86 der Basistakt mit den Daten durch AND verknüpft wird und das Ergebnis zu dem Frequenzteiler 282 eingegeben wird. D.h. in der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung von 70 wird die Periode von einer Aktualisierungsgenehmigung zu der nächsten Aktualisierungsgenehmigung (Aktualisierungsverhinderungsperiode) durch Zählen des Basistaktes bestimmt, aber in der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung von 86 wird die Aktualisierungsverhinderungsperiode durch Zählen der Zahl von 1en bestimmt, die in den Daten auftreten. Für eine kontinuierliche Übertragung arbeiten beide Schaltungen im wesentlichen gleich, aber für Häufungsübertragung wird die Verhinderungsperiode während Intervallen ohne Zellen gemäß der Schaltung von 86 lang.
Noch ein anderes Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276 wird in 87 gezeigt. Um die Aktualisierungsfrequenz zu begrenzen, zählt die Schaltung den Unterschied zwischen der Zahl von Malen, für die das Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Monitorwert und dem Referenzwert UP anzeigt, und der Zahl von Malen, für die das Ergebnis des Vergleichs DOWN anzeigt, und verhindert eine Aktualisierung, bis sich der resultierende Wert auf einen vorgeschriebenen Wert einstellt. In dem veranschaulichten Beispiel entspricht dies der Zeit, wenn ein Übertrag auftritt, wobei der Zähler zu dem vorgeschriebenen Wert 11111111 (dezimal 255) aufzählt. Wenn das Ergebnis des Vergleichs beginnt, zwischen UP und DOWN zu wechseln, bedeutet dies, dass sich die Lichtausgabe dem Zielwert annähert. Zu dieser Zeit ändert sich die Zählung auf und ab um den Zielwert herum, wobei der Zählerwert innerhalb eines angegebenen begrenzten Bereichs gehalten wird, wobei so unnötige Aktualisierungen verhindert werden.
88 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das die Operation der Schaltung von 87 zeigt. Während der Periode, in der das Umschaltsignal SIG2 auf dem hohen Pegel gehalten wird, ist SIG1 hoch und der Zähler 16 wird als Reaktion auf den Zählertakt aktualisiert. Danach wird der Zähler 16 nur aktualisiert, wenn der Wert des Zählers 292 einen maximalen Wert +255 oder einen minimalen Wert +0 erreicht. Die Zahl 128 wird geladen, wenn der Wert des Zählers 292 +255 oder +0 erreicht hat.
89 zeigt ein weiteres Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276. In diesem Beispiel werden die Zahl von UP-Steuerungen und die Zahl von DOWN-Steuerungen in der Monitor-/Referenzwert-Vergleichsergebnishistorie durch Zähler 294 bzw. 296 gezählt, und eine Aktualisierung wird durchgeführt, wenn eine oder die andere der Zahlen einen vorbestimmten Wert überschreitet. 90 zeigt die Operation der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung von 89.
91 zeigt noch ein weiteres Beispiel der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung 276. In diesem Beispiel wird eine Aktualisierung für jede Übertragung einer Zelle durch Verwenden eines Signals durchgeführt, das das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Häufungszelle anzeigt. Dies dient dazu, die Zahl von Aktualisierungen zu begrenzen. 92 zeigt die Operation dieser Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung. In einer Häufungsübertragung wird ein Häufungszellensignal, das ein Zellenanwesenheitszeitsegment anzeigt, von der Vorrichtung ausgesendet; bei Verwendung dieses Signals kann die Zahl von Aktualisierungen während einer Dauerzustandssteuerung reduziert werden. Zu diesem Zweck werden das Operationsumschaltsignal SIG2, Häufungszellensignal und der Zählertakt zu der Aktualisierungsgenehmigungssteuerschaltung eingegeben. In dem Hochgeschwindigkeitsinbetriebnahmeoperationsmodus wird das Aktualisierungsgenehmigungssteuersignal SIG1 auf "1" gesetzt, und in dem Dauerzustandmodus wird "1" = AKTUALISIERUNGSGENEHMIGUNG ausgegeben, wenn das Häufungszellensignal auf "1" geht und in der nächsten Zählertakteingabe wird "0" VERHINDERN ausgegeben. Da die Zahl von Aktualisierungen reduziert werden kann, hat die obige Operation die Wirkung einer Verbesserung der Wellenform.

Claims

Lichtausgabesteuerschaltung, umfassend: einen Fotodetektor (18), der die Lichtausgabe von einer lichtemittierenden Vorrichtung (12) erfasst; einen Komparator (22), der einen Lichtausgabeerfassungswert mit einem Referenzwert vergleicht; und eine Lichtausgabesteuervorrichtung (10, 14, 16), die die Lichtausgabe der lichtemittierenden Vorrichtung auf eine diskrete Art und Weise in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Vergleichsausgabe von dem Komparator steuert; und gekennzeichnet durch eine Taktsteuerschaltung (72), die Daten erfasst, die der lichtemittierenden Vorrichtung (12) zuzuführen sind, einen Takt in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Auffassung generiert und den Takt als ein Zeiteinstellungssignal, das eine Steuerzeiteinstellung anzeigt, der Lichtausgabesteuervorrichtung zuführt.
Lichtausgabesteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Taktsteuerschaltung (72) inkludiert: eine Datenerfassungsschaltung (232), die die Daten erfasst, die der lichtemittierenden Vorrichtung zuzuführen sind; einen Zähler (234), der als das Zeiteinstellungssignal eine aus einer Vielzahl von Bitausgaben ausgibt, die einen Zählwert anzeigen, und der Zählen stoppt, wenn ein Übertrag für ein Borgen in dem Zählwert auftritt; und eine Torschaltung (242), die ein Ladesignal zum Laden eines vorbeschriebenen Wertes in den Zähler anlegt, wenn ein Übertrag oder ein Borgen in dem Zähler auftritt und wenn die Datenerfassungsschaltung die Daten erfasst.