CN102668394A - 高速通信 - Google Patents

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Abstract

本发明具有供在第一位置与第二位置之间建立通信链路中使用的应用，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的电驱动器电路，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的电接收器电路。方法包含以下步骤：提供在所述第一位置处且与所述驱动器电路耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；及在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器电路耦合的光电检测器；借此从所述接收器电路输出表示所述输入数据的电信号。

Description

高速通信
技术领域
本发明涉及数据通信链路的领域，且还涉及现有所谓的铜通信链路的改进，且涉及改进的电光通信链路及技术，且还涉及改进的电光差动信令技术。
背景技术
电缆链路通常提供传输电力及传输电信号的功能。当用于传输信号时，将所述电缆链路称为数据互连。当电缆链路介质由导电材料制造时，不管所述金属仅仅为铜或另一导体(例如铝或合金)，按照惯例将所述电缆链路介质称为铜数据互连或铜链路。本文将使用此惯例。
用于铜链路中的铜电缆为固有损耗介质，其中与低频率分量相比，信号的较高频率分量以较高速率(dB/m)衰减。通过使用较大规格电线可降低衰减，但不可消除衰减。因此，由于数据速率的速度增加到当前所使用的每通道3.4Gbit/s(HDMI)或甚至4.8Gbit/s(对于USB 3.0)，所以铜电缆电线已变得日益笨重及昂贵，且甚至对于小于5米的传输距离，总电缆封装是不具吸引力的。为了补偿电线中的损失，铜传输器芯片已内建预加强电路，预加强电路在经由铜线驱动数字信号之前放大所述数字信号的高频率分量。在铜接收器侧，电缆均衡器大体上经内建以重新放大所述数字信号的高频率分量(或衰减所述数字信号的低频率分量)。完整的铜链路可包含使用预加强及均衡器的任一者或两者。
图1中展示一实例，其中由块110表示传输器芯片组，由块120表示接收器芯片组，且铜电缆150连接传输器位置及接收器位置。在所述传输器处，由驱动器电路112接收输入数据，驱动器电路112结合预加强电路114操作以产生经由电缆150所传输的信号。在所述接收器处，所述经接收的信号与均衡器122以及产生输出数据的限幅放大器及驱动器124耦合。
除已提及的限制及缺点之外，所述铜链路还消耗相对高的电力，可需要昂贵的EMI屏蔽，且涉及使用相当大量的不可回收利用材料。
光学链路可消除某些铜链路缺点，但以较高的初始成本及较高的电力消耗为代价。使用光纤电缆以直接替代铜通道需要添加E-O(电-光)变换器及O-E(光-电)变换器，所述变换器中的每一者必须使用来自铜传输器芯片组及铜接收器芯片组的现有电源及控制电路来供电及管理。传统上已通过使用直接调制的激光二极管装置或用外部调制技术(例如电吸收调制器或光子开关)而实现经由光纤的千兆位数据传输的E-O功能。然而，这些技术需要消耗相当大的电力的额外反馈控制集成电路(IC)及额外驱动器(光学驱动器)且显著添加成本。对于固定铜电缆均衡器传送功能的接收器芯片组，可能需要整形从所述OE变换器离开的信号(即，高频率分量信号的衰减)以匹配所述铜电缆均衡器。
图2展示图1数据链路的实例，其中已由具有典型的进一步所需电路的光纤电缆250替代铜电缆。传输器芯片组及接收器芯片组对应图1中的具有相同参考数字的组件。在图2中，在232处表示电-光变换器，且在262处表示光-电变换器。当EO变换器包括激光二极管或激光二极管与调制器的组合时，需要在235处所表示的额外控制及驱动器电路。此外，因为接收器芯片组的内建均衡器具有特定传送功能(如果针对铜电缆中的损失进行最佳化)，所以可能需要在265处所表示的额外信号整形电路(例如，包含限幅放大器及/或跨阻抗放大器)以将OE输出特性匹配到所述内建均衡器。如以上所指示，此额外电路是昂贵的且消耗相对高的电力。因此，对于短距离(例如，小于30米)，归因于铜介质的相对较低的实施成本，经由铜介质传送信号大体上仍是优选的。
提供一种与将铜数据链路转换为使用光学电缆的数据链路相关联的问题及限制的解决方案为本发明的第一方面的目的中的一者。
基于铜数据链路或互连的大多数高速传输利用差动信令方法。在差动信令中，使用量值相同但恰好180°异相的两个信号以维持信号完整性。由于所有数据处理及数据产生在集成电路中具有其根源，所述集成电路是电装置且因此产生电信号，所以对于电系统而言，利用差动信令的基于铜的传输为数据传送的主导方法。在图3的简图中说明现有差动信令。在铜驱动器330处，所述差动信号包括数据信号V+及数据信号V-，且在此实例中，经由还携载接地参考电势的铜传输线或链路350耦合这些数据信号。
当尝试在相对长的距离建立或延伸高速数据互连时，利用二极管发射器(例如激光器、VCSEL、发光二极管)的基于光纤的互连可用于延伸所述铜互连的传输线。如先前所指示，光学高速数据互连以铜驱动器开始且最终以铜接收器结束，因为所有当前数据系统起源于电过程且终止于电过程。
