CN105659132A - 用于光学传输高速数据和低速数据的方法、电路和光缆组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开用于在光纤链路上同时传输低速光学数据和高速光学数据的方法、电路和有源光缆组件。在一个实施方式中,一种光学通信方法包括:对激光器进行控制,使得所述激光器的输出以第一比特速率来传输高速光学数据;以及对所述激光器的所述输出的振幅进行调制,使得所述激光器将低速光学数据以第二比特速率与所述高速光学数据同时传输。在另一实施方式中,一种用于提供光学通信的电路包括激光器和激光器驱动器电路,所述激光器驱动器电路数字调制所述激光器的输出,以便以第一比特速率来传输高速光学数据。所述电路还进一步包括振幅调制电路,所述振幅调制电路调制所述激光器的振幅,以将低速光学数据以第二比特速率与所述高速光学数据同时传输。
Description
优先权申请案
本申请案根据35U.S.C.§119要求2013年9月13日提交的美国临时申请案序列号61/877,546的优先权权益,所述申请案的内容是本申请案的基础并以全文引用方式并入本文。
背景
技术领域
本公开案总体涉及光学通信,并且更具体地,涉及用于同时光学传输高速数据和低速数据的方法、电路和有源光缆组件。
背景技术
光纤益处包括极宽带宽以及低噪声的操作。由于这些优点,光纤正越来越多地用于各种应用,包括但不限于宽带语音、视频和数据传输。另外,光缆组件可以用于消费电子产品应用以在电子装置之间传递数据。
一些数据传输接口需要将低速数据(例如,遥测数据)与高速数据(例如,高达10Gb/s以及更高)同时传输。然而,另外低速数据需要另外传输介质,诸如铜导体或另外光纤。另外传输介质可以增加光缆直径,并且在铜导体情况下,需要使得光缆末端之间DC隔离,并且由于电磁干扰因素而提出了另外屏蔽要求。用于低速传输的另外光纤会增加光缆成本。
概述
实施方式涉及在不需要另外光纤或庞大的电导体的情况下、高速数据和低速数据在一个或多个光纤上的同时传输。更具体地,实施方式通过在调制激光器的振幅以便传输低速光学数据的同时数字调制所述激光器来传输高速光学数据,使得带外信号能够在光纤上进行传输。因此,实施方式以方便载送通常在多个铜线对或铜线对与光纤组合上传送的信号的方式将额外数字低速信令路径加入现有高速纤维光学链路。
在一个实施方式中,一种光学通信方法包括:对激光器进行控制,使得所述激光器的输出以第一比特速率来传输高速光学数据;以及对所述激光器的所述输出的振幅进行调制,使得所述激光器将低速光学数据以第二比特速率与所述高速光学数据同时传输。所述第一比特速率高于所述第二比特速率。
在另一实施方式中,一种用于提供光学通信的电路包括激光器和激光器驱动器电路,所述激光器驱动器电路数字调制所述激光器的输出,以便以第一比特速率来传输高速光学数据。所述电路还进一步包括振幅调制电路,所述振幅调制电路调制所述激光器的振幅,以将低速光学数据以第二比特速率与所述高速光学数据同时传输。所述第一比特速率高于所述第二比特速率。
在又一实施方式中,一种有源光缆组件包括:光纤,所述光纤具有第一末端;第一电连接器,所述第一电连接器处于所述光纤的所述第一末端上;以及激光器,所述激光器在所述第一电连接器内。所述有源光缆组件还进一步包括处于所述第一电连接器内的激光器驱动器电路,所述激光器驱动器电路数字调制所述激光器的输出,以便根据所述第一电连接器处接收的高速数据流以第一比特速率在所述光纤上传输高速光学数据。所述有源光缆组件另外包括处于所述第一电连接器内的振幅调制电路,所述振幅调制电路调制所述激光器的振幅,以便根据所述第一电连接器处接收的低速数据流以第二比特速率在所述光纤上将低速光学数据与所述高速光学数据同时传输。所述第一比特速率高于所述第二比特速率。
另外的特征和优点将会在以下详述中阐述,并且部分将对本领域的技术人员而言从说明书显而易见,或通过实践如本文(包括以下详述、权利要求书和附图)中描述的实施方式来认识到。
应当理解,以上概述以及以下详述仅是示例性的,并且旨在提供用来理解权利要求书的性质和特征的概述或框架。附图被包括来提供进一步的理解,并且并入本说明书中而构成本说明书的一部分。附图示出实施方式,并与描述一起用于解释各种实施方式的原理和操作。
附图被包括来提供进一步的理解,并且并入本说明书中而构成本说明书的一部分。附图示出一或多个实施方式,并与描述一起用于解释各种实施方式的原理和操作。
附图简述
图1描绘根据本文中描述和示出的一或多个实施方式的示例有源光缆组件;
图2示意性地描绘根据本文中描述和示出的一或多个实施方式的用于同时光学传输高速光学数据和低速光学数据的示例有源光缆组件的内部部件;
图3以图形来描绘根据本文中描述和示出的一或多个实施方式的激光器的示例输出,其中所述输出被数字调制来用于高速光学数据传输,并且振幅被调制来用于低速光学数据传输;
