CN104052546B - 激光驱动器组件以及包括激光驱动器组件的光发射机组件 - Google Patents

Abstract

描述了对消光比控制的自适应采样资格的技术。这些技术可在包括激光驱动器和采样回路的激光驱动器组件中实现，该采样回路配置成有助于对由光发射机组件的监测光电二极管（MPD）产生的光电二极管电流进行采样。采样回路包括具有重置的低通滤波器、数模转换器（DAC）和比较器。滤波器接收被提供到激光驱动器的发送（Tx）数据并产生与在发送（Tx）数据中接收的第一类型的多个连续位相对应的输出。滤波器在接收到第二类型的位时重置输出。数模转换器（DAC）输出阈值信号。比较器将来自低通滤波器的输出与阈值信号进行比较，并输出指示何时对光电二极管电流进行采样的信号。

Description

激光驱动器组件以及包括激光驱动器组件的光发射机组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月14日提交的名称为“Adaptive Sampling Qualificationfor Extinction Ratio Control”的美国临时申请号61/781,526的优先权，该临时申请特此通过引用被全部并入。

背景技术

光发射机使用激光驱动器来驱动固态激光二极管，以通过光纤线路进行数据的光传输。这些设备能够有高数据速率，且因此在数据通信中得到不断增加的应用。然而，固态激光器具有在这样的应用中必须被考虑的各种特性。一个这样的特性是，至少对于高数据速率，由于激光器在完全关闭时回到产生激光条件所花费的时间，因此固态激光器无法在开启和关闭条件之间操作。因此，对于高数据速率，这样的激光器通常操作在作为一个数据状态的高光学功率级和第二数据状态的低得多的功率级之间。为了本文讨论的目的，假设高光学功率级将代表逻辑“1”，而低光学功率级将代表逻辑“0”。高光学功率级的P.sub.1与低光学功率级的P.sub.0的光学功率级之比被称为消光比(P.sub.1/P.sub.0)。在正常情况下，激光驱动器的用户，即，光发射机的制造商希望设定并控制消光比和平均功率。光发射机通常还包括监测光电二极管(MPD)，其接收由发射激光二极管发射的光的一部分，以提供发射激光二极管的光学功率级的测量量。然而，这样的监测光电二极管及其相关电路不具有发射二极管的高频能力，且因此具有关于监测二极管可实现事项的真实限制。

发明内容

描述了对消光比控制的自适应采样资格的技术。在一个或多个实施例中，这些技术可在包括激光驱动器和采样回路的激光驱动器组件中实现，所述采样回路配置成有助于对由光发射机组件的监测光电二极管(MPD)产生的光电二极管电流进行采样。采样回路包括具有重置的低通滤波器、数模转换器（DAC）和比较器。滤波器配置成接收被提供到激光驱动器的发送（Tx）数据并产生与在发送（Tx）数据中接收的第一类型的多个连续位相对应的输出。滤波器还配置成当接收到第二类型的位时重置输出。数模转换器（DAC）配置成输出阈值信号。比较器配置成将来自低通滤波器的输出与阈值信号进行比较，并输出指示何时对光电二极管电流进行采样的信号。

该发明内容被提供来介绍下面在具体实施方式中进一步描述的以简化形式的概念的选择。该发明内容并不用来识别所要求主题的关键特征或必要特征，它也并不旨在确定所要求的主题的范围时用作帮助。

附图说明

参考附图描述了具体实施方式。相同的附图标记在描述和附图中的不同实例中的使用可指示相似或相同项。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的光发射机组件的方框图。

图2是示出与图1所示的光发射机耦合的峰值检测器的输出的示意图，其中在具有和没有干扰的情况下示出对于给定的发送（Tx）数据的输出。

图3是示出根据本公开的示例性实现方式的配置成提供对消光比控制的自适应采样资格的光发射机组件的方框图。

图4是示出图3所示的光发射机组件的滤波器、DAC和比较器的输出的示意图，其中示出对于给定的发送（Tx）数据的输出。

图5是示出根据本公开的示例性实现方式的配置成提供光发射机组件的发射光学子组件（TOSA）的光电二极管的电流的自适应采样资格的光发射机组件的方框图。

具体实施方式

概述

由于温度引起的固态激光二极管的特性（更具体地激光二极管的阈值和斜率效率）的变化是公知的；如果有可能的话，这样的特性非常难以预测。这是因为在激光二极管特性中的变化由诸如电子移动性的变化、激光 器的晶体结构的缺陷、激光器反射镜的反射率的变化等因素的组合所引起。而且，激光二极管的阈值和效率由于激光器的恶化随时间而变化。

