CN104426611B - 低频ac比较电路和包括其的光学模块 - Google Patents

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Abstract

提供用于低频AC比较电路的系统和方法。低频AC比较电路包括配置成接收由光学检测器所生成的监测信号的电路，监测信号与由光学传输装置(其基于由光学驱动器接收的数据信号进行传送)所生成的光量成比例。比较电路还配置成基于监测信号的低频AC分量和数据信号的相关低频AC分量的比较来生成调制电流控制信号，其被传送给光学驱动器。

Description

低频AC比较电路和包括其的光学模块
技术领域
一般来说，本文所述的技术涉及数据传输，以及更具体来说，涉 及光学数据发射器控制。
背景技术
光学通信涉及通过例如经过光学滤波器发送光脉冲，将信息从一 个位置传送到另一个位置。光形成载波，其经过调制以携带信息。光学通 信因其低损耗性质和高数据容量而众所周知。但是，在没有充分控制光学 数据信号生成的质量时，光学通信系统的这些所感知优点会减小。
发明内容
按照本文的理论，提供用于低频比较电路的系统和方法。低频比 较电路包括配置成接收由光学检测器所生成的监测信号的电路，监测信号 与由光学传输装置(其基于由光学驱动器接收的数据信号进行传送)所生成 的光量成比例。比较电路还配置成基于监测信号的低频分量和数据信号的 低频分量的比较来生成调制电流控制信号，其被传送给光学驱动器。
作为另一个示例，光学模块包括光学驱动器，其配置成基于所接 收数据信号来输出驱动器信号，其中驱动器信号的调制幅度按照所接收调 制电流控制信号来控制。激光器二极管配置成基于驱动器信号来传送光。 光学检测器配置成生成与由光学传输装置所生成的光量成比例的监测信 号。低频比较电路包括配置成接收由光学检测器所生成的监测信号并且基 于监测信号的低频分量和数据信号的低频分量的比较来生成调制电流控制信号(其被传送给光学驱动器)的电路。
附图说明
图1是示出包括闭环光学调制幅度控制的光学发射器配置的框 图。
图2是示出执行光学调制幅度反馈控制的方法的流程图。
图3是示出对监测信号和数据信号其中之一或两者进行滤波的光 学调制反馈电路的框图。
图4是示出执行光学调制幅度反馈控制的方法的流程图。
图5A和图5B是光学调制反馈电路的框图，示出监测信号与数据 信号之间的比较的示例细节。
图6是光学调制反馈电路的框图，示出减法器电路的示例细节。
图7和图8示出在图6的配置中的特定点的示例数据信号的多个 图表。
图9是包括平均功率控制的光学调制反馈电路的框图。
图10是示出包括占空比调制器的光学发射器的框图。
图11是示出执行包括占空比调制的光学调制幅度反馈控制的方 法的流程图。
图12示出包括电路信号的附加滤波的示例光学发射器配置。
图13是示出备选数据信号占空比调制配置的框图。
图14示出示例低频测试信号以及该测试信号对数据信号的效果。
图15示出混合架构。
图16是示出另一个示例配置的框图，示出包括数字控制器的光 学调制反馈系统。
图17是示出数字控制器的示例输入和输出的特定的框图。
图18是示出用于生成IMON0和IMON1的示例机制的简图。
具体实施方式
诸如发光二极管(LED)发射器、VCSEL发射器或者激光器二极管 发射器之类的光学发射器包括用于生成经过调制以携带信息的光的组件。 例如，激光器二极管发射器包括激光器二极管和激光器二极管驱动器，其 生成驱动器信号，驱动器信号被传送给激光器二极管以生成携带光信号的 数据。
激光器二极管驱动器接收一个或多个输入信号，其经过处理以生 成驱动器信号。例如，激光器二极管驱动器可接收包含数据的数据输入信 号，其中数据将要调制为光信号供传输以及作为一个或多个参数调整输入， 例如调制电流控制输入和偏置电流控制输入。调制电流控制输入控制逻辑 “1”与逻辑“0”之间的光功率输出的绝对差，以及偏置电流控制输入控制激光 器二极管的平均光功率输出。因为光学发射器的性能可基于诸如温度的变 化、发射器特性随时间的变化等的多个因素而改变，所以控制机制能够结 合到光学发射器配置中，以确保光学发射器在所需操作范围中起作用，以 便保持高信号质量并且使功率耗散为最小。
图1是示出包括闭环光学调制幅度(OMA)控制的光学发射器配置 的框图。激光器二极管驱动器102接收提供数据的数据输入信号104，其中 数据将要由激光器二极管106根据由激光器二极管驱动器102所传送的驱 动器信号108来调制到光信号上。激光器二极管驱动器102还接收OMA控 制反馈信号(IMOD)110，其调节激光器二极管106在逻辑“1”与逻辑“0”之间的 光功率输出的绝对差。调制控制反馈信号110经由闭环监测控制来生成。 光学检测器、例如监测光电二极管112检测由激光器二极管106所生成的 光量，并且输出监测信号114(其与所检测的光量成比例)。低频比较电路 116接收监测信号114和数据信号104。低频比较包括监测信号114的低频 分量和数据信号104的低频分量，以生成调制控制反馈信号110，其被传送 给激光器二极管驱动器102，以调节光学调制幅度。