图4以图形来描绘根据本文中描述和示出的一或多个实施方式的根据施加至激光器的不同激光器驱动器电流的激光器二极管传递函数;
图5A至图5D示意性地描绘根据本文中描述和示出的一或多个实施方式的用于同时对激光器进行数字调制和振幅调制以传输高速光学数据和低速光学数据的示例电路的四个操作状态;
图6示意性地描绘根据本文中描述和示出的一或多个实施方式的用于从激光器传输的光学信号产生高速电数据和低速电数据的示例接收器电路和示例振幅检测电路;以及
图7以图形来描绘图6中示出的振幅检测电路所产生的示例的电信号,其中所述示例的电信号包括对应于激光器的振幅调制的低速数据。
详述
本公开案的实施方式涉及用于在一或多个光纤上同时传输高速数据和低速数据的方法、电路和有源光缆组件。本文中描述的实施方式能够在不需要另外光纤或庞大的电导体的情况下进行高速数据和低速数据的传输。更具体地,实施方式通过在调制激光器的振幅以便传输低速控制数据的同时数字调制所述激光器来传输高速数据,使得带外控制信号能够在光纤上进行传输。因此,实施方式以方便载送通常在多个铜线对或铜线对与光纤组合上传送的信号的方式将额外数字低速信令路径加入现有高速纤维光学链路。
传统激光器收发器数字调制激光器的输出的功率,以便对光纤上的1和0进行编码。以二进制方式在纤维光学链路的接收端处接收光学功率,使得将超过平均功率的任何功率视为逻辑“1”,并且将低于平均功率的任何功率视为逻辑“0”。典型激光器驱动器利用两个电流源。第一电流源为固定的电流源,其将激光器偏置到操作区域,从而使激光器提供期望平均功率。第二电流源是可切换电流源。当第二电流源切换成添加至第一电流源时,激光器的所得增强光学功率就会产生逻辑1。当第二电流源切换成从第一电流源去除时,所得降低光学功率就会产生逻辑0。
在本文中描述的实施方式中,第二电流源的电流值被配置成随时间而缓慢改变,使得较大摆幅1和0可与较小摆幅1和0进行区分。激光器输出振幅的摆幅大小的变化用来对低速数据进行编码。对激光器输出振幅的这种调制随后可以在光纤链路的接收端处加以接收,并转换成实质与所接收的光学信号摆幅成比例的电信号。所得到的低速电数据信号随后可由任何技术加以处理来对低速数据解码。
本文中公开的技术可实施于低速数据(例如,低速遥测数据)与高速数据传递结合使用的任何光学通信系统。尽管本文是在有源光缆组件的上下文中描述实施方式,但是实施方式不限于此。举例来说并且并非限制性,本文中描述的技术可用于路由器装置,以便在不需要另外光纤或电导体的情况下、在纤维光学链路上将低速遥测数据和高速数据同时传输。
下文详细描述用于在光纤上传输高速光学数据和低速光学数据的方法、电路和有源光缆组件的各种实施方式。
现在参考图1,示出示例有源光缆组件100。有源光缆组件100一般包括第一连接器组件110(例如,用于连接至主机装置的主机连接器组件)、具有第一末端和第二末端的纤维光缆102以及第二连接器组件150(例如,用于连接至客户端装置的客户端连接器)。第一连接器组件110包括第一连接器主体112以及从第一连接器主体112的正面延伸的第一电连接器114。类似地,第二连接器组件150包括第二连接器主体152以及从第二连接器主体152的正面延伸的第二电连接器154。第一连接器组件110和第二连接器组件150通过纤维光缆102彼此耦接,所述纤维光缆102可以包括围绕一或多个光纤的外部护套部分(图1中未示出)。
有源光缆组件100可配置为单向电缆(即使用一个末端处的传输电路和相反末端处的接收器电路,在有源光缆组件的一个方向上传输光学信号)或双向电缆(即使用有源光缆组件的两个末端处的传输电路和接收器电路,在有源光缆组件的两个方向上传输光学信号)。
电光电路是用于将电信号(例如,从主机或客户端装置接收的电信号)转换成光学信号的电路。电光电路可以包括但不限于激光器(或其他发光装置)和激光器驱动器电路。光电电路是用于将光纤上接收的光学信号转换成电信号的电路。光电电路可以包括但不限于光电二极管和跨阻抗放大器。收发器电路是配置来传输和接收光学信号(例如,用于双向通信)的电路。
第一连接器主体112和第二连接器主体152可以包封一或多个光电电路、一或多个电光电路或者光电电路和电光电路的任何组合,这取决于需要多少信道以及期望的定向性(例如,单向或双向)。应当注意,尽管本文出于简洁目的在单向纤维链路的上下文中描述实施方式,但是实施方式不限于此。双向有源光缆组件通过如下方式轻易构造:使用两个或两个以上的光纤,从而利用完全相同电路级联在相反方向上驱动一或多个额外光纤。