减轻固态激光二极管特性（例如阈值和斜率效率）的变化的传统方法是结合查找表（LUT）使用平均功率控制（APC）回路。图1示出根据本公开的示例性实施例的使用APC回路102的光发射机组件100。APC回路102使用位于非常接近于激光二极管106（形成如所示的发射光学子组件（TOSA）108或双向光学子组件（BOSA））的监测光电二极管（MPD）104。光电二极管104产生与激光二极管106所发射的平均功率成比例的电流（光电二极管电流）。光电二极管电流由MPD管脚110提供，并用于补偿参数之一，例如阈值。通过使用查找表（LUT）来校正其它参数（例如斜率效率）的变化。因为对温度的扫描用于产生准确的结果，因此创建查找表（LUT）通常是在生产中不希望有的过程。而且，查找表（LUT）可能是不准确的，因为在查找表（LUT）中记录的信号是静态的，且它们不能补偿由于激光二极管106的老化所引起的变化。

连续补偿阈值和斜率效率的变化的现有光发射机组件已得到发展。这些组件中的大多数利用在APC回路102中用来提取所需信息的光电二极管104。在这种方法中具有两个主要困难。首先，光电二极管的带宽是有限的，因为光电二极管被设计成用在APC回路应用中。其次，为了减少存在于TOSA108封装中的管脚数量，激光器制造商通常将激光二极管106的阳极连接到光电二极管104的阴极。

使用峰值检测器来克服由光电二极管的有限带宽引起的困难的光发射机组件已得到发展。例如，在一种实现方式中，两个峰值检测器用于保持来自光电二极管104的强烈过滤的信号的振幅的峰值。图2示出与图1所示的光发射机100耦合的两个峰值检测器（峰值检测器和波谷检测器）的输出，其中在具有和没有干扰的情况下示出对于给定的发送（Tx）数据的输出。如所示，峰值检测器（峰值检测器和波谷检测器）的输出对于低频Tx数据（例如几个0和1）与激光二极管106所发射的光学功率成比例。然而，来自通过光发射机组件100的公共MPD管脚耦合的光电二极管104的信号由于干扰而可在振幅上大于没有干扰的信号。在实施例中，理想峰值检测器跟随干扰的峰值，其与所发射的光学功率不成比例但与插入激光 器的电流成比例。然而，峰值检测器不是理想的，并将在攻击时段期间具有有限的带宽，且同时也将具有特定的衰减时间。这两个因素有助于限制峰值检测器跟踪接口的能力，但仍将影响测量。

干扰在数据的每次转变中被耦合，但它在几个连续位之后稳定下来。而且，当所发送的连续位的数量增加时，干扰变得越来越稳定。因此，光电二极管电流可在此时被采样。

因此，描述了创建允许在同一类型的连续位的每个系列中光电二极管电流尽可能迟的采样的信号的技术。在一个或多个实施例中，这些技术可在包括激光驱动器和采样回路的激光驱动器组件中实现，该采样回路配置成便于由光发射机组件的监测光电二极管（MPD）产生的光电二极管电流的采样。采样回路包括具有重置的低通滤波器、数模转换器（DAC）和比较器。该滤波器配置成接收被提供到激光驱动器的发送（Tx）数据并产生对应于在发送（Tx）数据中接收的第一类型的多个连续位的输出。滤波器还配置成当接收到第二类型的位时重置输出。数模转换器（DAC）配置成输出阈值信号。比较器配置成将来自低通滤波器的输出与阈值信号进行比较，并输出指示何时对光电二极管电流进行采样的信号。