图2是示出执行光学调制幅度反馈控制的方法的流程图。在202， 从光学检测器接收监测信号，其与由光学传输装置(其基于由光学驱动器所 接收的数据信号进行传送)所生成的光量成比例。在204，在监测信号的低 频分量与数据信号的低频分量之间进行比较，以及在206，调制控制反馈信 号基于该比较来生成并且传送给光学驱动器。
图3是示出对监测信号和数据信号其中之一或两者进行滤波的光 学调制反馈电路的框图。激光器二极管驱动器302基于数据输入信号306 和光学调制幅度电流反馈信号308来生成驱动器信号304。将驱动器信号 304传送给激光器二极管310供数据传输。监测光电二极管312充当光学检 测器，其生成监测信号314，监测信号314与由激光器二极管310所生成的 光量成比例。将监测信号314和数据信号306传送给减法器316，其从监测 信号314(其与由激光器二极管310所传送的光成比例)中减去与数据信号成 比例的值(例如经由幅度缩放器317)，以生成残余信号318。如果发射器的 OMA在指标(target)上，则残余信号318将接近零。如果OMA大于指标， 则残余信号将与数字信号同相，以及如果OMA小于指标，则残余信号将与 数据信号异相。
在320，残余信号318和数据信号306其中之一或两者经过滤波， 以去除信号的高频分量，并且经过AC耦合以去除信号的DC分量。例如， 信号306、318可传送给低通滤波器320，其对频率接近或大于监测光电二 极管312(其有时是最大带宽为ωMAX的带限装置)的带宽的信号分量进行滤 波。在这种配置中，(一个或多个)低通滤波器320可配置成滤出接近或大 于ωMAX的高频分量。在322，比较低频分量，以生成调制控制反馈信号308， 其被传送给激光器二极管驱动器302。例如，可通过将两个信号306、318 相乘(混合)或相关，来比较经滤波的残余信号318和数据信号306，以生成 调制控制反馈信号308。
图4是示出执行光学调制幅度反馈控制的方法的流程图。在402， 从光学检测器、例如监测光电二极管来接收监测信号，其与由光学传输装 置(其基于由光学驱动器所接收的数据信号进行传送)所生成的光量成比例。 在404，从监测信号中减去与数据信号成比例的信号，以生成残余信号，以 及在406，将残余信号和数据信号其中之一或两者传送给低通滤波器。在 408，在监测信号的低频分量与数据信号的低频分量之间进行比较。例如， 可通过将残余信号和数据信号相乘或相关，来执行比较。在410，调制控制 反馈信号(其被传送给光学驱动器)被生成，并且基于在408的比较。
图5A和图5B是光学调制反馈电路的框图，示出监测信号与数据 信号之间的比较的示例细节。图5A中，激光器二极管驱动器502基于数据 输入信号506和光学调制幅度电流反馈信号508来生成驱动器信号504。将 驱动器信号504传送给激光器二极管510供数据传输。监测光电二极管512 充当光学检测器，其生成监测信号514，监测信号514与由激光器二极管 510所生成的光量成比例。将监测信号514和数据信号506传送给减法器 516，其从监测信号514(其与由激光器二极管510所传送的光成比例)中减 去与数据信号506成比例的值，以生成残余信号518。
在520，残余信号518和数据信号506其中之一或两者经过滤波， 以去除信号的高频分量，并且可经过AC耦合以去除信号的DC分量。在 522，比较低频分量。例如，可通过将两个信号506、518相乘，来比较经 滤波的残余信号518和数据信号506。将相乘522的输出传送给积分器524， 以生成调制控制反馈信号508。
图5B示出用于提供图5A中的监测信号与数据信号之间的比较的 备选配置。备选配置可提供与其它各备选配置相似或等效的性能。图5A的 比较配置在552示出。在554，数据信号的缩放移动到下列之一：在556之 前、数据信号的低通滤波558，在560之后、数据信号的低通滤波558，但 是在到减法器564的分支562之前，以及在到减法器564的分支562上。在566，监测信号568的滤波形式以及数据信号的缩放和滤波形式经过混合 并且然后提供给减法器572。
图6是光学调制反馈电路的框图，示出减法器电路的示例细节。 激光器二极管驱动器602基于数据输入信号606和光学调制幅度电流反馈 信号608来生成驱动器信号604。将驱动器信号604传送给激光器二极管 610供数据传输。监测光电二极管612充当光学检测器，其生成监测电流信 号614(图7中在704所示的示例波形)，监测电流信号614与由激光器二极 管610所生成的光量成比例，服从有限带宽ωMAX。减法器616从监测电流 信号614中减去与数据信号606成比例的参考电流618(图7中在702所示 的示例波形)，以生成残余电流617(图7中在706所示的示例波形)。参考电 流618作为逻辑“0”电流620和增量电流622之和来生成，其中参考电流618 的逻辑“1”分量由响应数据信号606的开关624来控制。逻辑“0”电流620 和逻辑“1”电流可选择成使得当激光器二极管612以所需OMA进行传送时， 残余电流617的低频分量将为零。