在图4中，说明现有光学互连链路延伸器的示意图。在所述图中展示铜驱动器430、均衡器435、光学驱动器440、二极管发射器445、光纤光学波导450、二极管检测器455、跨阻抗放大器460、限幅放大器470及铜接收器480。所述图示范了在此实例中，因为二极管光发射器为单端装置，所以仅使用数据信号中的一者(V1+)，而经由50欧姆电阻器439终止(浪费)另一信号。来自铜驱动器430的信号V1+通过均衡器435，产生被馈送入光学驱动器440中的经调节的输出V2+。所述光学驱动器将输入电压信号转换成等效电流信号(I1+)。此步骤是必须的，因为现有技术的VCSEL、激光器及LED是作为电流驱动装置而操作。将电流信号馈送入二极管发射器中，产生光子信号。接着经发射的光子信号可被耦合入光学波导450(即，光纤)或仅经由自由空间。所述光学波导的输出端为将光子转换成光电流(I2+)的二极管检测器455。将所述光电流耦合到跨阻抗放大器(TIA)460，跨阻抗放大器(TIA)460将所述光电流转换成经放大的电压信号且还将单端信号转换成差动信号(V3+及V3-)。将所述差动信号馈送入限幅放大器470中以进一步放大所述信号(V4+及V4-)。最终，将经放大的差动信号耦合入铜接收器中，从而完成数据传输。
提供刚刚所描述的类型的高速电-光数据互连的改进为本发明的进一步方面的目的中的一者，包含使其更有效及更不昂贵。
发明内容
本发明的形式具有供在第一位置与第二位置之间建立通信链路中使用的应用，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的电驱动器电路，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的电接收器电路。陈述一种方法的实施例，所述方法包含以下步骤：提供在所述第一位置处且与所述驱动器电路耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；及在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器电路耦合的光电检测器；借此从所述接收器电路输出表示所述输入数据的电信号。
本发明的此形式的另一实施例具有供在第一位置与第二位置之间建立通信链路中使用的应用，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的传输器芯片组，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的接收器芯片组。陈述一种方法，所述方法包含以下步骤：提供在所述第一位置处且与所述传输器芯片组耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；及在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器耦合的光电检测器；借此从所述接收器芯片组输出表示所述输入数据的电信号。在本发明的此形式的实施例中，所述传输器芯片组包含驱动器电路，且提供与所述传输器芯片组耦合的倾斜电荷发光装置的步骤包括直接耦合所述倾斜电荷发光装置与所述驱动器电路。在此实施例的形式中，所述驱动器电路包含开路集电极晶体管，且所述提供与所述驱动器电路耦合的所述倾斜电荷发光装置的步骤包括耦合所述晶体管的集电极与所述倾斜电荷发光装置。
本发明的此形式的另一实施例具有供在改进第一位置与第二位置之间的通信链路中使用的应用，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的电驱动器电路，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的电接收器电路，所述链路适于具有在所述电驱动器电路与所述电接收器电路之间所耦合的导电电缆。陈述一种方法，所述方法包括以下步骤：移除所述导电电缆；提供在所述第一位置处且与所述驱动器电路耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；及在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器电路耦合的光电检测器；借此从所述接收器电路输出表示所述输入数据的电信号。
根据本发明的进一步形式，陈述一种用于输入信息的高速通信的技术，所述技术包含以下步骤：产生表示所述输入信息的一对相位相反的电信号；以共同集电极配置提供三端子倾斜电荷发光装置；将所述相位相反的信号中的一者应用于所述倾斜电荷发光装置的基极-集电极输入且将所述相位相反的信号中的另一者应用于所述倾斜电荷发光装置的发射极-集电极输入，以依据所述相位相反的信号中的两者而产生光学信号；将所述光学信号传达到接收位置；及在所述接收位置处接收所述光学信号及将所述光学信号转换为表示所述输入信息的输出电信号。为所述相位相反的信号中的两者的函数的所述光学信号与所述相位相反的信号的绝对值的总和成比例。
本发明的此形式的实施例进一步包括以下步骤：在将所述相位相反的信号应用于所述倾斜电荷发光装置之前，将第一均衡器功能及第二均衡器功能应用于所述对相位相反的电信号中的相应一者。在此实施例中，应用所述第一均衡器功能的步骤包含应用第一类型的频率滤波，且所述应用所述第二均衡器功能的步骤包含应用不同于所述第一类型的频率滤波的第二类型的频率滤波。所述第一类型的频率滤波可包括低通滤波，且所述第二类型的频率滤波可包括高通滤波，且可因此实现带宽增强。
通过结合附图进行的以下详细描述，本发明的进一步的特征及优点将变得更显而易见。
附图说明
图1为使用铜电缆的常规通信链路的简化框图。
图2为由具有典型进一步所需电路的光纤光学链路对图1系统的铜链路的常规替代的框图。
