SCH ALTU N GSAN ORDN U N G UND VERFAHREN ZUM ANSTEUERN L I C H T E M I T T I E R E N D E R BAUELEMENTE

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich das technische Gebiet der optischen Datenübertragung von mindestens einem lichtemittierenden Bauelement zu mindestens einem lichtempfangenden Bauelement.

Die vorliegende Erfindung betrifft im Speziellen eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Treiberschaltung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Licht bzw. lichtemittierend nicht nur der für das Auge sichtbare Bereich der elektromagnetischen Strahlung verstanden, der sich in einem Wellenlängenbereich von etwa 380 Nanometer bis etwa 780 Nanometer erstreckt (, was einer Frequenz von etwa 789 Terahertz bis herab zu etwa 385 Terahertz entspricht).

Vielmehr wird unter dem Begriff Licht bzw. lichtemittierend das gesamte, also auch das für das Auge nicht sichtbare elektromagnetische Wellenlängen- bzw. Frequenzspektrum verstanden, insbesondere der l[nfra]R[ot]-Bereich (Wellenlängenbereich bis zu etwa 2.000 Nanometer bzw. Frequenzbereich bis herab zu etwa 150 Terahertz), zum Beispiel eine Wellenlänge von etwa 850 Nanometer bzw. eine Frequenz von etwa 350 Terahertz. Stand der Technik

Ein typisches Modulationsverfahren in der optischen Nachrichtentechnik ist das anhand Fig. 1 veranschaulichte NRZ-Modulationsverfahren (NRZ = Non Return to Zero). Die zu übertragenden Bits werden hierbei entsprechend ihrem Zustand (Pegel 0 entsprechend logisch "0" oder Pegel 1 entsprechend logisch "1") direkt einem lichtemittierenden Bauelement LE (vgl. Fig. 2) als Stromänderung (oder Spannungsänderung) auferlegt.

Die anhand Fig. 2 veranschaulichte, als Treiberschaltung ausgebildete Schaltungsanordnung ist zum Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements LE vorgesehen und weist ein Versorgungselement VE in Form einer Spannungsquelle zum Versorgen der Schaltungsanordnung mit Spannung auf.

Zwischen dem Versorgungselement VE und dem lichtemittierenden Bauelement LE ist ein ström begrenzendes Element SB angeordnet, mittels dessen ein Stromwert I ₁ bereitgestellt wird.

Zwischen dem strombegrenzenden Element SB und dem lichtemittierenden Bauelement LE ist ein Schaltele- ment SW angeordnet, das zum Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements LE mittels einer Umschaltsteuerung US vorgesehen ist. Das Ausgangssignal A dieser Umschaltsteuerung US steuert das Schaltelement SW.

Wie anhand Fig. 3 veranschaulicht ist, ergibt sich die mittlere elektrische Leistung P _e! am NRZ-modulierten lichtemittierenden Bauelement LE als Produkt aus der Flussspannung U _L über das lichtemittierende Bauele- ment LE und des im Mittel durch das lichtemittierende Bauelement LE fließenden Stroms l _av .

Die mittlere optische Ausgangsleistung P _opt _ _av aus dem lichtemittierenden Bauelement LE ergibt sich als Produkt aus dem Wandelwirkungsgrads η dieses lichtemittierenden Bauelements LE und des zur Verfügung gestellten mittleren elektrischen Stroms l _av , also P _opt _ _av = η ^* l _av -

Bei lichtemittierenden Bauelementen LE', insbesondere bei Halbleiterlasern, die einen gewissen Schwellstrom I _th aufweisen, bevor der nominale Wandelwirkungsgrad η erreicht wird (vgl. Fig. 4), fällt der Schwellstrom l _th stets als konstanter Verlust an; insoweit ist der Schwellstrom l _th stets vorzuhalten, zum Beispiel mittels eines

separaten strombegrenzenden Elements SB' (vgl. Fig. 6; im übrigen wird hinsichtlich Fig. 6 auf Fig. 2 Bezug genommen, wobei das Bezugszeichen SW ein Umschaltelement oder einen Umschalter bezeichnet).