将残余电流617传送给跨阻抗放大器626，以将残余电流617转 换成残余电压628。残余电压628和数据信号606在630、631例如按照或 者低于监测光电二极管612的实际或估计带宽来经过低通滤波和AC耦合 (图7中分别以712、708所示的示例波形)。在632，将经滤波的残余信号 和经滤波的数据信号相乘(图7中在714所示的示例波形)，而乘法(multiplication)的DC分量或平均数由积分器634来检测，以生成调制控 制反馈信号608，其被传送给激光器二极管驱动器602。
图7和图8示出在图6的配置中的特定点的示例数据信号的多个 图表。图7中，发射器的OMA低于指标，并且应当相应地增加。在702 的图表表示IREF信号，其被生成并且与数据信号成比例。IMON0和IMON1幅值 选择成使得当光学传输装置工作在所需OMA时，IRESIDUE信号的低频分量 将为零。在704的图表指示由监测光电二极管所生成的监测电流信号，以 及在706的图表表示通过从IMPD中减去IREF所生成的IRESIDUE信号。在708、 710和712的图表分别表示IREF、IMPD和IRESIDUE的低通滤波形式。在714， 经滤波的数据信号(例如IREF的电压形式)与经滤波的残余信号(例如，IRESIDUE的电压形式)相乘，以生成VMULT信号，其用来生成调制控制反馈信号。因 为VMULT信号平均大于零，所以指示激光器二极管驱动器经由数据信号成 比例地升高OMA。
图8中，发射器的OMA高于指标，并且应当相应地减小。在802 的图表表示IREF信号，其被生成并且与数据信号成比例。在804的图表指 示由监测光电二极管所生成的监测电流信号，以及在806的图表表示通过 从IMPD中减去IREF所生成的IRESIDUE信号。在808、810和812的图表分别 表示IREF、IMPD和IRESIDUE的低通滤波形式。在814，经滤波的数据信号(例 如IREF的电压形式)与经滤波的残余信号(例如，IRESIDUE的电压形式)相乘， 以生成VMULT信号，其用来生成调制控制反馈信号。因为VMULT信号平均 小于零，所以指示激光器二极管驱动器经由数据信号成比例地降低OMA。
在一些实现中，期望还将平均功率控制(APC)反馈结合到光学发 射器中。图9是包括平均功率控制的光学调制反馈电路的示例的框图。激 光器二极管驱动器902基于数据输入信号906、光学调制幅度电流反馈信号 908和偏置电流控制信号910来生成驱动器信号904。将驱动器信号904传 送给激光器二极管912供数据传输。监测光电二极管914充当光学检测器， 其生成监测电流信号916，监测信号916与由激光器二极管912所生成的光 量成比例。减法器918从监测电流信号916中减去与数据信号906成比例 的参考电流920，以生成残余电流922。
将残余电流922传送给跨阻抗放大器924，以将残余电流922转 换成残余电压926。跨阻抗放大器924可对来自IRESIDUE信号的DC分量进 行滤波，并且将DC分量提供给控制环928。APC控制环928基于IRESIDUE信号的DC分量来生成偏置电流控制信号910，以将监测电流信号的DC分 量强制为所需电平。残余电压926和数据信号906例如按照或者低于监测 光电二极管914的实际或估计带宽、在930、931经过低通滤波。在932， 经滤波的残余信号和经滤波的数据信号被相乘或相关，并且传送给积分器 934，以生成调制控制反馈信号908，其被传送给激光器二极管驱动器902。
在一些情况下，例如当输入数据对具有快速重复率的重复短序列 相对静态时，数据信号的低频分量可能不足以识别发射器OMA与所需 OMA的偏差。为了确保数据信号的充分低频分量，占空比调制器可结合到 光学发射器中。图10示出包括占空比调制器的光学发射器。激光器二极管 驱动器1002基于调制电流控制信号1006、偏置电流控制信号1008和具有 占空比(其由占空比调制器1012按照低频测试信号1014来调制)的数据输入 信号1010来传送驱动器信号1004，其中通过按照低频测量信号1014(例如 伪随机位序列)差分地延迟数据信号的上升和下降沿来产生数据信号1010。 由占空比调制器1012所引入的占空比失真量可受到限制，例如对光学链路 的总抖动具有不利影响。
将占空比调制数据信号1010和来自光学调制器1016的监测信号 提供给减法器1018、跨阻抗放大器1020、滤波器1021和1022、乘法器1024 以及积分器1026和1028，以生成调制电流控制信号1006和偏置电流控制 信号1008。在没有占空比调制器1012的实现可因输入数据信号1010的小 低频分量而努力识别OMA差错的情况下，图10的配置能够提供强OMA 控制，而不管重复数据的长周期(例如，空闲模式，例如10101010…)。
占空比调制可基于输入数据信号的监测有选择地激活。例如，当 观测到数据信号为静态(例如重复空闲模式)时，可激活占空比调制，以便强 调数据信号的低频分量。当数据信号为动态以使得低频分量是单独基于数 据信号波形为充分时，占空比调制能够禁用(disable)。