有源光缆组件100可配置成与同样需要传输低速数据(诸如低速遥测数据或低速控制数据)的高速数据传输协议结合使用。举例来说并且并非限制性,有源光缆组件100可配置为ThunderboltTM有源光缆组件,其配置成根据美国加利福尼亚州圣克拉拉市(SantaClara)的英特尔公司所开发的ThunderboltTM接口光学耦接电子装置。应当理解,本文中描述的实施方式并不限于ThunderboltTM应用。
当前的ThunderboltTM接口允许高达10Gb/s的高速数据传递。ThunderboltTM接口也需要1Mb/s的通信信道,以便允许有源光缆组件100的两侧就使用两个高速信道中的哪一个达成一致,或者以便在暂停模式中管理掉电行为。如上文所陈述的,本文中所描述的方法和电路允许低速数据(例如,低速1Mb/s控制数据)与高速数据(例如,ThunderboltTM接口提供的高达10Gb/s的数据)同时传输,而不需要另外光纤、电导体、屏蔽物或复杂的编码和解码电路。
现在参考图2,示意性地示出示例有源光缆组件100的部件。应当理解,图2中示出的部件可实施于除了有源光缆组件之外的装置中,诸如硬件装置内的通信模块。
第一电连接器114示为电连接至第一电子装置180(例如,主机装置或集线器)的第一电连接器184,所述第一电子装置180可以是任何电子装置。第二电连接器154示为电连接至第二电子装置190(例如,客户端装置或终端装置)的第二电连接器194,所述第二电子装置190也可以是任何电子装置。高速数据分别在第一电子装置180和第二电子装置190的电导体182和192上传输。低速数据分别在第一电子装置180和第二电子装置190的电导体183和193上传输。
第一连接器主体112中包括电路118,所述电路118包括激光器和激光器驱动器电路119以及振幅调制电路121。第二连接器主体152中包括接收器电路160和振幅检测电路161。激光器和接收器电路160通过光纤140光学耦接。第一电子装置180所提供的高速数据经由电导体182以及电连接器184和114而提供给激光器和激光器驱动器电路119。激光器和激光器驱动器电路119中的激光器在光纤140上以第一比特速率来传输高速光学数据。激光器的输出被数字调制以产生高速光学数据。高于阈值(例如,施加至激光器的偏置电流产生的平均光学功率值P平均)的高光学功率值PH提供逻辑1或“高”数字值,而低于阈值的低光学功率值PL提供逻辑0或“低”数字值。
激光器和激光器驱动器电路119中的激光器所传输的高速光学数据经由光纤140来由接收器电路160接收。接收器电路160可以包括光电二极管和跨阻抗放大器,正如下文更详细地描述。接收器电路160将光学信号转换成对应输入电信号,从而将高速光学数据转换成对应高速电数据。然后,经由电连接器154和194以及电导体193将高速电数据提供给第二电子装置190。
如上所述,本公开案的实施方式也会调制激光器输出的振幅,以便在比高速光学数据流的第一比特速率更小的第二比特速率下传输带外低速光学数据流。预编码的低速光学数据在光纤140上发送,而不必以任何方式了解协议。由此,低速光学数据是与协议无关的。仍然参考图2,振幅调制电路121经由电导体183和电连接器184、114从第一电子装置180接收低速电数据。振幅调制电路121根据所接收的低速电数据来调制激光器输出的振幅,以便在光纤140上传输低速光学数据。
振幅检测电路161从接收器电路160接收输入电信号。所述输入电信号具有与激光器所产生的光学信号的调制振幅相对应的调制振幅。输入电信号包括由调制振幅限定的低速电数据成分以及由激光器的数字调制限定的高速电数据成分。振幅检测电路161检测输入电信号的调制振幅,并且可以产生低速电信号,所述低速电信号经由电连接器154、194和电导体193来提供给第二电子装置190。振幅检测电路161形成与激光器输出的调制振幅相对应的数字低速电信号。
因此,存在于电导体183上的低速信息被转换成光纤140上的振幅变化,这些振幅变化随后通过接收器电路160和振幅检测电路161转换回数字信号并且经由电连接器154、194和电导体193来提供给第二电子装置。
图3描绘由图2中描绘的激光器和激光器驱动器电路119以及振幅调制电路121调制的激光器的光学功率的示例图表。图表的纵轴是标准化光学功率,而横轴是时间。纵轴中的标准化光学值并不意在施加任何限制。此外,应当理解,图3中描绘的图表仅仅出于说明性目的。
激光器设有偏置电流IB,使得其发出平均光学功率值P平均。在示出实施方式中,平均光学功率值P平均为2.5个单位。激光器的输出被数字调制以产生高速光学数据,所述高速光学数据示为光学功率的快速且短暂的转变。当驱动电流ID能被添加至偏置电流IB时,激光器的光学功率就会增加至大于平均光学功率值P平均的高光学功率值PH,以便提供逻辑1。当驱动电流ID从偏置电流IB去除时,激光器的光学功率就降低至小于平均光学功率值P平均的低光学功率值PL,以便提供逻辑0。