图3为具有铜传输线(其利用差动信令)的通信系统的简化框图。
图4为使用差动信号的常规光纤光学通信系统的实例的框图。
图5为用于替代铜通信链路的理想化光纤链路的简化框图。
图6为用于铜通信链路的常规驱动器及接收器的简化示意图。
图7为根据本发明的实施例的光纤光学通信链路的示意图。
图8为根据本发明的另一实施例的光纤光学通信链路的示意图。
图9为经配置以用于本发明的实施例中的发光晶体管及相关联的电路的示意图。
图10为根据本发明的实施例的使用差动信令的光纤光学通信系统的部分以块形式的示意图。
图11为使用本发明的实施例的双工光纤光学通信链路的部分以块形式的示意图。
具体实施方式
图5为用于图1中所说明的铜链路的传输器芯片组110(如图1中)与接收器芯片组120(也如图1中)之间的连接的理想化光纤链路的图，但由光纤链路550、电-光(EO)转换器532及光-电(OE)转换器562替代铜电缆。例如，如结合图2所描述，然而，当前需要结合从铜电缆到光纤链路的转换的大量额外电路。本文的挑战为消除一些或所有额外电路的需要，且还具有由现有铜传输器芯片组及铜接收器芯片组供电(且非外部供电)的EO转换器及OE转换器，且在不添加当前需要的昂贵的接口电路的情况下直接匹配到现有芯片组中的现有内建预加强及铜均衡器。理想上，EO-光纤电缆-OE链路应复制铜电缆的传送功能(以看起来与铜驱动器及接收器信号调节器相当)、消耗更少的或相当的电力，且成本与铜解决方案相当或比其少。
本发明的实施例使用所谓的“倾斜电荷”发光装置。有时将最近几年期间所开发的发光晶体管、晶体管激光器及某些二端子光发射器及激光器称为“倾斜电荷”装置，这是因为在与反向偏置集电极或漏极结处的电荷“收集”的竞争中锁定基极电子-空穴复合的“倾斜”基极电荷分布(如可见于装置能带图)，因此选择(“滤波”)且仅允许在微微秒级的有效使用期限下的基极中的“快速”复合(由一个或一个以上量子大小区域协助)。如本文所使用，术语“倾斜电荷光发射器”或“倾斜电荷发光装置”或类似术语意欲包含具有所描述的“倾斜”基极电荷分布的此类发光晶体管、晶体管激光器及某些二端子光发射器及激光器。可参考第7,091,082、7,286,583、7,354,780、7,535,034及7,693,195号美国专利；第US2005/0040432、US2005/0054172、US2008/0240173、US2009/0134939、US2010/0034228、US2010/0202483及US2010/0202484号美国专利申请公开案；及参考第WO/2005/020287及WO/2006/093883号PCT国际专利公开案。还可参考以下公开案：《应用物理学快报84，151(2004)》M.冯、N.何伦亚克.Jr及W.Hafez“发光晶体管：来自InGaP/GaAs异质结晶体管的光发射(Light-Emitting Transistor：Light Emission FromInGaP/GaAs Heterojunction Bipolar Transistors)”，；《应用物理学快报84，1952(2004)》M.冯、N.何伦亚克.Jr及R.陈“量子阱基极的异质结双极发光晶体管(Quantum-Well-BaseHeterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor)”；《应用物理学快报84，4792(2004)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、B.Chu-Kung、G.沃尔特及R.陈“II类GaAsSb/InP异质结双极发光晶体管(Type-II GaAsSb/InP Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor)”；《应用物理学快报85，4768(2004)》G.沃尔特、N.何伦亚克.Jr、M.冯及R.陈“异质结双极发光晶体管的激光器操作(Laser Operation Of A Heterojunction Bipolar Light-EmittingTransistor)”；《应用物理学快报86，131114(2005)》R.陈、M.冯、N.何伦亚克.Jr及G.沃尔特“晶体管激光器的微波操作和调制(Microwave Operation And Modulation Of ATransistor Laser)”；《应用物理学快报87，131103(2005)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、G.沃尔特及R.陈“异质结双极晶体管激光器的室温连续波操作(Room Temperature ContinuousWave Operation Of A Heterojunction Bipolar Transistor Laser)”；《应用物理学快报88，012108(2006)》F.迪克松、R.陈、G.沃尔特、N.何伦亚克.Jr、M.冯、X.B.张、J.H.里欧及R.D.杜普里斯“可见光谱发光晶体管(Visible Spectrum Light-Emitting Transistors)”；于2006年2月《光谱，IEEE第43卷，第2期》N.Holonyak及M Feng“晶体管激光器(TheTransistor Laser)”；《应用物理学快报88，063509(2006)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、R.