Aufgrund dieser Notwendigkeit des Vorhaltens des Schwellstroms l _th erhöht sich die mittlere elektrische Leis- tung P _θ ι am NRZ-modulierten lichtemittierenden Bauelement LE' in nachteiliger Weise, wie anhand Fig. 5 veranschaulicht ist.

Vor diesem Hintergrund erscheint ein Entfallen der Notwendigkeit des Vorhaltens des Schwellstroms wünschenswert.

Darstellung der vorliegenden Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile

Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan- Ordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass im Vergleich zum Stand der Technik die Leistungseffizienz deutlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Während gemäß dem Stand der Technik das schwellstrom behaftete lichtemittierende Bauelement während der logischen "1" konstant mit Strom versorgt werden muss, wird erfindungsgemäß die logische "1" als periodi- sches Schalten zwischen dem Nullwert und einem Maximalstrom zum schwel Istrom behafteten lichtemittierenden Bauelement repräsentiert.

Der mittlere Strom durch das lichtemittierende Bauelement ist nunmehr in bevorzugter Weise

- vom gewählten Maximalwert des Stroms und - vom sogenannten duty cycle, also vom Zeitverhältnis dieses Maximalwerts des Stroms zum Nullwert des

Stroms abhängig.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung mindestens einer Schaltungsanordnung gemäß der vorstehend dargelegten Art und/oder eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art beim Beaufschlagen mindestens eines optischen Lichtleiters mit mindestens einem optischen Signal, insbesondere mit Licht, zum Zwecke der übertragung von Daten

- in mindestens einem, insbesondere mobilen, Kommunikationsgerät, wie etwa in mindestens einem Mobiltelefon, - in mindestens einer, insbesondere mobilen, Datenverarbeitungseinrichtung, wie etwa in mindestens einem

Handheld, in mindestens einem Notebook oder in mindestens einem P[ersonal]D[igital]A[ssistant],

- in mindestens einer, insbesondere mobilen, Datenaufzeichnungs- und/oder -Wiedergabeeinrichtung, wie etwa in mindestens einem Camcorder, in mindestens einer Digitalkamera oder in mindestens einem H[igh]D[efinition]T[ele]V[ision], oder - in mindestens einem Fortbewegungsmittel, wie etwa in mindestens einem Fahrerassistenzsystem oder in mindestens einem Navigationssystem eines Automobils.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch 1 sowie

dem Anspruch 9 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Anderem anhand der beiden durch Fig. 7 bis Fig. 8B veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Non Return to Zero-Code (NRZ-Code) als typisches konventionelles Modulationsverfahren in der optischen Nachrichtentechnik; Fig. 2 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Schaltungsanordnung zum Beaufschlagen eines optischen Lichtleiters mit Licht, wobei diese Schaltungsanordnung nach dem konventionellen Prinzip der NRZ-Modulation eines lichtemittierenden Bauelements arbeitet; Fig. 3 in schematischer Darstellung den mittleren Strom durch ein NRZ-moduliertes lichtemittierendes Bauelement bei gleicher Anzahl von logischen "0" und logischen "1";

Fig. 4 in schematischer Darstellung den Zusammenhang zwischen eingeprägtem Strom und optischer Ausgangsleistung für ein schwellstrom behaftetes lichtemittierendes Bauelement;

Fig. 5 in schematischer Darstellung den mittleren Strom durch ein NRZ-moduliertes schwellstrombehaftetes lichtemittierendes Bauelement bei gleicher Anzahl von logischen "0" und logischen "1";

Fig. 6 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Schaltungsanordnung zum Beaufschlagen eines optischen Lichtleiters mit Licht, wobei diese Schaltungsanordnung nach dem konventionellen Prinzip der NRZ-Modulation eines schwellstrom behafteten lichtemittierenden Bauelements arbeitet;

Fig. 7 in schematischer Darstellung ein gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgendes peri- odisches Einschalten zwischen dem Nullwert des Stroms und dem Maximalwert des Stroms während der logischen "1";

Fig. 8A in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnung zum Beaufschlagen eines (aus Gründen der übersichtlichkeit nicht dargestellten) optischen Lichtleiters mit Licht, wobei diese Schaltungsanordnung nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet; und

Fig. 8B in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnung zum Beaufschlagen eines (aus Gründen der übersichtlich- keit nicht dargestellten) optischen Lichtleiters mit Licht, wobei diese Schaltungsanordnung nach dem

Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet.

Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in Fig. 1 bis Fig. 8B mit identischen Bezugszeichen versehen.

Bester Weg zur Ausführung der vorliegenden Erfindung

In Fig. 8A und in Fig. 8B ist eine mögliche technische Realisierung der vorliegenden Erfindung dargestellt, die sich durch eine im Vergleich zum Stand der Technik (vgl. Fig. 2 und Fig. 6) deutlich höhere Leistungseffizienz auszeichnet:

Die als Treiberschaltung ausgebildete Schaltungsanordnung 100 (vgl. Fig. 8A) bzw. 100' (vgl. Fig. 8B) ist zum Ansteuern eines mit einem Schwellstrom l _th behafteten lichtemittierenden Bauelements 50, insbesondere eines elektrooptischen Wandlers, beispielsweise eines Lasers, wie etwa eines Halbleiterlasers, vorgesehen und weist ein Versorgungselement 10 in Form einer Spannungsquelle zum Versorgen der Schaltungsanordnung 100 (vgl. Fig. 8A) bzw. 100' (vgl. Fig. 8B) mit Spannung auf.

Zwischen dem Versorgungselement 10 und dem lichtemittierenden Bauelement 50 ist ein ström begrenzendes Element 20 angeordnet, mittels dessen ein Maximalwert l _max des Stroms bereitgestellt wird. Dieses strombegrenzende Element 20 kann zum Beispiel

- in Form mindestens eines als Stromquelle geschalteten Transistors oder

- in Form mindestens eines Ohmschen Widerstands ausgebildet sein. Auch eine Ausgestaltung des ström begrenzenden Elements 20 mit Mischfunktionalität ist denkbar, so etwa in Form mindestens eines Transistors sowohl mit (Konstant-)Stromquellenverhalten als auch mit Resistiv- oder Widerstandsverhalten.

Wenn das strombegrenzende Element 20, zum Beispiel ausgangsseitig, eine kapazitive Stützung in Form eines Kondensators 22 zugeordnet ist, entspricht dieser Maximalstrom l _max zumindest in etwa dem mittleren oder durchschnittlichen Strom l _av . Hierbei sind auch Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zwischen l _max und l _av denkbar.

Zwischen dem strombegrenzenden Element 20 und dem lichtemittierenden Bauelement 50 ist ein Schaltelement 30 angeordnet, das zum Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements 50 mittels einer Umschaltsteuerung 40 vorgesehen ist.

Diese Umschaltsteuerung ist zweckmäßigerweise als Gate- oder Torschaltung, beispielsweise als logische UND-Schaltung 40, ausgebildet,

- deren einer Eingang mit den mittels des lichtemittierenden Bauelement 50 zu übertragenden Daten D beaufschlagt wird, - deren anderer Eingang mit durch einen Oszillator 42 zur Verfügung gestellten Oszillatorsignalen S beaufschlagt wird, wobei diese Oszillatorsignale S den sogenannten duty cycle festlegen, also die zeitliche Relation zwischen dem Maximalwerts l _max des Stroms I und dem Nullwert (I = 0) des Stroms I, und

- deren Ausgangssignal A das Schaltelement 30 steuert. Um ein möglichst hohes Maß an Signalintegrität in der Datensenke zu erzielen, kann die logische "1" des Datensignals D mit dem durch das Oszillatorsignal S gegebenen Nadelimpuls synchronisiert werden.

Wie auch aus der Darstellung gemäß Fig. 7 hervor geht, wird die logische "1" als periodisches Schalten zwischen dem Nullwert des Stroms I und dem Maximalstrom l _max des Stroms I zum schwellstrombehafteten licht- emittierenden Bauelement 50 repräsentiert.

Der mittlere Strom l _av durch das lichtemittierende Bauelement 50 ist also abhängig

- vom Maximalwert l _max des Stroms und

- vom sogenannten duty cycle, also vom Verhältnis der Dauer t _max (vgl. Fig. 7) des Maximalwerts l _max des Stroms I zur Dauer t ₀ (vgl. Fig. 7) des Nullwerts (I = 0) des Stroms I.