另外,低速信息通过激光器输出的振幅的低速变化由激光器同时传输。可以通过改变添加至偏置电流偏置电流IB以及从偏置电流偏置电流IB去除的驱动电流ID来调制激光器的输出的振幅。通过增加和降低驱动电流ID的量,激光器输出的振幅得以调制,使得较大摆幅1和0可与较小摆幅1和0进行区分。如图3所示,当施加至激光器的驱动电流ID的量减小时,根据激光器的高速数字调制来输出第一高光学功率值PH1和第一低光学功率值PL1。第一高光学功率值PH1或第一低光学功率值PL1提供低速光学数据的逻辑0。当施加至激光器的驱动电流ID的量增加时,根据激光器的高速数字调制来输出第二高光学功率值PH2和第二低光学功率值PL2。第二高光学功率值PH2或第二低光学功率值PL2提供低速光学数据的逻辑1。正如下文更详细地描述,低速振幅变化可由接收器电路160和振幅检测电路161来检测。
在实施方式中,施加至激光器的驱动电流ID的量可以通过将增量(delta)电流I△添加至驱动电流ID和从驱动电流ID去除增量电流I△来改变。如此一来,驱动电流ID就通过增量电流I△来调制。图4示出根据本公开案的一或多个实施方式的激光器和激光器驱动器电路119的操作。图中绘出激光二极管传递函数201,其中x轴展示激光器驱动器电流ILD并且y轴提供激光器光学输出功率。平均偏置电流IB被选择用于激光器来产生期望平均光学输出功率P平均。除了将驱动电流ID施加至偏置电流IB和从偏置电流IB去除驱动电流ID之外,增量电流I△会根据低速数据流添加至驱动电流ID和从驱动电流ID去除。当增量电流I△被添加至驱动电流ID时,就会传输低速逻辑1。当增量电流I△从驱动电流ID去除时,就会传输低速逻辑0。下文在表1中提供施加至激光器以同时传输高速数据和低速数据的激光器驱动器电流ILD的概述。
表1
应当理解,激光器的输出功率的振幅可以按照除了增量电流I△的添加和去除之外的方式进行调制。任何电流源都可以用来提供可变驱动电流ID。
图5A至图5D示意性地描绘用于调制激光器以传输高速光学数据和低速光学数据的示例电路118。应当理解,图5A至图5D中描绘的电路118仅仅出于说明性的目的,并且其他激光器驱动器电路可以用来驱动如本文中描述的激光器。图5A至图5D中描绘的电路118是使用双极晶体管的直流(DC)耦合电路,但应理解,也可利用交流(AC)耦合电路以及使用CMOS晶体管的电路或其他类型的有源装置。图5A至图5D中描绘的示例电路118可由分立部件组成,或者提供在集成电路中,诸如特殊应用集成电路(“ASIC”)。
首先参考图5A,电路118一般包括激光器130、激光器驱动器电路120以及图2中所描绘的振幅调制电路121。电路118还包括产生偏置电流IB的偏置电流源127、产生驱动电流ID的驱动电流源128以及产生增量电流I△的增量电流源129。驱动电流源128根据高速信号线122上提供的高速数据流在高频率下进行切换。增量电流源129根据低速信号线123上提供的低速数据流在较低频率下进行切换。
高速数据流作为输入提供给第一缓冲器124,所述第一缓冲器124的输出电耦接至晶体管Q1和Q2。激光器驱动器电路120包括被配置来形成电耦接至电源电压VCC的电流镜的晶体管Q1、Q2、Q3和Q4,驱动电流源128,以及激光器130。激光器驱动器电路120还包括第一缓冲器124、偏置电流源127以及驱动电流源128。晶体管Q4和Q2的集电极耦接至激光器130的阴极。取决于高速数据流,电流镜将驱动电流ID添加至施加给激光器130的偏置电流IB或者从所述偏置电流IB去除驱动电流ID。
低速数据流作为输入提供给第二缓冲器125,所述第二缓冲器125的输出电耦接至晶体管Q5和Q6所限定的电流开关。第二缓冲器125、晶体管Q5、晶体管Q6和增量电流源129限定振幅调制电路121。晶体管Q5的集电极耦接至VCC,而其发射极耦接至增量电流源129以及晶体管Q6的发射极。晶体管Q6的集电极耦接至晶体管Q1和Q2的发射极以及驱动电流源128。取决于低速数据流,晶体管Q5和Q6将增量电流I△添加至驱动电流ID或者从驱动电流ID去除增量电流I△。
图5A描绘处于操作状态中的电路118,其中高速数据流输入逻辑0(即,低电压)并且低速数据流也输入逻辑0。在这个状态中,晶体管Q1是开启的,并且晶体管Q2是关闭的。这致使驱动电流源128所产生的驱动电流ID流过晶体管Q3,其中所述驱动电流ID由晶体管Q4做镜像。这致使驱动电流ID被强迫进入激光器130的阴极中。这个镜像电流吸收偏置电流IB的一部分。
低速数据流的逻辑0开启晶体管Q5并且关闭晶体管Q6。在这个操作状态中,增量电流源129所产生的增量电流I△切换成VCC,因此增量电流I△从驱动电流ID去除。因此,激光器130由等于IB-(ID-I△)的激光器驱动器电流ILD来驱动,所述激光器驱动器电流ILD产生等于第一低光学功率值PL1(参见图3)的激光器输出功率值。