陈、A.杰姆斯及G.沃尔特“阈值附近的多输入晶体管激光器中的信号混频(Signal Mixing In AMultiple Input Transistor Laser Near Threshold)”；及《应用物理学快报88，14508(2006)》R.陈、N.何伦亚克.Jr、A.杰姆斯及G.沃尔特“晶体管激光器的基极量子阱转变上的增益和受激复合的集电极电流图(Collector Current Map Of Gain And StimulatedRecombination On The Base Quantum Well Transitions Of A Transistor Laser)”；《应用物理学快报88，232105(2006)》G.沃尔特、A.杰姆斯、N.何伦亚克.Jr、M.冯及R.陈“异质结双极晶体管激光器中的集电极击穿(Collector Breakdown In The Heterojunction BipolarTransistor Laser)”；《光子技术学报，IEEE第18卷第11期(2006)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、R.陈、A.杰姆斯及G.沃尔特“用晶体管激光器进行的方波信号的高速(/spl ges/1GHz)电光添加、混合和处理(High-Speed(/spl ges/1GHz)Electrical And Optical Adding，Mixing，And Processing Of Square-Wave Signals With A Transistor Laser)”；《应用物理学快报89，082108(2006)》B.F.Chu-Kung等人“分级的基极InGaN/GaN异质结双极发光晶体管(Graded-Base InGaN/GaN Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistors)”；《应用物理学快报89，113504(2006)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、A.杰姆斯、K.西米诺、G.沃尔特及R.陈“量子阱AlGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs晶体管激光器的载流子寿命及调制带宽(Carrier Lifetime And Modulation Bandwidth Of A Quantum WellAlGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs Transistor Laser)”；《应用物理学快报90，091109(2007)》G.沃尔特、A.杰姆斯、N.何伦亚克.Jr及M.冯“晶体管激光器中的啾鸣信号、线宽增强的法兰兹-科尔蒂什减小(Chirp In A Transistor Laser，Franz-Keldysh Reduction of TheLinewidth Enhancement)”；《应用物理学快报90，152109(2007)》A.杰姆斯、G.沃尔特、M.冯及N.何伦亚克.Jr“量子阱晶体管激光器中的光子辅助的击穿、负电阻和切换(Photon-Assisted Breakdown，Negative Resistance，And Switching In A Quantum-WellTransistor Laser)”；《光子技术学报，IEEE卷：19第9期(2007)》A.杰姆斯、N.Holonyak、M.冯及G.沃尔特“晶体管激光器的法兰兹-科尔蒂什光子辅助式电压操作的切换(Franz-Keldysh Photon-Assisted Voltage-Operated Switching of a Transistor Laser)”；《应用物理学快报91，033505(2007)》H.W.森、M.冯、N.何伦亚克.Jr及C.H.吴“不同的基极量子阱设计和掺杂的量子阱n-p-n异质结双极发光晶体管的操作中的实际少数载流子寿命的实验性确定(Experimental Determination Of The Effective Minority Carrier LifetimeIn The Operation Of A Quantum-Well n-p-n Heterojunction Bipolar Light-EmittingTransistor Of Varying Base Quantum-Well Design And Doping)”；《应用物理学快报91，053501(2007)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、H.W.森及G.沃尔特“晶体管激光器操作的电荷控制分析(Charge Control Analysis Of Transistor Laser Operation)”；《应用物理学快报91，183505(2007)》H.W.森、M.冯及N.何伦亚克.Jr“通过晶体管激光器的第一激发状态的操作和调制进行的光学带宽增强(Optical Bandwidth Enhancement By Operation AndModulation Of The First Excited State Of A Transistor Laser)”；《应用物理学快报91，232114(2007)》B.F.Chu-Kung、C.H.吴、G.沃尔特、M.