图11是示出执行包括占空比调制的光学调制幅度反馈控制的方 法的流程图。在1102，所接收数据信号的占空比改变成增加数据信号的低 频分量。在1104，从光学检测器接收监测信号，其与由光学传输装置(其基 于由调制数据信号进行传送)所生成的光量成比例。在1106，从监测信号中 减去与调制数据信号成比例的信号，以生成残余信号。在1108，残余信号 和调制数据信号其中之一或两者经过低通滤波，以及在1110，(经滤波的)残余信号和数据信号被相关或相乘，以在1112生成调制电流控制信号。
先前配置是示范性的，以及本公开的范围包含以上没有显式描述 的附加变化。例如，图12示出包括电路信号的附加滤波的示例光学发射器 配置。在图12的示例中，滤波器F11202和F21204的上截止频率选择成 低于监测光电二极管1206信号至能够由监测光电二极管1206准确检测的 频率范围。在1202、1204设置过高截止频率能够减小监测信号1208的视 在幅度，因为在1210的比较包括由监测光电二极管1206来衰减的一些频 率分量。这个视在衰减可通过在接近监测光电二极管1206带宽极限的频率 增加监测光电二极管信号1208的相移来加剧，从而降低数据信号与监测光 电二极管信号1208的同相分量之间的相关性(correlation)。
在减法之前对参考信号IREF1212进行滤波能够改进相关性确定。 低通滤波器F31214在某个程度上补偿监测光电二极管1206的限制带宽。 滤波器F41216将匹配相移引入数据信号，其由包括乘法器1210和积分器 1218的相关器来使用。当F31214匹配监测光电二极管1206的频率响应时， IRESIDUE则将在OMA处于指标上时为零。虽然监测光电二极管1206带宽通 常不是极准确已知的，但是滤波器F31214和F41216的包含允许系统容许 监测光电二极管1206带宽的较宽范围，同时保持幅度控制的精度。
例如，如果监测光电二极管1206带宽高于F31212带宽，则监测 光电二极管信号1208的幅度将在接近F31214带宽的频率超过参考信号。 这可能预计使系统过高估计电流OMA。但是，在这类频率，由于滤波器F3 1212所引入的增加相移，还存在监测信号1208与参考信号1212之间的增 加相位差。这再次降低(类似滤波的)数据信号与监测光电二极管信号1208 的同相分量之间的相关性。因此，相位差趋向于在某个程度上补偿幅度差。 这与其它情况(其中相位差可加强幅度差)形成对照。
因此，F31214能够相当进取地设置，以补偿低监测光电二极管 1206带宽，而在若监测光电二极管1206带宽比预计要高时没有显著影响精 度。对于F11202和F21204(其设置幅度比较的带宽)的给定带宽，系统能 够容许监测光电二极管1206带宽的宽许多的范围；和/或对于监测光电二极 管1206带宽的给定下限，F11202和F21204的带宽能够增加，从而允许对 较宽频带进行幅度比较。后者允许数据信号能量的大许多比例用于比较中。 这降低对噪声和偏移的灵敏度，并且允许OMA差错的检测对短许多的时间 窗口进行。这对于突发模式光学驱动器可以是有用的，其中数据可在短突 发中传送。
作为另一个示例，图13是示出备选数据信号占空比调制配置的 框图。占空比调制器1302改变输入数据信号的占空比，以生成调制输入数 据信号1304，其被传送给激光器二极管驱动器1306。与先前所述示例不同， 不是向乘法器/混合器1312提供数据信号1304，而是将低频测试信号1314 作为输入来提供给1312。在数据信号1304的低频分量的大部分通过占空比 调制来提供的情况下，低频测试信号1314的直接使用能够提供改进的OMA 控制。图14示出示例低频测试信号1402以及该测试信号对数据信号1404 的效果。
作为又一示例，图15示出混合架构。混合架构组合上文所述的 某些特征。在图15的示例中，将VDAA_FILT1502和VLFTS1504提供给 相关器1506。图15的架构可提供质量OMA控制，其与输入数据信号中的 低频内容量无关。
本文所述的某些实施例能够提供对L-I曲线中的非线性度、扭结 和碰撞的优良免疫性，并且可避免对滤波器的详细表征的任何必要性。所 示架构可采用适度或低带宽监测光电二极管来实现，可呈现低功率消耗， 并且可用于具有极高(理论上无限)比特率的系统中。
要注意，光学调制幅度控制系统能够按照多种配置来提供。例如， 光学调制反馈电路能够独立地实现，其包括生成调制控制反馈信号的低频 比较电路。在另一个配置中，光学驱动器集成电路能够包括光学驱动器和 低频比较电路。在另一配置中，光学模块能够包括光学驱动器、激光器二 极管、光学检测器和低频比较电路。另外，某些元件可使用数字组件来代 替本文所述的模拟形式。