图5B描绘处于操作状态中的电路118,其中高速数据流输入逻辑0,但是现在低速数据流输入逻辑1(即,高电压)。在这个状态中,晶体管Q1是开启的,并且晶体管Q2是关闭的,正如上文参照图5A所描述的。这致使驱动电流源128所产生的驱动电流ID流过晶体管Q3,其中所述驱动电流ID由晶体管Q4做镜像。这致使驱动电流ID被强迫进入激光器130的阴极中。
低速输入流的逻辑1关闭晶体管Q5并且开启晶体管Q6,这致使增量电流源129所产生的增量电流I△被添加至驱动电流ID。因此,激光器130由等于IB-(ID+I△)的激光器驱动器电流ILD来驱动,所述激光器驱动器电流ILD产生等于第二低光学功率值PL2(参见图3)的激光器输出功率值。
图5C描绘处于操作状态中的电路118,其中高速数据流输入逻辑1并且低速数据流输入逻辑0。在这个状态中,高速数据流的逻辑1致使晶体管Q1、Q3和Q4关闭并且致使晶体管Q2开启。借助晶体管Q2来操控驱动电流ID,其中所述驱动电流ID被拉出激光器130的阴极。如此一来,驱动电流ID便添加至偏置电流IB。
低速数据流的逻辑0开启晶体管Q5并且关闭晶体管Q6。在这个操作状态中,增量电流I△切换成VCC并且从驱动电流ID去除。因此,激光器130由等于IB+(ID-I△)的激光器驱动器电流ILD来驱动,所述激光器驱动器电流ILD产生第一高光学功率值PH1(参见图3)的激光器输出功率值。
图5D描绘处于操作状态中的电路118,其中高速数据流和低速数据流都输入逻辑1。借助晶体管Q2来操控驱动电流ID,其中所述驱动电流ID被拉出激光器130的阴极。如此一来,驱动电流ID便添加至偏置电流IB。如图5B中所示,低速输入流的逻辑1关闭晶体管Q5并且开启晶体管Q6,这致使增量电流源129所产生的增量电流I△被添加至驱动电流ID。在这个状态中,激光器130由等于IB+(ID+I△)的激光器驱动器电流来驱动,所述激光器驱动器电流产生等于第二高光学功率值PH2(参见图3)的激光器输出功率值。
因此,当低速数据流为高时,增量电流I△就添加至驱动电流ID。当高速数据流切换时,激光器驱动器电流ILD就在IB+(ID+I△)与IB-(ID+I△)之间交替。当低速数据流为低时,增量电流I△便切换成VCC。当高速数据流切换时,激光器驱动器电流ILD便在IB-(ID+I△)与IB-(ID-I△)之间交替。如此一来,低速数据流便引起高速数据电流摆幅的振幅调制。
接收器电路160和振幅检测电路161(参见图2)以激光器数字式调制输出和振幅调制输出的形式接收光学信号。激光器的输出含有高速光学数据和低速光学数据。接收器电路160和振幅检测电路161将激光器的输出转换成包括高速数据和低速数据的输入电信号。所述输入电信号随后可以被解码来产生分别对应于高速光学数据和低速光学数据的高速电数据和低速电数据。高速电数据和低速电数据可以传输给第二电子装置190,以进一步处理。
现在参考图6,示意性地示出示例接收器电路160和示例振幅检测电路161。振幅检测电路161电耦接至接收器电路。应当理解,图6中描绘的电路仅作为说明性示例,并且其他电路配置可以用来将数字调制光学信号和振幅调制光学信号转换成高速电数据和低速电数据。接收器电路160和振幅检测电路161的部件可以是分立部件,或者提供在集成电路中,诸如ASIC。
接收器电路160一般包括光电二极管162(或其他类型的光电检测器)、跨阻抗放大电路(其包括操作放大器163和反馈电阻器164)以及比较电路(其包括操作放大器167)。接收器电路160不仅将激光器130的输出转换成输入电信号,而且产生高速电数据,正如下文详细描述的。
光电二极管162光学地耦接至光纤140并且接收激光器130的输出。光电二极管162将光纤140上所接收的光转换成提供给操作放大器163的电信号。操作放大器163和反馈电阻器164产生与激光器130的输出的所接收光学功率成比例的输出电压。这个输出电压在本文中称为输入电信号。
包括电阻器165和电容器166的低通电路(从输入电信号)提取与所接收光学功率的平均值成比例的电压,并且将这个电压提供给操作放大器167的负输入。从操作放大器163输出的未滤波的输入电信号被提供给操作放大器167的正输入。当输入电信号的瞬时电压大于平均电压时,操作放大器167的输出168便通过产生高输出电压来指示逻辑1的接收(即,高速电数据为逻辑1)。相反,当输入电信号的瞬时电压低于平均电压时,操作放大器167的输出168便通过产生低输出电压来指示逻辑0的接收(即,高速电数据为逻辑0)。如此一来,高速电数据可以从激光器130的光学输出中产生。