这些技术是自适应的，并可统计地检测数据的最长系列。因此，这些技术不需要对所发送的位的数量计数，这需要定时器非常严格的控制。

示例性实现

图3示出根据本公开的示例性实现方式的配置成提供对消光比控制的自适应采样资格的光发射机组件300。如所示，光发射机组件300包括发射光学子组件（TOSA）302（或双向光学子组件（BOSA））、匹配网络304和激光驱动器组件306（其可被实现为集成电路）。激光驱动器组件306包括激光驱动器308和采样回路310。在实施例中，采样回路310包括数模转换器（DAC）312、具有重置的低通滤波器314、以及比较器316。

滤波器314配置成接收被提供到激光驱动器308的发送（Tx）数据322，并产生与在发送（Tx）数据322中接收的第一类型的多个连续位（例如“0s”或“1s”）相对应的输出。滤波器314还配置成当接收到第二类型的位（例如“1”或“0”）时重置输出。滤波器314使用发送（Tx）数据322而不是通过光电二极管电流317（由监测光电二极管（MPD）318响应于激光二极管319而产生的电流）进行驱动。因此，滤波器314的带宽不取决于光电二极管318的电容。在实施例中，当采样回路310配置成检测在发送（Tx）数据322中所发送的“1s”的采样点时，在“0”被发送时重置滤波器314。类似地，当采样回路310正检测在发送（Tx）数据322中所发送的“0s”的采样点时，在“1”被发送时重置滤波器314。

数模转换器（DAC）312配置成输出阈值信号。如所示，数模转换器（DAC）312基于由比较器316提供的信息在闭合回路中被控制。由数模转换器（DAC）312输出的信号被选择来维持比较器316的输出的确定的比。该比可根据发送（Tx）数据322来改变，以利用所发送的数据模式的不同特性。例如，如果所发送（Tx）的数据322以伪随机二进制序列7（PRBS7）被扰频，当七（7）个连续位（或更多）（例如，七（7）个连续的“1s”或七（7）个连续的“0s”）被发送时，对光电二极管318的电流采样的合适点出现。因为PRBS7具有三十二（32）个转变和仅仅一个存在七（7）个连续位的地方，因此可通过将比设定为“1/31”来检测该事件，。比较器316的输出因此可平均产生三十一（31）个“0”和一（1）个“1”。因此，数模转换器（DAC）312的输出可改变以维持比较器的输出的特定占空比。

比较器316配置成将来自低通滤波器314的输出与由数模转换器（DAC）312输出的阈值信号进行比较。比较器316输出指示何时对光电二极管电流317进行采样的信号。图4示出图3所示的光发射机组件300的滤波器314、数模转换器（DAC）312和比较器316的输出400（分别是输出402、404、406），其中示出对于给定的发送（Tx）数据408的输出。如所示，当采样回路310稳定下来时（例如，当七（7）个连续位（例如七（7）个连续的“1s”或七（7）个连续的“0s”被发送时），比较器316产生指示用于对光电二极管318的电流317采样（经由采样模块320）（且在通过图3的跨阻抗放大器（TIA）322转换之后）的合适时间的信号（例如比较器316的信号改变状态）。

在一个或多个实施例中，时分复用可用在采样回路310（包括数模转换器（DAC）312、具有重置的低通滤波器314和比较器316）上，以检测对“0s”和“1s”的采样点。在其它实施例中，激光驱动器组件306可包 括包含第二数模转换器（DAC）、具有重置的第二低通滤波器和第二比较器的第二采样回路，以同时检测对“0s”和“1s”的采样点。采样回路310的操作在光发射机组件300的数字域中由算法328控制。

图5示出根据本公开的示例性实施例的配置成提供发射光学子组件（TOSA）504（或双向光学子组件（BOSA））的监测光电二极管（MPD）502的电流的自适应采样资格的光发射机组件500。以这种方式，提供了简化光电二极管电流506（由光电二极管502响应于激光二极管508而产生的电流）的采样的技术。

如所示，光发射机组件500包括TOSA504、匹配网络510和激光驱动器组件512（其可被实现为集成电路）。激光驱动器组件512包括激光驱动器514和采样回路516。在实施例中，采样回路516包括数模转换器（DAC）518、具有重置的低通滤波器520和比较器（Qual Comp）522。