冯、N.何伦亚克.Jr、T.Chung、J.H.里欧及R.D.杜普里斯“高电流增益(β＞49)发光InGaN/GaN异质结双极晶体管的调制(Modulation Of High Current Gain(β＞49)Light-Emitting InGaN/GaN HeterojunctionBipolar Transistors)”；《应用物理学快报91，243508(2007)》H.W.森、G.沃尔特、M.冯及N.何伦亚克.Jr“量子阱晶体管激光器的集电极特性及差动光学增益(CollectorCharacteristics And The Differential Optical Gain Of A Quantum-Well Transistor Laser)”；《应用物理学快报93，021111(2008)》F.迪克松、M.冯、N.何伦亚克.Jr、黄勇、X.B.张、J.H.里欧及R.D.杜普里斯“具有1544nm的发射波长的晶体管激光器(Transistor LaserWith Emission Wavelength at 1544nm)”；《应用物理学快报93，163504(2008)》H.W.森、G.沃尔特、M.冯及N.何伦亚克.Jr“用辅助基极信号进行的异质结晶体管激光器操作的光学带宽增强(Optical Bandwidth Enhancement Of Heterojunction Bipolar Transistor LaserOperation With An Auxiliary Base Signal)”；《应用物理学快报94，013509(2009)》H.W.森、M.冯及N.何伦亚克.Jr“通过权衡晶体管激光器中的电光增益进行的带宽扩展：三端子控制(Bandwidth Extension By Trade-Off Of Electrical And Otical Gain In A TransistorLaser：Three-Terminal Control)”；《应用物理学快报94，041118(2009)》M.冯、N.何伦亚克.Jr、H.W.森、C.H.吴及G.沃尔特“隧道结晶体管激光器(Tunnel Junction TransistorLaser)”；《应用物理学快报94，101114(2009)》H.W.森、C.H.吴、G.沃尔特、M.冯及N.何伦亚克.Jr“用隧道结晶体管激光器进行的电光信号混合和调制(2→22GHz)(Electrical-Optical Signal Mixing And Multiplication(2→22GHz)With A Tunnel JunctionTransistor Laser)”；《应用物理学快报94，171101(2009)》C.H.吴、G.沃尔特、H.W.森、M.冯及N.何伦亚克.Jr“用于多前兆赫兹光学带宽的发光晶体管的缩放(Scaling Of LightEmitting Transistor For Multigigahertz Optical Bandwidth)”。2009年《磷化铟和相关材料》黄、Y.、里欧、J.-H.、杜普里斯、R.D.、迪克松、F.、Holonyak、N.、冯、M.“具有C掺杂及Zn掺杂的基础层的发光晶体管的装置性能(Device Performance Of Light EmittingTransistors With C-Doped And Zn-Doped Base Layers)”；于2009年5月10至14日的IPRM′09IEEE国际会议第387至390页；《应用物理学快报94，231125(2009)》G.沃尔特、C.H.吴、H.W.森、M.冯及N.何伦亚克.Jr“倾斜电荷高速(7GHz)发光二极管(Tilted-Charge High Speed(7GHz)Light Emitting Diode)”；《应用物理学快报94，241101(2009)》G.沃尔特、C.H.吴、H.W.森、M.冯及N.何伦亚克.Jr“4.3GHz光学带宽发光晶体管(4.3GHz Optical Bandwidth Light Emitting Transistor)”；及《应用物理学快报95，033509(2009)》M.冯、H.W.森、N.何伦亚克.Jr、G.沃尔特及A.杰姆斯“半导体激光器的无谐振频率响应(Resonance-Free Frequency Response Of A Semiconductor Laser)”。
在本发明的实施例的以下实例中，如结合图7及8所描述，商业HDMI 1.3a铜链路15用作为开始点。开路集电极驱动器为跨铜链路驱动信号的最普遍方法中的一者。所述方法广泛用在现有铜互连标准(例如HDMI、DVI及PCIe)中。所述方法还为在芯片间互连中的最普遍驱动方法。图6中，展示现有技术单端连接以示范如何按常规将信号从所述驱动器端传送到所述接收器端。图6中，所述驱动器包含晶体管615及其发射器电路中的电流源620。数据信号(“1”或“0”)应用于晶体管基极，且晶体管集电极与铜电缆耦合。在接收器处，使用由R表示的电阻组件将所述信号转换为表示“0”(＝Vcc)或“1”(＝Vcc-IR)的电压。一对此类单端连接用于形成用于常规铜通道的差动对(下文进一步描述)。对于HDMI标准，Vcc大体上为3.3伏。HDMI包含四个高速铜通道。