现在将描述振幅检测电路161以及低速电数据的产生。振幅检测电路161包括交流(“AC”)耦合电路,所述交流耦合电路包括电容器169和下拉电阻器170。电容器169耦接至操作放大器163的输出并且因此接收输入电信号。输入电信号的正偏移由二极管171来进行整流,并且由包括电阻器172和电容器173的低通滤波电路来进行低通滤波,以便产生输入电信号的振幅调制包络的低通复本(滤波输入信号”)。振幅调制的平均值V平均由包括电阻器174和电容器173的低通滤波电路产生,并且提供给被配置为比较器的操作放大器176的负输入。
简要参考图7,以图表形式示出图3中所描绘的光学信号的示例滤波输入电信号。纵轴是电压,并且横轴是时间。高速调制由电阻器172和电容器进行滤波。仅正偏移出现在整流信号中。滤波整流信号在最小电压V最小(即,低速数据逻辑0)与最大电压V最大(低速数据逻辑1)之间交替。平均电压V平均由电阻器174和电容器175来确定,正如上文所描述的。这个信号随后递送给操作放大器176的负输入。在示出的实施方式中平均电压V平均用作参考电压。
再次参考图6,滤波输入信号被递送给操作放大器176的正输入。当瞬时接收到的滤波输入电信号大于滤波输入电信号的平均电压V平均时(例如,最大电压V最大),在操作放大器176的输出177上产生高电压(即,逻辑1),从而表示低速信号线123上逻辑1的接收。当瞬时接收到的滤波输入电信号小于滤波输入电信号的平均电压V平均时(例如,最小电压V最小),在操作放大器176的输出177上产生低电压(即,逻辑0),从而表示低速信号线123上的逻辑0。如此一来,可以在高速电数据产生的同时,从激光器130的光学输出中产生低速电数据。
现在应当理解,本文中描述的实施方式针对用于在一或多个光纤上同时传输高速数据和低速数据的方法、电路和有源光缆组件。根据本文所描述的实施方式,低速控制信令与高速数据单独进行管理,从而消除对两个数据流的复杂昂贵数字复用的需求。振幅调制技术再使用已经载送高速数据的同一个光纤或同一些光纤,从而消除对另外铜线或额外纤维的需求。另外,实施方式利用已经载送高速数据的同样激光器和其他光电子部件,从而避免与驱动另外光学链路相关联的成本。本文中描述的光学数据传输技术可以模块化地实施在有源光缆组件内,从而允许与遗留连接器(例如,高清晰度多媒体接口(“HDMI”))轻易地进行对接,而不需要对终端装置做出修改。可以使本文中所描述的技术与控制信号协议无关,从而简化对终端设备制造商的输入/输出设计要求。在一些实施方式中,有源光缆组件或收发器内部的诊断数据可以添加至低速数据信号,而无需对终端装置做出修改。
出于描述并且限定本公开案的主题目的,应当注意,术语“大致”在本文中用来表示可归因于任何定量比较、值、测量结果或其他表示而产生的固有不确定性程度。
除非另外明确说明,否则决不意图将本文所阐述的任何方法解释为要求以特定顺序执行所述方法的步骤。因此,在方法权利要求实际并未叙述方法步骤所遵循的顺序或在权利要求书或描述中没有另外具体陈述这些步骤将受限于特定顺序的情况下,决不意图推断任何特定顺序。
本领域的技术人员将会清楚,可以在不背离本公开案的精神或范围的情况下做出各种的修改和变化。由于本领域的技术人员可以想到并入有本公开案的精神和主旨的所公开的实施方式的修改组合、子组合和变化,因此,本文中描述的实施方式应解释为包括所附权利要求书和其等效物范围内的任何内容。
Claims (25)
1.一种光学通信方法,所述方法包括:
对激光器进行控制,使得所述激光器的输出以第一比特速率来传输高速光学数据;以及
对所述激光器的所述输出的振幅进行调制,使得所述激光器将低速光学数据以第二比特速率与所述高速光学数据同时传输,其中所述第一比特速率高于所述第二比特速率。
2.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:
接收所述激光器的所述输出;以及
同时对所述高速光学数据和所述低速光学数据进行检测。
3.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括将所述高速光学数据转换成高速电数据并且将所述低速光学数据转换成低速电数据。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述高速光学数据是由高于阈值的高光学功率值PH和低于所述阈值的低光学功率值PL来限定;以及
在所述第二比特速率下对所述激光器的所述输出的所述振幅进行调制,使得:
所述高光学功率值PH为第一高光学功率值PH1或大于所述第一高光学功率值PH1的第二高光学功率值PH2;以及
所述低光学功率值PL为第一低光学功率值PL1或小于所述第一低光学功率值PL1的第二低光学功率值PL2。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述高速光学数据的逻辑1是由所述高光学功率值PH提供,并且所述高速光学数据的逻辑0是由所述低光学功率值PL提供;以及