参照具体示范实施例描述了本发明。然而，本领域的技术人员非 常清楚，能够按照不同于上述示范实施例的具体形式来实现本发明。例如， 图16是示出另一个示例配置的框图，示出包括数字控制器的光学调制反馈 系统。激光器二极管驱动器1602基于调制电流控制信号1606、偏置电流控 制信号1608和具有占空比(其由占空比调制器1612按照低频测试信号1614 来调制)的数据输入信号1610来传送驱动器信号1604，其中通过按照低频 测量信号1614(例如伪随机位序列)差分地延迟数据信号的上升和下降沿来 产生数据信号1610。控制输入1606、1608、1610可采取多种形式。在一个 示例中，偏置电流控制信号1608表示逻辑0电平的传输期间的激光器电流。 在使用这种定义时，平均激光器电流将为IBIAS+IMOD/2(假定数据信号的 50％平均占空比)。在这种配置中，平均光功率输出受到IBIAS和IMOD影响， 其可能引起平均功率控制与OMA控制环之间的不希望干扰。为了解决这个 潜在问题，在一些配置中，IBIAS定义为激光器逻辑0和逻辑1驱动电流的 平均数。在这种实现中，激光器驱动器1602能够配置成使用下式来计算逻 辑0驱动电流：逻辑0激光器驱动电流＝IBIAS-IMOD/2。在这种实现中， 由OMA控制环对IMOD的变更对平均光功率没有作用，从而允许平均光控 制环和OMA控制环单独操作。
占空比调制数据信号1610用来控制开关1616，其促进从监测光 电二极管1618(其监测驱动器信号1604所驱动的激光器二极管的输出)所输 出的监测信号中减去与数据信号1610成比例的信号。减法生成下游使用的 残余信号1622。跨阻抗放大器1624将残余信号1622从电流转换成电压， 其中电压的DC分量使用APC积分器1646来提取，DC分量用于保持所需 平均功率。残余信号1622然后1626的低通或带通滤波器来滤波，例如以 便去除残余信号1622的高频和DC分量，以生成经滤波的残余信号1628 供比较。将经滤波的残余信号与在1630、与图15的后置滤波器F2相反的 前置滤波器F2使用占空比调制数据信号1610和低频测试信号1614来混合 的信号进行比较。那两个信号1610、1614在1630(例如经由加权混合)来求 和，并且提供给1632的低通或带通滤波器(其可匹配1626的滤波器)，以生 成经滤波的混合信号1634。在一些实现中，残余信号1622以及来自1630 的混合器的信号可提供给完全相同数量的滤波器1626、1632，尝试保持从 那些滤波器1626、1632所输出的信号1628、1634之间的相位，因为信号 的各滤波可引起对已滤波信号的相移。通过由完全相同的n个滤波器对两 种信号进行滤波，可最好地保持1628、1634的相位。在1636，例如通过将 两个信号1628、1634相乘来比较信号1628、1634，以便检测两个信号之间 的相关性或者逆相关性，其产生乘法结果中的正或负平均数，以及在1638 对该比较的结果求积分。
数字控制器1640在图16的示例中用于生成调制电流控制信号 1606和偏置电流控制信号1608中。在图16的示例中，数字控制器1640基 于分别来自比较器1642、1644的输入来提供调制电流控制信号1606和偏 置电流控制信号1608，其中比较器1642接收来自OMA控制积分器1638 的输入，以及比较器1644接收来自APC积分器1646的输入，以便检测各 积分结果的符号(即，对积分器的输入具有正还是负平均值)。
图17是示出数字控制器的示例输入和输出的特定的框图。数字 控制器1702提供作为对激光器二极管驱动器的输出的调制电流控制信号 1704和偏置电流控制信号1706，其受到在1708、1710的相应数模转换。 数字控制器1702基于从反馈环路所接收的那些输出和输入的先前状态来提 供这些输出1704、1706。例如，相对OMA控制反馈环路，将监测信号的 低频分量和数据信号的低频分量相乘(例如在图16的1636)，并且在1712 对乘法结果求积分。在1712的该积分的结果提供给比较器1714，其确定积 分结果为正还是负。来自比较器1714的二进制上或下反馈信号1716由数 字控制器1702用来将调制电流控制信号1704从其电流电平向上或向下调 整。
在操作中，数字控制器1702和OMA环路积分器1712响应时钟 信号1718。时钟信号1718在光学发射器为激活时、例如在传输期间提供给 数字控制器1702和积分器1712。基于例如在每一个时钟周期结束时来自时 钟信号1718的脉冲，数字控制器1702对来自OMA环路比较1714的反馈 信号1716进行取样。基于取样反馈信号，数字控制器1702基于反馈信号1716的电平来确定将调制电流控制信号1704向上还是向下调整一个或多个 电平。OMA环路积分器1712还接收时钟信号1718，并且基于时钟脉冲的 接收、例如每次接收时钟脉冲时重置。积分器1712可在相对时钟信号1718 周期的短周期保持在零值，以便允许对激光器二极管驱动器的先前调整的 效果经过系统传播。在积分器1712通过时钟信号1718来重置的这种配置 中，OMA环路积分器1712对单个时钟周期监测低频比较，以确定该比较 总体为正还是为负。将该积分结果提供给OMA环路比较器1714，其沿OMA 环路反馈通路1716提供信号(例如二进制上或下信号或者上或下信号加上 调整幅值)，从而指示数字控制器关于如何调整调制电流控制信号1704。