图7说明倾斜电荷发光晶体管及光电接收器(例如光电晶体管)可如何用以直接替代基于开路集电极铜驱动器的铜通道(如在HDMI 1.3a标准中所使用)。图7中，驱动器及接收器与针对图6的铜通道所展示的驱动器及接收器相同。此实例的晶体管615为NPN晶体管。有利地使用倾斜电荷发光装置640作为电光转换器。在所说明的实施例中，倾斜电荷发光装置640为PNP发光晶体管，其可为(例如)G.沃尔特等人的第7,535,034号美国专利中所揭示的类型。驱动器输入与发光晶体管640的基极端子耦合。用电压Vs偏置其发射极，且将经发射出的光耦合入替代铜电缆的光纤链路650中。给所述倾斜电荷装置供电所需的电压(Vs)可直接连接到由HDMI传输器芯片组所提供的+5伏电力供应。在所述接收器端，在此实施例中，PNP光电晶体管660操作以将所述光学信号转换为电信号。由给所述铜链路供电的相同Vcc直接给所述光电晶体管供电。在此实例中，所述光学链路仅利用形成铜通道的两个可用铜连接中的一者。另一铜连接可为保持未连接或用以给所述倾斜电荷发光晶体管供电。
在图8的实施例中，用于电光转换的所述倾斜电荷发光装置可为(例如)G.沃尔特等人的第US2010/0202483号美国专利申请公开案中所揭示的类型的倾斜电荷发光二极管。如前文，所述倾斜电荷装置、光纤及光电接收器(例如光电晶体管)可用于直接替代基于开路集电极铜驱动器的铜通道(如HDMI 1.3a标准中所使用)。还如前文，给所述倾斜电荷装置供电所需的电压(Vs)可直接连接到由HDMI传输器芯片组提供的+5V电力供应。
所描述的高速光学数据链路可用于单工(单向)及双工(双向)数据链路两者。单向数据链路应用标准的实例为HDMI、DVI及Displayport。双向数据链路应用标准的实例为无限带宽(Infiniband)、光纤通道、千兆位以太网络、USB、XAUI、PCI-e、SAS、SATA。对于双向通信，在各端将存在一对或多对传输器及接收器。
本发明的进一步方面涉及利用电-光电压微分器的独特的电光通信技术。图9为呈NPN发光晶体管的形式的倾斜电荷发光装置的图(参见以上所参考的专利及公开案文献)。如所述图中所示，所述装置呈共同集电极配置，具有施加于基极-集电极输入端口的RF源V1及施加于发射极-集电极输入端口的RF源V2。经由电容器C1而施加RF信号V1，且经由电容器C2而施加RF信号V2。经由电感器L1用电压VB偏置基极，且经由电感器L2用电压VE偏置发射极。
当用相应RF信号馈给共同集电极倾斜电荷装置的电端口的两者(BC端口及EC端口)时，输出光学信号(Phv)与两个输入信号电压的差成比例。当如所示被偏置时，所述共同集电极倾斜电荷装置作为电-光电压微分器而操作。如果V2经表征以使得其与V1成180°异相，那么所得的Phv∝|V1|+|V2|。在图9的配置中，偏置所述NPN倾斜电荷装置，其中VB-VE(VBE)大于结接通电压，且其中VB-VC(VBC)小于VBC结的接通电压。
如结合图10进一步描述，如图9中所示而配置的共同集电极倾斜电荷装置简化及改进基于光学的互连的传输侧。在图10的实施例中，铜驱动器1030类似于图4的铜驱动器430。在此情况下，使用均衡器1035均衡化差动信号V1+及V1-两者(不同于图4的现有技术，其中丢弃所述差动信号中的一者)。分别将经均衡化的信号V2-及V2+耦合到发光晶体管910的基极及发射极(即，作为如图9描述中配置及偏置的装置的输入V1及V2)以获得光学输出信号。在此级之后，系统类似于图4的现有技术系统；即，包含二极管检测器455、跨阻抗放大器460、限幅放大器470及铜接收器480。图10的实施例存在重要的优点。首先，其允许在所述倾斜电荷装置中的电压摆动比曾用于图4的现有技术的发光二极管445的电压摆动大多达两倍。当固定所述输入信号(V1+)且操作所述装置单端未提供所需的电压摆动时，此为有利的，且当驱动低阻抗装置(例如晶体管激光器)时尤其有用。(三端子倾斜电荷装置可或者为晶体管激光器。)其次，具有独立特性的两个单独的均衡器可任选地施加于V1+及V1-，导致进入所述倾斜电荷装置中的可定制的电压差。例如，对于一个通道，可将均衡器表征为低通滤波器，且将第二均衡器表征为高通滤波器。(如在此上下文中所使用，滤波可指所选择的频带的衰减及/或放大。)所得的光学输出将展示更高的带宽。而且，当与高通均衡器耦合以实现权衡RF光学输出效率与光学带宽的效率-带宽权衡时，具有20dB/decade斜率的自发装置倾斜电荷装置可为有利的。
图11展示可如何使用本文的技术来修改由两个半双工链路组成的USB 3.0的所谓的超速组件以替代在主机及装置的连接器之间耦合的通常的铜电缆组件。主机1110包含传输器放大器1102及接收器放大器1104，且所述装置包含传输器放大器1182及接收器放大器1184。相应的传输器输出与连接器1125及1165电容性耦合(块1115及1175)，连接器1125及1165还将所接收的信号耦合到相应的接收器放大器。然而，替代通常的铜电缆组件，有利地使用本文所描述的类型的两个光纤光学有源电缆子系统，其具有利用倾斜电荷装置的相关联的传输器。如上文已描述的操作效率及长期成本节省的所得的改进对于这个及其它应用而言将显而易见。
已参考特定优选实施例而描述本发明，但所属领域的技术人员将想到本发明的精神及范围内的变化形式。举例来说，虽然所说明的实施例已主要描述倾斜电荷发光二极管及发光晶体管的使用，但在适当情况下可或者使用这些装置的激光器版本(倾斜电荷激光器二极管及晶体管激光器)。

Claims (39)

1.一种供在第一位置与第二位置之间建立通信链路中使用的方法，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的电驱动器电路，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的电接收器电路；所述方法包括以下步骤：