滤波器520配置成接收被提供到激光驱动器514的发送（Tx）数据524，并产生与在发送（Tx）数据524中接收的第一类型的多个连续位（例如“0s”和“1s”）的输出。滤波器520还配置成当第二类型的位（例如“1”和“0”）被接收到时重置输出。滤波器520使用发送（Tx）数据524而不是由光电二极管电流506驱动。因此，滤波器520的带宽不取决于TOSA504的光电二极管502的电容。在实施例中，当采样回路516正检测在发送（Tx）数据524中的所发送的“1s”的采样点时，在“0”被发送时重置滤波器520。类似地，当采样回路516正检测在发送（Tx）数据524中的所发送的“0s”的采样点时，在“1”被发送时重置滤波器520。

数模转换器（DAC）518配置成输出阈值信号。数模转换器（DAC）518基于由比较器522提供的信息在闭合回路中被控制。由数模转换器（DAC）518输出的信号被选择来维持比较器522的输出的确定的占空比。占空比可根据发送（Tx）数据524来改变，以利用所发送的数据模式的不同特性。例如，如果发送（Tx）数据524以伪随机二进制序列7（PRBS7）被扰频，当七（7）个连续位（或更多）（例如七（7）个连续的“1s”或七（7）个连续的“0s”）被发送时，对光电二极管502的电流采样的合适点出现。因为PRBS7具有三十二（32）个转变和仅仅一个存在七（7）个连续位的地方，因此可通过将占空比（比）设定为“1/31”来检测该事件。 比较器522的输出因此可平均产生三十一（31）个“0”和一（1）个“1”。

比较器522配置成将来自低通滤波器520的输出与由数模转换器（DAC）518输出的阈值信号进行比较。比较器522输出指示何时对光电二极管电流进行采样的信号。

如图5所示，采样回路516还包括锁存器528、530。锁存器528、530配置成使用发送（Tx）数据524对光电二极管电流506和比较器（Qual Comp）522的先前输出进行采样。当采样回路516配置成测量“0s”时，锁存器出现在发送Tx数据524的上升沿中。相反，当采样回路516配置成测量“1s”时，锁存器出现在发送Tx数据524的下降沿中。因此，锁存器528、530在发送（Tx）数据524的相应（每次）转变中对光电二极管电流506（MPD管脚）和比较器（QualComp）522进行采样。然而，如上所述，当检测到连续位的最长系列（例如七（7）个连续的“1s”或七（7）个连续的“0s”）时，来自光电二极管502的信息（光电二极管电流506）被使用。在实施例中，光电二极管电流506可在由跨阻抗放大器（TIA）538转换之后被采样，并可通过比较器540与参考（“Ref”）相比较。因此，数字核心（算法526）使用Qual锁存器528的输出掩蔽MPD锁存器530的输出（当检测到最长的系列时，Qual锁存器530的输出是“1”）。

在实施例中，采样回路516使用反相电路532，其配置成使被提供到滤波器516的输入（发送（Tx）数据524）反相，并作为用于锁存器528、530的时钟配置采样回路516以测量如上所述的“0s”或“1s”。例如，在实施例中，采样回路310可配置成检测在发送（Tx）数据524中所发送的“1s”的采样点。因此，当“0”被发送时，重置滤波器516。采样回路516可配置成检测在发送（Tx）数据524中所发送的“0s”的采样点，使得当“1”被发送时通过使发送（Tx）数据524反相，重置滤波器516。如图5所示，反相电路532可使用复用器534和反相器536，该反相器536配置成输出发送（Tx）数据524，或输出取决于“测量1s”信号的状态而被反相的发送（Tx）数据524。

结论

虽然以结构特征和/或过程操作特定的语言描述了主题，应理解，在所附权利要求中定义的主题不一定限于上述特定特征或动作。更确切地，上 述特定特征或动作作为实现权利要求的示例性形式被公开。

Claims (21)

1.一种激光驱动器组件，包括：

激光驱动器；以及

采样回路，其配置成有助于对由光发射机组件的监测光电二极管(MPD)产生的光电二极管电流进行采样，所述采样回路包括：

低通滤波器，其配置成接收被提供到所述激光驱动器的发送(Tx)数据，并产生与在所述发送(Tx)数据中接收的第一类型的多个连续位相对应的输出，所述低通滤波器配置成当接收到第二类型的位时重置所述输出；

数模转换器(DAC)，其配置成输出阈值信号；以及

比较器，其配置成将来自所述低通滤波器的所述输出与所述阈值信号进行比较，并输出指示何时对所述光电二极管电流进行采样的信号。

2.如权利要求1所述的激光驱动器组件，其中当所述采样回路配置成检测在所述发送(Tx)数据中的所述第一类型的位的采样点时，在第二类型的位被发送时重置所述低通滤波器。

3.如权利要求2所述的激光驱动器组件，其中所述第一类型的相应位包括1，且其中所述第二类型的位包括0。

4.如权利要求2所述的激光驱动器组件，其中所述第一类型的相应位包括0，且其中所述第二类型的位包括1。

5.如权利要求1所述的激光驱动器组件，其中由所述数模转换器(DAC)输出的所述阈值信号被选择来维持所述比较器的输出的预定比。

6.如权利要求1所述的激光驱动器组件，其中比较器配置成当来自所述低通滤波器的输出大于所述阈值信号时输出所述信号。

7.如权利要求1所述的激光驱动器组件，还包括一个或多个锁存器，所述一个或多个锁存器配置成对所述光电二极管电流和所述比较器的输出进行采样。

8.一种光发射机组件，包括：

发射光学子组件(TOSA)，其包括激光器和监测光电二极管(MPD)；以及

激光驱动器组件，包括：

激光驱动器；以及

采样回路，其配置成有助于对由监测光电二极管(MPD)产生的光电二极管电流进行采样，所述采样回路包括：

低通滤波器，其配置成接收被提供到所述激光驱动器的发送(Tx)数据并产生与在所述发送(Tx)数据中接收的第一类型的多个连续位相对应的输出，所述低通滤波器配置成当接收到第二类型的位时重置所述输出；

数模转换器(DAC)，其配置成输出阈值信号；以及

比较器，其配置成将来自所述低通滤波器的输出与所述阈值信号进行比较，并输出指示何时对所述光电二极管电流进行采样的信号。

9.如权利要求8所述的光发射机组件，其中当所述采样回路配置成检测在所述发送(Tx)数据中的所述第一类型的位的采样点时，在第二类型的位被发送时重置所述低通滤波器。

10.如权利要求9所述的光发射机组件，其中所述第一类型的相应位包括1，且其中所述第二类型的位包括0。

11.如权利要求9所述的光发射机组件，其中所述第一类型的相应位包括0，且其中所述第二类型的位包括1。

12.如权利要求8所述的光发射机组件，其中由所述数模转换器(DAC)输出的所述阈值信号被选择来维持所述比较器的输出的预定比。

13.如权利要求8所述的光发射机组件，其中比较器配置成当来自所述低通滤波器的输出大于所述阈值信号时输出所述信号。

14.如权利要求8所述的光发射机组件，还包括一个或多个锁存器，所述一个或多个锁存器配置成对所述光电二极管电流和所述比较器的输出进行采样。

15.一种有助于对由光发射机组件的监测光电二极管(MPD)产生的光电二极管电流进行采样的方法，所述方法包括：

接收被提供到所述光发射机组件的激光驱动器的发送(Tx)数据；

产生与在所述发送(Tx)数据中接收的第一类型的多个连续位相对应的输出；

当第二类型的位被接收到时重置所述输出；

产生阈值信号；

比较所述输出与所述阈值信号；以及

输出指示何时对所述光电二极管电流进行采样的信号。

16.如权利要求15所述的方法，其中当检测在所述发送(Tx)数据中的所述第一类型的位的采样点时，在第二类型的位被发送时进行重置。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述第一类型的相应位包括1，且其中所述第二类型的位包括0。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述第一类型的相应位包括0，且其中所述第二类型的位包括1。

19.如权利要求15所述的方法，其中所述阈值信号被选择来维持所述比较器的输出的预定比。

20.如权利要求15所述的方法，其中当来自低通滤波器的输出大于所述阈值信号时输出所述信号。

21.如权利要求15所述的方法，还包括对所述光电二极管电流和所述比较器的输出进行采样。