Dieses zeitliche Verhältnis kann exemplarisch kleiner als etwa 1 zu 3 sein, insbesondere etwa 1 zu 9 betragen, was bedeutet, dass die zeitliche Intervalllänge des Nullwerts (I = 0) des Stroms I exemplarisch mehr als das etwa Dreifache der zeitlichen Intervalllänge des Maximalwerts l _max des Stroms I betragen kann; insbesondere kann die zeitliche Intervalllänge des Nullwerts (I = 0) des Stroms I exemplarisch das etwa Neunfache der zeitlichen Intervalllänge des Maximalwerts l _max des Stroms I betragen.

Bezugszeichen liste

100 Schaltungsanordnung, insbesondere Treiberschaltung (= erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 8A) 100' Schaltungsanordnung, insbesondere Treiberschaltung (= zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 8B)

10 Versorgungselement, insbesondere Spannungsquelle

20 strombegrenzendes Element

22 kapazitive Stützung des strombegrenzenden Elements 20, insbesondere ausgangsseitig kapazitive Stützung des strombegrenzenden Elements 20, zum Beispiel dem strombegrenzenden Element 20 zuge- ordneter Kondensator (= zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 8B)

30 Schaltelement, insbesondere Schalter

40 Umschaltsteuerung, insbesondere Torschaltung, zum Beispiel logische UND-Schaltung

42 Oszillator oder Oszillatoreinheit

50 mit Schwellstrom l _th behaftetes lichtemittierendes Bauelement, insbesondere elektrooptischer Wandler, beispielsweise Laser, wie etwa Halbleiterlaser

A Ausgangssignal der Umschaltsteuerung 40 bzw. der Umschaltsteuerung US (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 und Fig. 6)

D mittels des lichtemittierenden Bauelements 50 zu übertragende Daten(signale)

GND Bezugspotential oder Referenzpotential, insbesondere Erdpotential oder Massepotential oder Nullpotential I Strom zum lichtemittierenden Bauelement 50 bzw. zum lichtemittierenden Bauelement LE bzw. LE'

(= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 bzw. Fig. 6) l _av mittlerer Strom oder durchschnittlicher Strom l _max Maximalwert des Stroms I l _th Schwellstrom des lichtemittierenden Bauelements 50 bzw. des lichtemittierenden Bauelements LE' (= Stand der Technik; vgl. Fig. 6)

1 ₀ der logischen "0" entsprechender Strom I

1 ₁ der logischen "1" entsprechender Strom I

LE lichtemittierendes Bauelement (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2)

LE' mit Schwellstrom l _th behaftetes lichtemittierendes Bauelement, insbesondere elektrooptischer Wandler, beispielsweise Laser, wie etwa Halbleiterlaser (= Stand der Technik; vgl. Fig. 6)

P _opt optische Ausgangsleistung des lichtemittierenden Bauelements 50 bzw. des lichtemittierenden Bauelements LE (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2) P _opt _ _av mittlere optische Ausgangsleistung des lichtemittierenden Bauelements 50 bzw. des lichtemittierenden

Bauelements LE (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2) S Signal des Oszillators oder der Oszillatoreinheit 42

SB strombegrenzendes Element, insbesondere erstes strombegrenzendes Element (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 und Fig. 6) SB' separates oder zweites strombegrenzendes Element zum Bereitstellen des Schwellstroms l _th (= Stand der Technik; vgl. Fig. 6) SW Schaltelement, insbesondere Schalter (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2)

SW Umschaltelement, insbesondere Umschalter (= Stand der Technik; vgl. Fig. 6) t Zeit t _max Dauer des Maximalwert l _max des Stroms I t ₀ Dauer des Nullwerts I = 0 des Stroms I U _L Flussspannung über das lichtemittierende Bauelement 50 bzw. über das lichtemittierende Bauelement

LE bzw. LE' (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 bzw. Fig. 6) US Umschaltsteuerung (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 und Fig. 6)

VE Versorgungselement, insbesondere Spannungsquelle (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 und Fig. 6) η Wandelwirkungsgrad, insbesondere nominaler Wandelwirkungsgrad, des lichtemittierenden Bauele- ments 50 bzw. des lichtemittierenden Bauelements LE bzw. LE' (= Stand der Technik; vgl. Fig. 2 bzw.

Fig. 6)