除了如上所述促进调制电流控制信号1704的数字调整之外，时 钟信号1718结合数字控制器1702的使用能够在数据传输是非毗连的实现 中提供有益效果。在许多非毗连数据传输方案、例如以突发传送数据的异 步方案中，某些信号生成参数必须对各突发显著地重新调整，尝试满足信 道和其它系统特性。图17的数字控制器1702能够配置成在光学发射器为 非激活时保留输出信号1704、1706的最后状态，如休眠时钟信号1718所 指示。当重新激活时钟信号1718时，例如在将突发启用信号1720提供给 时钟发生器1722时，数字控制器1702输出最后已知的状态作为起始输出 1704、1706。如果突发之间的时间周期较短，并且如果工作条件自上一个 突发传输以来没有显著改变，则由数字控制器1702所提供的最后已知状态 可能接近对激光器二极管驱动器的所需输入。在对激活时钟信号1718的操 作期间，这些输出值1704、1706将例如经由OMA环路反馈信号1716进一 步调整。在一些配置中，当突发长度比时钟信号1718的时钟周期要短时， 时钟事件(例如脉冲)则可在突发结束时生成，以确保每个突发始终存在至少 一个时钟周期，以允许对输出1704、1706的调整。
偏置电流控制信号1706能够按照与调制电流控制信号1704相似 的方式来控制。残余信号(例如来自图16中的跨阻抗放大器1624)的DC分量通过在 1724的积分来检测，而积分结果提供给比较器1726，其确定积分结果为正还是为负， 并且向数字控制器1702提供二进制上或下反馈信号1728。数字控制器1702基于时 钟信号1718对平均功率控制反馈信号1728进行取样，并且基于所接收信 号1728将偏置电流控制信号1706从其电流状态向上或向下调整。在一些 配置中，平均功率控制积分器1724基于时钟信号1718、例如基于各相位来 重置，使得平均功率控制反馈信号1728基于自上一个时钟周期以来的残余 信号的DC分量。
又参照图16，如上所述，通过从监测光电二极管1618所生成的 监测电流中减去参考电流1648，来生成残余电流1622。参考电流1648由 开关1616基于调制数据信号1610来控制，其中参考电流1648表示所传送 的数据信号1610。在图16的示例的操作中，参考电流1648在逻辑0被传 送时设置在IMON0电平，而当逻辑1被传送时设置在IMON0+(IMON1-IMON0)＝IMON1电平。在一些实现中，IMON0和IMON1电平基于所接收的所需平均功率 和所接收的所需光学调制幅度(例如来自用户界面数据条目或者来自计算机 可读介质)来设置。但是，在其它实现中，可能更期望而是基于所需平均功 率和所需消光比(即，P1/P0：逻辑1光功率级与逻辑0光功率级的比率)来设 置系统中的值、例如IMON0和IMON1，因为在一些情况下，消光比可比光学 调制幅度更为直观或者通常引用。假定监测光电二极管线性地响应光功率， 则IMON1/IMON0＝P1/P0＝消光比。
在一个实现中，提供一种用户界面，其接受光学传输装置的所需 消光比和所需平均功率。在这种实现中，表示数据信号的参考电流1648在 数据信号表示逻辑0值时处于第一电平IMON0，而参考电流1648在数据信 号表示逻辑1值时处于第二电平IMON1。第一电平IMON0按照下式确定：
IMON0＝2*IAVE/(ER+1)，
其中，IMON0是第一电流电平，IAVE是基于所接收的所需平均功率(例如 将要由APC环路所针对、以便实现激光器二极管1620的所需平均光功率 输出的平均监测光电二极管1618的电流；假定数据信号的50％平均占空比 IAVE＝(IMON1–IMON0)/2)的电流，以及ER是所接收的所需消光比。
第二电平IMON1进一步按照下式确定：
(IMON1–IMON0)＝2*IAVE*(ER–1)/(ER+1)，
其中，(IMON1–IMON0)是第一与第二电流电平之间的差。光学传输装置 的所接收的所需平均功率和所接收的所需消光比可来自多种源，例如来自 计算机存储器或者来自用户界面。在一个示例中，用户界面接受所需消光 比和光传输装置的所需平均功率作为输入，但是不接受所需光学调制幅度 的值。
图16所示的IMON0电流和(IMON1–IMON0)能够经由多种机制来生 成。图18是示出用于生成IMON0和(IMON1–IMON0)的示例机制的简图。图 18中，2×IAVE的初始电流例如由数模转换器在用户控制下、基于所需平 均功率来生成。待接通的多个开关基于所需消光比来确定。在一个示例中， 所接通的开关的数量等于n-1，其中n是目标消光比。如果所有所示栅极连接PMOS晶体管装置是等效的，并且(n-1)个开关接通，则电流在总共(n+1) 个晶体管装置之间均等共享。因此，IMON0生成为具有2×IAVE/(n+1)的单 晶体管装置中的电流，并且IMON1–IMON0＝IMON0*(n–1)＝2*IAVE*(n–1)/ (n+1)。