提供在所述第一位置处且与所述驱动器电路耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；
在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；
将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；
在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器电路耦合的光电检测器；
借此从所述接收器电路输出表示所述输入数据的电信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷发光二极管。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷二极管激光器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷发光晶体管。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷晶体管激光器。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述提供光电检测器的步骤包括提供光电二极管。
7.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述提供光电检测器的步骤包括提供光电二极管及放大器。
8.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述提供光电检测器的步骤包括提供光电晶体管。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的方法，其中所述提供光纤的步骤包括提供光纤电缆。
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的方法，其中所述电驱动器电路是经设计以用于导电铜电缆链路的电路，且所述方法进一步包括从所述电驱动器电路给所述倾斜电荷发光装置供电。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述从所述电驱动器电路给所述倾斜电荷发光装置供电的步骤包括：用来自作为所述电驱动器电路的一部分的芯片组的电源给所述倾斜电荷发光装置供电。
12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的方法，其进一步包括供在所述第二位置与第一位置之间建立通信链路中使用的其它步骤，所述第二位置具有接收待传达的其它输入数据的其它电驱动器电路，且所述第一位置具有用于产生表示所述其它输入数据的输出数据的其它电接收器电路；所述其它步骤为：
提供在所述第二位置处且与所述其它驱动器电路耦合的其它倾斜电荷发光装置，使得由所述其它倾斜电荷发光装置所产生的所述光为所述其它输入数据的函数；
在所述第二位置与第一位置之间提供其它光纤；
将来自所述其它倾斜电荷发光装置的光耦合入所述其它光纤中；
在所述第一位置处提供与所述其它光纤且与所述其它接收器电路耦合的其它光电检测器；
借此从所述其它接收器电路输出表示所述其它输入数据的其它电信号。
13.一种供在第一位置与第二位置之间建立通信链路中使用的方法，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的传输器芯片组，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的接收器芯片组；所述方法包括以下步骤：
提供在所述第一位置处且与所述传输器芯片组耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；
在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；
将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；
在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器耦合的光电检测器；
借此从所述接收器芯片组输出表示所述输入数据的电信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述传输器芯片组包含驱动器电路，且其中所述提供与所述传输器芯片组耦合的倾斜电荷发光装置的步骤包括直接耦合所述倾斜电荷发光装置与所述驱动器电路。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述驱动器电路包含开路集电极晶体管，且所述提供与所述驱动器电路耦合的所述倾斜电荷发光装置的步骤包括耦合所述晶体管的所述集电极与所述倾斜电荷发光装置。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷发光电二极管。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷二极管激光器。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷发光晶体管。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括提供倾斜电荷晶体管激光器。
20.一种供在改进第一位置与第二位置之间的通信链路中使用的方法，所述第一位置具有接收待传达的输入数据的电驱动器电路，且所述第二位置具有用于产生表示所述输入数据的输出数据的电接收器电路，所述链路适于具有在所述电驱动器电路与所述电接收器电路之间耦合的导电电缆，所述方法包括以下步骤：
移除所述导电电缆；
提供在所述第一位置处且与所述驱动器电路耦合的倾斜电荷发光装置，使得由所述倾斜电荷发光装置所产生的光为所述输入数据的函数；
在所述第一位置与第二位置之间提供光纤；
将来自所述倾斜电荷发光装置的光耦合入所述光纤中；
在所述第二位置处提供与所述光纤且与所述接收器电路耦合的光电检测器；
借此从所述接收器电路输出表示所述输入数据的电信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括从所述电驱动器电路给所述倾斜电荷发光装置供电。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述从所述电驱动器电路给所述倾斜电荷发光装置供电的步骤包括用来自作为所述电驱动器电路的一部分的芯片组的电源给所述倾斜电荷发光装置供电。
23.根据权利要求20到22中任一权利要求所述的方法，其中所述导电电缆包括双绞线电缆，且所述移除所述电缆的步骤包括移除所述双绞线电缆。
24.根据权利要求20到22中任一权利要求所述的方法，其中所述导电电缆包括同轴电缆，且所述移除所述电缆的步骤包括移除所述同轴电缆。
25.一种用于输入信息的高速通信的方法，其包括以下步骤：
产生表示所述输入信息的一对相位相反的电信号；
以共同集电极配置提供三端子倾斜电荷发光装置；
将所述相位相反的信号中的一者应用于所述倾斜电荷发光装置的基极-集电极输入，且将所述相位相反的信号中的另一者应用于所述倾斜电荷发光装置的发射极-集电极输入，以产生作为所述相位相反的信号中的两者的函数的光学信号；
将所述光学信号传达到接收位置；及
在所述接收位置处接收所述光学信号及将所述光学信号转换为表示所述输入信息的输出电信号。
26.根据权利要求25所述的方法，其中作为所述相位相反的信号中的两者的函数的所述光学信号与所述相位相反的信号的绝对值的总和成比例。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述提供三端子倾斜电荷发光装置的步骤包括提供发光晶体管。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述提供三端子倾斜电荷发光装置的步骤包括提供晶体管激光器。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述将所述光学信号传达到接收位置的步骤包括经由光纤光学波导传达所述光学信号。
30.根据权利要求25所述的方法，其进一步包括在将所述相位相反的信号应用于所述倾斜电荷发光装置之前将第一及第二均衡器功能应用于所述对相位相反的电信号中的相应者的步骤。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述应用所述第一均衡器功能的步骤包含应用第一类型的频率滤波，且所述应用所述第二均衡器功能的步骤包含应用不同于所述第一类型的频率滤波的第二类型的频率滤波。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一类型的频率滤波包括低通滤波，且所述第二类型的频率滤波包括高通滤波。
33.一种供在高速通信的系统中使用的用于将表示输入信息的输入电信号转换成光学信号的方法，其中将所述输入电信号转换为待传达到接收位置的所述光学信号，且将所述光学信号转换为表示所述输入信息的输出电信号；所述方法包括以下步骤：
以共同集电极配置提供三端子倾斜电荷发光装置；及
将所述相位相反的输入中的一者应用于所述倾斜电荷发光装置的基极-集电极输入，且将所述相位相反的信号中的另一者应用于所述倾斜电荷发光装置的发射极-集电极输入，以产生作为所述相位相反的信号中的两者的函数的光学信号。
34.根据权利要求33所述的方法，其中作为所述相位相反的信号中的两者的函数的所述光学信号与所述相位相反的信号的绝对值的总和成比例。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述提供三端子倾斜电荷发光装置的步骤包括提供发光晶体管。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述提供三端子倾斜电荷发光装置的步骤包括提供晶体管激光器。
37.根据权利要求33所述的方法，其进一步包括在将所述相位相反的信号应用于所述倾斜电荷发光装置之前将第一及第二均衡器功能应用于所述对相位相反的电信号中的相应者的步骤。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述应用所述第一均衡器功能的步骤包含应用第一类型的频率滤波，且所述应用所述第二均衡器功能的步骤包含应用不同于所述第一类型的频率滤波的第二类型的频率滤波。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述第一类型的频率滤波包括低通滤波，且所述第二类型的频率滤波包括高通滤波。
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