所述低速光学数据的逻辑1是由所述第二高光学功率值PH2或所述第二低光学功率值PL2提供,并且所述低速光学数据的逻辑0是由所述第一高光学功率值PH1或所述第一低光学功率值PL1提供。
6.根据权利要求5所述的方法,其进一步包括:
接收所述激光器的所述输出;以及
将所述激光器的所述输出转换成输入电信号,所述输入电信号包括分别与所述高速光学数据和所述低速光学数据对应的高速电数据成分和低速电数据成分。
7.根据权利要求6所述的方法,其进一步包括通过将低通滤波器应用于所述输入电信号以滤波出所述高速电数据成分来对所述低速电数据成分进行解码,并且通过将所述低通滤波输入电信号与所述低通滤波输入电信号的平均电压进行比较来检测所述低速电数据成分的逻辑1和逻辑0。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过将激光器驱动器电流ILD施加至所述激光器来控制所述激光器。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,通过将驱动电流ID添加至偏置电流IB和从所述偏置电流IB去除所述驱动电流ID以及将增量电流I△添加至所述驱动电流ID和从所述驱动电流ID去除所述增量电流I△,调制所述激光器驱动器电流ILD。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:
通过将所述驱动电流ID添加至施加给所述激光器的所述偏置电流IB来提供所述高速光学数据的逻辑1,并且通过从施加给所述激光器的所述偏置电流IB去除所述驱动电流ID来提供所述高速光学数据的逻辑0;以及
通过将所述增量电流I△添加至所述驱动电流ID来提供所述低速光学数据的逻辑1,并且通过从所述驱动电流ID去除所述增量电流I△来提供所述低速光学数据的逻辑0。
11.一种用于提供光学通信的电路,所述电路包括:
激光器;以及
激光器驱动器电路,所述激光器驱动器电路数字调制所述激光器的输出,以便以第一比特速率来传输高速光学数据;以及
振幅调制电路,所述振幅调制电路调制所述激光器的振幅,以便将低速光学数据以第二比特速率与所述高速光学数据同时传输,其中所述第一比特速率高于所述第二比特速率。
12.根据权利要求11所述的电路,其进一步包括:
接收器电路,所述接收器电路用于将所述激光器的所述输出转换成输入电信号,其中所述接收器电路从所述输入电信号产生高速电数据;以及
振幅检测电路,所述振幅检测电路电耦接至所述接收器电路,以便基于所述输入电信号来检测所述激光器的所述输出的振幅变化,其中所述振幅检测器基于所述检测的振幅变化来检测低速电数据。
13.根据权利要求12所述的电路,其特征在于,所述接收器电路包括光电二极管和跨阻抗放大器。
14.根据权利要求11所述的电路,其特征在于:
所述激光器驱动器电路对所述激光器进行控制,使得所述激光器的所述输出所提供的所述高速光学数据是由高于阈值的高光学功率值PH和低于所述阈值的低光学功率值PL来限定;以及
所述振幅调制电路在所述第二比特速率下对所述激光器的所述输出的所述振幅进行调制,使得:
所述高光学功率值PH为第一高光学功率值PH1或大于所述第一高光学功率值PH1的第二高光学功率值PH2;以及
所述低光学功率值PL为第一低光学功率值PL1或小于所述第一低光学功率值PL1的第二低光学功率值PL2。
15.根据权利要求14所述的电路,其特征在于:
所述高速光学数据的逻辑1是由所述高光学功率值PH提供,并且所述高速光学数据的逻辑0是由所述低光学功率值PL提供;以及
所述低速光学数据的逻辑1是由所述第二高光学功率值PH2或所述第二低光学功率值PL2提供,并且所述低速光学数据的逻辑0是由所述第一高光学功率值PH1或所述第一低光学功率值PL1提供。
16.根据权利要求15所述的电路,其进一步包括:
接收器电路,所述接收器电路用于将所述激光器的所述输出转换成输入电信号,其中所述输入电信号具有与所述高速光学数据对应的数字调制的高速电数据成分以及与所述低速光学数据的振幅变化对应的振幅调制的低速电数据成分;以及
振幅检测电路,所述振幅检测电路包括:
低通滤波电路,所述低通滤波电路可经操作以滤波出所述输入电信号的所述数字调制的高速电数据成分,使得所述滤波输入电信号在对应于所述第一高光学功率值PH1的第一电压V最小与对应于所述第二高光学功率值PH2的第二电压V最大之间切换;以及
比较电路,所述比较电路用于通过将所述滤波输入电信号与参考电压进行比较来检测所述振幅调制的低速电数据成分,其中当存在大于所述参考电压的所述第二电压V最大时,所述比较电路就会产生逻辑1,并且当存在小于所述参考电压的所述第一电压V最小时,所述比较电路就会产生逻辑0。
17.根据权利要求11所述的电路,其特征在于,所述激光器驱动器电路和所述振幅调制电路将激光器驱动器电流ILD施加至所述激光器。