OMA控制方案可通过监测所传送信号的低频分量来控制光学幅 度，如本文所述。假定光学发射器具有平坦频率响应，这种控制充分表示 数据信号的全带宽的幅度。如果频率响应不是平坦的，则在目标OMA或目 标消光比与采用高带宽设备所测量时的实际值之间可存在某种偏移。这种 偏移能够通过微调控制来补偿，其中微调控制调整IMON0和IMON1电流的值。 例如，(IMON1–IMON0)的值能够按照微调控制设定与缩放因子(例如，大于或 小于1的缩放因子)相乘，以及IMON0的值能够相应地调整，以使IMON1和IMON0的平均数保持恒定。这种控制能够改变IREF信号的AC分量的幅度，同时保 持相同的DC分量，使得IAVE并且因此平均光功率输出未受影响。在一个 示例中，调整电流能够按照下式、基于缩放因子m来确定：
IMON0,ADJ＝IMON0–0.5(m–1)(IMON1–IMON0)，
其中，IMON0,ADJ是经调整的第一电平，IMON0是预调整第一电平，以及 (IMON1–IMON0)是第一与第二电平之间的预调整差；以及
(IMON1–IMON0)ADJ＝m(IMON1–IMON0)，
其中，(IMON1–IMON0)ADJ是第一与第二电平之间的调整差。
所述的实施例只是说明性的，而不应当被理解为限制性的。本发 明的范围要权利要求书、而不是以上描述中反映，并且落入本权利要求书 的范围之内的所有变更和等效方案均预计包含在其中。例如，系统和方法 可将经由网络(例如局域网、广域网、因特网、它们的组合等)所传送的数据 信号、光纤介质、调制载波、无线网络等用于与一个或多个数据处理装置 的通信。数据信号能够携带提供给装置或者从装置提供的、本文所公开数 据的任一个或全部。
应当理解，如本文的描述中或者以下权利要求书中通篇所使用， “一”、“一个”和“该”的含意包括复数引用，除非上下文另加明确说明。另外， 如本文的描述中和以下权利要求中通篇所使用，“…中”的含意包括“…中” 和“…上”，除非上下文另加明确说明。另外，术语“每个”的使用不一定表示 “每一个”，除非上下文另加明确说明。最后，如本文的描述中和以下权利要 求书中通篇所使用，“和”以及“或”的含意包括结合的和分离的，并且可以可 互换地使用，除非上下文另加明确说明；词语“排他的或”可用来表示只有分 离含意可适用的情况。

Claims (31)

1.一种低频AC比较电路，包括：
减法器，用于接收由光学检测器所生成的监测信号，所述监测信号与基于由光学驱动器所接收的数据信号进行传送的光学传输装置所生成的光量成比例并且该减法器用于从所述监测信号减去由幅度缩放器产生的与所述数据信号成比例的值以生成残余信号；
低通滤波器，用于产生所述残余信号的低频AC分量，不具有所述残余信号的DC分量并且不具有频率大于所述光学检测器的带宽的所述残余信号的信号分量；
低通滤波器，还用于产生所述数据信号的低频AC分量，不具有所述数据信号的DC分量并且不具有频率大于所述光学检测器的带宽的所述数据信号的信号分量；以及
数字控制器，用于基于通过使所述残余信号的所述低频AC分量和所述数据信号的所述低频AC分量相关联的比较来生成传送给所述光学驱动器的调制电流控制信号。
2.如权利要求1所述的电路，其中，所述数字控制器配置成：
基于所述残余信号的所述低频AC分量和所述数据信号的所述低频AC分量的比较来接收反馈信号；以及
基于所述反馈信号和所述调制电流控制信号的先前状态来生成所述调制电流控制信号。
3.如权利要求2所述的电路，其中，所述反馈信号基于所述残余信号的所述低频AC分量和所述数据信号的所述低频AC分量对单时钟周期的比较。
4.如权利要求3所述的电路，其中，所述反馈信号基于对所述单时钟周期的所述比较的积分。
5.如权利要求4所述的电路，其中，所述反馈信号是表明所述积分为正或负的二进制信号。
6.如权利要求4所述的电路，其中，所述积分由积分器执行，其中所述积分器和所述数字控制器响应时钟信号，并且所述时钟信号在所述光学传输装置为激活时是激活的。
7.如权利要求6所述的的电路，其中，所述积分器基于所述时钟信号的所接收脉冲来重置，以及所述数字控制器基于所述时钟信号的所接收脉冲对所述反馈信号进行取样。
8.如权利要求6所述的电路，其中，所述数字控制器在所述光学传输由非激活时钟信号所指示为非激活时保留所述调制电流控制信号的先前状态。
9.如权利要求2所述的电路，其中，所述数字控制器配置成生成所述调制电流控制信号的数字形式，并且将所述数字形式转换成所述调制电流控制信号的模拟形式。
10.如权利要求2所述的电路，其中，所述数字控制器还配置成：
基于所述残余信号的DC分量来接收平均功率反馈信号；以及
基于所述平均功率反馈信号和偏置电流控制信号的先前状态来生成传送给所述光学驱动器的偏置电流控制信号。
11.如权利要求10所述的电路，其中，所述偏置电流控制信号表示逻辑0驱动电流和逻辑1驱动电流的所需平均。
12.如权利要求10所述的电路，其中，所述偏置电流控制信号基于所述残余信号的所述DC分量对单时钟周期的监测；
所述平均功率反馈信号基于对所述单时钟周期的积分，其基于所述残余信号的所述DC分量；以及
其中所述所述平均功率反馈信号是表明所述积分为正或负的二进制信号。
13.如权利要求1所述的电路，其中，所述数据信号的所述低频AC分量的带宽低于所述光学检测器的带宽。
14.如权利要求1所述的电路，其中，表示所述数据信号的所述信号基于所接收的所需消光比和所述光学传输装置的所接收的所需平均功率。
15.如权利要求14所述的电路，其中，表示所述数据信号的所述信号在所述数据信号表示0值时处于第一电流电平，而表示所述数据信号的所述信号在所述数据信号表示1值时处于第二电流电平。
16.如权利要求15所述的电路，其中，所述所需平均功率和所述所需消光比从存储器或者经由计算机用户界面来接收。
17.如权利要求16所述的电路，其中，所述计算机用户界面不接受所需光学调制幅度的值。
18.如权利要求16或17所述的电路，其中，所述第一电流电平是按照下式所确定的第一电流电平：
IMON0＝2*IAVE/(ER+1)，
其中，IMON0是第一电流电平，IMON1是第二电流电平，IAVE是基于所述所接收的所需平均功率的电流，以及ER是所述所接收的所需消光比；
其中，所述第二电流电平是按照下式所确定的第二电流电平：
(IMON1–IMON0)＝2*IAVE*(ER–1)/(ER+1)，
其中，(IMON1–IMON0)是所述第一与第二电流电平之间的差。
19.如权利要求18所述的电路，其中所述第一电流电平和所述第二电流电平使用多个栅极连接晶体管来生成，其中所述晶体管的一部分由单独开关来控制。
20.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一电流电平按照下式来调整：
IMON0,ADJ＝IMON0–0.5(m–1)(IMON1–IMON0)，
其中，IMON0,ADJ是经调整的第一电流电平，IMON0是调整前的第一电流电平，IMON1是调整前的第二电流电平，以及(IMON1–IMON0)是调整前的所述第一与第二电流电平之间的调整差；
其中所述第二电流电平按照下式来调整：
(IMON1–IMON0)ADJ＝m(IMON1–IMON0)，
其中，(IMON1–IMON0)ADJ是所述第一与第二电流电平之间的所述调整差。
21.如权利要求1所述的电路，其中，所述电路还配置成从所述监测信号中减去与所述数据信号成比例的信号，以生成残余信号，其中所述调制电流控制信号基于所述残余信号和所述数据信号的相关性来生成。
22.如权利要求21所述的电路，其中，所述电路还配置成在生成所述调制电流控制信号之前向低通滤波器提供所述残余信号和所述数据信号其中之一或两者。
23.如权利要求21所述的电路，其中，当实现所述光学传输装置的所需光学调制幅度时，所述残余信号的低频AC分量为零。
24.如权利要求21所述的电路，还包括积分器或低通滤波器，其中所述积分器或低通滤波器配置成接收所述残余信号和所述数据信号的相关性，并且生成所述调制电流控制信号。
25.如权利要求1所述的电路，还包括配置成基于所述残余信号的DC分量来将平均功率控制信号传送给所述光学驱动器的平均功率控制电路。
26.如权利要求1所述的电路，其中，所述光学传输装置是LED、激光器二极管或VCSEL。
27.如权利要求1所述的电路，其中，将所述调制电流控制信号传送给所述光学驱动器，以调整所述光学驱动器的调制幅度。
28.如权利要求1所述的电路，其中，所述数据信号的占空比按照低频AC测试信号动态改变，以将附加低频AC内容引入所述数据信号中。
29.如权利要求28所述的电路，其中，所述数据信号与所述低频AC测试信号混合，以生成混合相关信号；
其中所述比较电路配置成从所述监测信号中减去与所述数据信号成比例的信号，以生成残余信号；以及
所述调制电流控制信号基于所述残余信号和所述混合相关信号的相关性来生成。
30.如权利要求29所述的电路，其中，将所述残余信号传送给滤波器，以生成经滤波的残余信号；
其中将所述混合相关信号传送给相同的滤波器，以生成经滤波的混合相关信号；
所述调制电流控制信号基于所述经滤波的残余信号和所述经滤波的混合相关信号的相关性来生成。
31.一种光学模块，包括：
光学驱动器，配置成基于所接收数据信号来输出驱动器信号，其中所述驱动器信号的调制幅度按照所接收调制电流控制信号来控制；
激光器二极管，配置成基于所述驱动器信号来传送光；
光学检测器，配置成生成与由光学传输装置所生成的光量成比例的监测信号；以及
低频AC比较电路，包括配置成执行下列步骤的电路：
减法器，用于接收光学检测器所生成的所述监测信号；以及从所述监测信号减去由幅度缩放器产生的与所述数据信号成比例的值以产生残余信号；
低通滤波器，用于产生所述残余信号的低频AC分量，其不具有所述残余信号的DC分量并且不具有频率大于所述光学检测器的带宽的所述残余信号的信号分量；
低通滤波器，还用于产生所述数据信号的低频AC分量，其不具有所述数据信号的DC分量并且不具有频率大于所述光学检测器的带宽的所述数据信号的信号分量；以及
数字控制器，用于基于通过使所述残余信号的所述低频AC分量和所述数据信号的所述低频AC分量相关联的比较来生成传送给所述光学驱动器的所述调制电流控制信号。
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