18.根据权利要求17所述的电路,其特征在于,所述激光器驱动器电路被配置成通过将驱动电流ID添加至偏置电流IB和从所述偏置电流IB去除所述驱动电流ID以产生所述高速光学数据并且通过将增量电流I△添加至所述驱动电流ID和从所述驱动电流ID去除所述增量电流I△以产生所述低速光学数据来调制所述激光器驱动器电流ILD。
19.根据权利要求18所述的电路,其特征在于:
当所述激光器驱动器电路将所述驱动电流ID添加至施加给所述激光器的所述偏置电流IB时,就会提供所述高速光学数据的逻辑1,并且当所述激光器驱动器电路从施加给所述激光器的所述偏置电流IB去除所述驱动电流ID时,就会提供所述高速光学数据的逻辑0;以及
当所述激光器驱动器电路将所述增量电流I△添加至所述驱动电流ID时,就会提供所述低速光学数据的逻辑1,并且当所述激光器驱动器电路从所述驱动电流ID去除所述增量电流I△时,就会提供所述低速光学数据的逻辑0。
20.根据权利要求19所述的电路,其特征在于,所述电路包括提供所述偏置电流IB的偏置电流源、提供所述驱动电流ID的驱动电流源以及提供所述增量电流I△的增量电流源。
21.一种有源光缆组件,所述有源光缆组件包括:
光纤,所述光纤具有第一末端;
第一电连接器,所述第一电连接器处于所述光纤的所述第一末端处;
激光器,所述激光器设置在所述第一电连接器内;
激光器驱动器电路,所述激光器驱动器电路在所述第一电连接器内,用于数字调制所述激光器的输出,以便根据所述第一电连接器处接收的高速数据流以第一比特速率在所述光纤上传输高速光学数据;以及
振幅调制电路,所述振幅调制电路在所述第一电连接器内,用于调制所述激光器的振幅,以便根据所述第一电连接器处接收的低速数据流将低速光学数据以第二比特速率在所述光纤上与所述高速光学数据同时传输,其中所述第一比特速率高于所述第二比特速率。
22.根据权利要求21所述的有源光缆组件,其特征在于:
所述激光器驱动器电路对所述激光器进行控制,使得所述激光器的所述输出所提供的所述高速光学数据是由高于阈值的高光学功率值PH和低于所述阈值的低光学功率值PL来限定;以及
所述振幅调制电路在所述第二比特速率下对所述激光器的所述输出的所述振幅进行调制,使得:
所述高光学功率值PH为第一高光学功率值PH1或大于所述第一高光学功率值PH1的第二高光学功率值PH2;以及
所述低光学功率值PL为第一低光学功率值PL1或小于所述第一低光学功率值PL1的第二低光学功率值PL2。
23.根据权利要求22所述的有源光缆组件,其特征在于:
所述高速光学数据的逻辑1是由所述高光学功率值PH提供,并且所述高速光学数据的逻辑0是由所述低光学功率值PL提供;以及
所述低速光学数据的逻辑1是由所述第二高光学功率值PH2或所述第二低光学功率值PL2提供,并且所述低速光学数据的逻辑0是由所述第一高光学功率值PH1或所述第一低光学功率值PL1提供。
24.根据权利要求23所述的有源光缆,其进一步包括:
第二电连接器,所述第二电连接器处于所述光纤的第二末端处;
接收器电路,所述接收器电路在所述第二电连接器内,用于从所述光纤接收所述激光器的所述输出,并且将所述激光器的所述输出转换成输入电信号,其中所述输入电信号具有与所述高速光学数据对应的数字调制的高速电数据成分和与所述低速光学数据的振幅变化对应的振幅调制的低速电数据成分;以及
振幅检测电路,所述振幅检测电路在所述第二电连接器内,所述振幅检测电路包括:
低通滤波电路,所述低通滤波电路可经过操作以滤波出所述输入电信号的所述数字调制的高速电数据成分,使得所述滤波输入电信号在对应于所述第一高光学功率值PH1的第一电压V最小与对应于所述第二高光学功率值PH2的第二电压V最大之间切换;以及
比较电路,所述比较电路用于通过将所述滤波输入电信号与参考电压进行比较来检测所述振幅调制的低速电数据成分,其中当存在大于所述参考电压的所述第二电压V最大时,所述比较电路就会产生逻辑1,并且当存在小于所述参考电压的所述第一电压V最小时,所述比较电路就会产生逻辑0。
25.根据权利要求21所述的有源光缆组件,其特征在于,所述激光器驱动器电路被配置成将驱动电流ID添加至偏置电流IB和从所述偏置电流IB去除所述驱动电流ID以产生所述高速光学数据,并且将增量电流I△添加至所述驱动电流ID和从所述驱动电流ID去除所述增量电流I△以产生所述低速光学数据。
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Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160608 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |