CN107204811B - 光接收器，光收发器，保护光接收器中光电探测器的方法 - Google Patents

光接收器，光收发器，保护光接收器中光电探测器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种光或光电接收器，包含所述接收器的光电收发器，和保护其中光电探测器的方法和系统。所述保护光电探测器的方法包括向光电探测器发送控制电压以便电流通过光电探测器，然后判定接收器中瞬时事件已经发生或出现瞬时状态。在瞬时时间或状态期间，本方法在通过光电探测器的电流等于或小于预定阈值电流时将控制电压保持在正常工作电压水平，并在通过光电探测器的电流大于预定阈值电流时将控制电压切换到安全模式电压。

Description

光接收器，光收发器，保护光接收器中光电探测器的方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别是光接收器，包含所述接收器的光和/或光电收发器，和其保护方法。
技术背景
在光通信中，光信号承载信息。举例来说，光或光电收发器中的发射器(比如，激光器或激光二极管)将一个或多个电信号转换为光信号，而光或光电收发器中的接收器(比如，光电二极管)将一个或多个光信号转换为电信号。光通信研究和发展的一个目的就是提升和/或最大化带宽(比如，发送信息的量)到可能的最大范围。另一个目的是尽可能可靠地接收和发送信息。
通常，用于此类光信号光接收器都包括光电二极管(比如，雪崩光电二极管，或APD)。目前也有保护APD的方法存在。理论上，APD在实际适用中损坏的主要原因包括高压损坏(比如，高Vapd)和大电流损坏(比如，大Iapd)。将流向APD的控制电压设置在最佳灵敏度点上可确保APD工作电压足够小，避免损坏APD。APD中的大电流(比如，Iapd>2mA)会对APD造成永久损伤。由于光电二极管通常对光响应迅速，来自光电二极管的下游限流保护不能限制瞬时光感应电流，且限流电阻器通常通过调节Vapd，限制光感应电流的变化。
图1为用于保护光电接收器的ROSA20中APD的常规电路10。图1所示的电路10中，微处理器MCU30利用来自升压控制电路40的反馈信号和电流镜50控制流向APD22的最大电压。大电压或电流可以从电流镜50的第一输出52发送到ROSA20。在两个去耦电容器C1和C2过滤后，输出52向APD22提供电压。因此，APD22接收到了足够的电压，以产生雪崩和/或乘数效应。APD22随后将光信号转换为电信号(作为APD电流Iapd输出)，而跨阻放大器(TIA)60将单端型APD电流Iapd转换为差分信号并将差分信号整形为由限幅放大器70接收的数据信号Data+/Data-。如果数据信号Data+/Data-的振幅量级不够，差分限幅放大器60就判定数据信号Data+/Data-丢失，然后输出具有此状态的LOS(信号丢失)信号75。与第一输出52成正比的电流镜50另一输出54生成通过采样电阻器R1的电流采样电压，进入流向MCU30的接收器功率采样输入(比如，RX功率针脚)，而接收器功率则通过MCU30的模数转换器(ADC)采样，且由MCU30进行监控。
为了最佳灵敏度，MCU30控制升压控制电路40，这样流向接收器APD22的偏置电流52就要保持在雪崩模式中的一点上，此点上APD22的乘法因素将较小输入转换为较大电流。但，当到APD22的偏压输入太大时，流经APD22的电流也会很大，且APD22会被损坏。
图2为对图1电路的改进，其中电流镜50第一输出端的电流52与具有电阻值(比如10–100kΩ)的第二电阻器R2连接。在APD22处接收的光信号强度提升时，所述电阻值相对较大。产生并通过第二电阻器R2的电压降落降低了到APD22的电压，减小了APD倍增因素和电流Iapd，从而保护APD22。
图3为用于光网络系统100中的典型通讯路径或链路。为了简单明了，图中只显示了传输路径。所述系统100包括网络端光或光电双向收发器110，主要的主机端光或光电收发器120，预留或次要主机端光或光电收发器130，和光多路复用器/解多路复用器140。所述系统100可作为光开关，中继器和/或再生器运行。
网路端收发器110在第一和第二输入数据端口TI1和TI2接收第一和第二输入光信号112和114。网路端收发器110通过端口TO11和TO21发送第一和第二光信号112和114到主要主机端收发器120并通过端口TO12和TO22发送复制的光信号112′和114′到预留或次要主机端收发器130。主要和预留/次要主机端收发器120和130分别通过独立端口OUT和OUT′将光信号122和132发送到光多路复用器/解多路复用器140。光信号122可以是或包括第一或第二光信号112或114中任意一者，第一和第二输入光信号112和114的组合(比如，通过波分复用)，或重新构造的第一和第二输入光信号112和114(比如，具有不同的开销数据/信息，以不同速率和/或频率等发送)。光信号132可与光信号122完全或基本相同。
在正常运行期间，从网络端收发器110中端口TO11和TO21到主机端收发器120中接收器端口RX1和RX2的链路处于运行状态，而光多路复用器/解多路复用器140将来自主机端收发器120的光信号122作为数据信号OUT输出到主机。但是，假如从网络端收发器110到主机端收发器120的链路中有一者失效，就可以建立从网络端收发器110端口TO12或TO22到预留或次要主机端收发器130中端口RX1′或RX2′的冗余链路，且可指示光多路复用器/解多路复用器140从预留或次要主机端收发器130输出信号132，替代失效链路上的传输的信号。
在常规实施例中，其他发射器和接收器间的新链路必须在预定时间周期内简历(比如，50ms)，比如避免链路上传输的数据大量损失和/或链路丢失。但是，当从一个发射器切换到另一个时，从新发射器接收的光信强度或功率可能会远大于来自旧发射器的光信号。当新光信号的强度或功率超过最大阈值时，新接收器APD中电流可能会超过APD受损的极限。图1的电路10通常不能在切换到新发射器，出现此类过大电流时保护APD。虽然图2的电路10′可在持续工作期间保护APD不受光功率变化的影响，但是它不能在切换到新发射器后，出现过大电流时保护APD。
本“技术背景”部分仅用于提供背景信息。“技术背景”的陈述并不意味着本“技术背景”部分的主旨向本发明许可了现有技术，并且本“技术背景”的任何部分，包括本技术背景”本身，都不能用于向本发明许可现有技术。
发明内容
本发明目的在于提供一种保护光或光电收发器中光电探测器的方法，用于保护其中光电探测器的光或光电接收器和收发器，和包含此类光或光电接收器和收发器的系统。所述光或光电收发器包含如光电二极管(比如，雪崩光电二极管)的光电探测器。
所述保护光或光电接收器的方法通常包括向光电探测器(比如，雪崩光电二极管)提供控制电压，以便有电流通过光电探测器，然后判定光或光电接收器中是否已经有瞬时事件发生或瞬时状态出现。在瞬时事件或瞬时状态期间，所述方法在通过光电探测器的电流等于或小于预定阈值电流时，将控制电压保持在正常工作电压水平上，并在通过光电探测器的电流大于预定阈值电流时，将控制电压切换到安全模式电压。当通过光电探测器的电流切换到安全模式电压时，所述方法还包括在通过光电探测器的电流等于或小于预定阈值电流时，将控制电压切换到正常工作电压。
在不同实施例中，在确定瞬时事件已经发生或瞬时状态出现后，所述方法还包括确定通过光电探测器的电流。举例来说，确定通过光电探测器的电流可包含监控从电流镜到光电探测器的电流，并对镜像电流采样。在某个实施例中，对镜像电流采样可包含将镜像电流的模拟值转换为数字值，用于控制进一步处理。
在其他实施例中，正常工作电压会使在光电探测器接收的光信号功率小于或等于5dBm时，通过光电探测器的电流小于或等于1mA。在另外的实施例中，安全模式电压小于或等于正常工作电压的一半(比如，正常工作电压的25-50％，正常工作电压的33-40％，或其中的值或范围)。在某些例子中，预定阈值电流小于或等于1.2mA。
本发明一方面涉及光或光电接收器，包括有电流通过的光或光电探测器，与通过所述光或光电探测器的电流耦合的电流镜，电压控制电路和与电压控制电路耦合的控制器。所述电流镜还提供与通过光电探测器电流相应的镜像电流，并接收控制电压。所述电流控制电路用于向电流镜发送控制电压。所述控制器可以是或包含微控制器，微处理器或信号处理器，同时用于(i)确定镜像电流的值并(ii)在瞬时事件已经发生或瞬时状态出现在光或光电接收中后，在镜像电流等于或小于预定阈值电流时选择(a)控制电压的第一值，然后(b)在镜像电流大于预定阈值电流时选择控制电流的第二值。所述第二值小于数所第一值。
在某个实施例中，所述光电探测器包含雪崩光电二极管。在另外的实施例中，所述镜像电流为通过光或光电探测器的电流的两倍或多倍和/或因数倍，或基本为通过光或光电探测器的电流的两倍或多倍和/或因数倍。
在其他实施例中，所述光或光电接收器还包含连接在电流镜和光或光电子光电探测器之间的滤波器，跨阻放大器(TIA)，用于放大来自光电探测器的电信号和/或将来自光电探测器的电信号转换为差分信号，和/或限幅放大器，用于放大来自TIA的差分信号。
在某些实施例中，所述控制器对镜像电流进行采样并将镜像电流的值与预定阈值相比较。在另一些实施例中，当光或光电子光电探测器接收的光信号功率小于或等于5dBm，且/或预定阈值小于或等于1.2mA时，所述第一值致使通过光或光电子光电探测器的电流小于或等于1mA。
在另外的实施例中，所述控制器可用于指示电压控制电路输出与第一或第二值对应的信号，和/或当控制电压为第二值时，所述控制器还可用于在镜像电流等于或小于预定阈值电流时，将控制电压切换到第一值。
本发明另一方面涉及光或光电收发器，包括本光或光电接收器，用于生成输出光信号的光或光电发射器，和用于接纳光纤的光纤适配器或连接器。所述接收器接收入射光信号，和接纳提供入射光信号和/或将诶收输出光信号的光纤。本发明还涉及包含复数个本光或光电接收或收发器的系统(比如光或光电模块)。
本光或光电接收器和方法保护了在瞬时事件后或瞬时状态期间接收器中光电二极管。此外，本发明实现了对光数据传输及向备用或冗余链路的安全转移。本发明的优势将在以下实施例中全面得到体现。
附图说明
图1为常规光电接收器。
图2为改进的常规光电接收器。
图3为系统中元件间典型的通信路径，且所述系统包含主要和预留或第二收发器。
图4为本发明中保护光电接收器方法的典型逻辑和/或算法的流程图。
图5为本发明中保护光或光电接收和/或模块的典型电路。
图6为本发明中图5所示，用于保护电路的典型滤波器的电路图。
图7A至7B为本发明中图5所示典型电路中典型波形的时间图。
图8为本发明中典型光或光电收发器和/或模块中的元件。
详细说明
本发明的各种实施例都会有详细的参照。参照的例证会在附图中得到阐释。本发明会用随后的实施例说明，但本发明不仅限于这些实施例的说明。相反的，本发明还意欲涵盖，可能包括在由附加权利要求规定的本发明的主旨和值域内的备选方案，修订条款和等同个例。而且，在下文对本发明的详细说明中，指定了很多特殊细节，以便对本发明的透彻理解。但是，对于一个所属技术领域的专业人员来说，本发明没有这些特殊细节也可以实现的事实是显而易见的。在其他实例中，都没有详尽说明公认的方法，程序，部件和电路，以避免本公开的各方面变得含糊不清。
随后一部分详细说明需要用到过程，程序，逻辑块，功能块，处理，和其他代码上的操作符号来表示，数据位，或计算机，处理器，控制器和/或存储器中的数据流方面的术语。数据处理技术领域的专业人员通常用这些说明和表述来把他们工作的实质有效地传达给所属技术领域的其他专业人员。此处的，过程，程序，逻辑块，功能，方法等等通常都视为导向期望的和/或预期的结果的步骤或指令中的继发事件。步骤通常包括物理数量的物理操作。虽然未必，但这些数量通常以在计算机或数据处理系统中的电子，磁力，光，或存储的，转移的，组合的，对照的量子信号及其他被操控的形式表现。对一般用途而言，事实证明，参考这些信号，如位，流，值，要素，符号，特征，项，数字或类似的事物，和它们在计算机程序或软件中的表现形式，如代码(可以是目标代码，源代码或二进制代码)仅是为这类说明和表述提供便利。
无论如何，我们都应该记住所有这些及类似的术语都与适当的物理量和/或信号有关，并且它们仅仅是适用于这些量和/或信号的符号而已。除非有特别说明和/或否则就如下所述一样显而易见，用贯穿本申请的论述术语诸如“操作”，“计算”，“判定”或者诸如此类的涉及电脑或数据处理系统的动作或步骤，或类似装置(如，电气，光学或量子计算，处理装置或电路)来处理或转换数据表示物理量(如，电子)都是允许的。这类术语涉及，在电路，系统或构造(比如，寄存器，存储器，其他这样的信息存储，传输或显示装置等等)的部件值域内，把物理量处理或转换成在相同或者不同系统或构造的其他部件值域中类似的物理量。
此外，在本申请的背景下，术语“信号”和“总线”涉及任何已知的结构，构造，排列，技术，方法和/或步骤，用于在电路中运用物理手段将电信号从一个点转移到另一个点。并且，除非事先注明，否则，从就只能从此处的大前提下使用，术语“指定的”，“固定的”，“已知的”和“预定的”来提及值，数量，参数，约束，条件，状态，过程，程序，方法，实践或他们的理论可变组合，但是这种可变往往是事先约定的，并且此后，一经使用便不可更改的。同样地，为了方便起见，虽然术语“时间”，“比率”，“周期”和“频率”通常是可交换的并且可以交替使用，但是赋予他们的含义通常是在此类技术上公认的。并且，为了简便，虽然术语“数据”，“数据流”，“位”，“位串”和“信息”可能会交替使用，如术语“耦合到”和“与……交流”(指间接或者直接的连接，耦合或相通)，但是通常赋予它们的是此类技术上公认的含义。
除非有特别说明，为方便起见，属于“光的”和“光电的”在文中都可交替使用，相互包涵。此外，术语“收发器”指具有至少一个接收器和至少一个发送器的装置，且除非文中另有详细说明，术语“收发器”的使用也包含“接收器”和/或“发射器”。同样，为方便起见，术语“连接到”，“与…耦合”，“与…通信”和“耦合至”都可以交替使用。
文中所披露的各种实施例和/或例子都可与其他实施例和/或例子组合，只要这样的组合是适宜，有必要或有利的。下面将结合典型的实施例对本发明进行详细说明。
一种保护光或光电接收器的典型方法
本发明一方面涉及保护光或光电接收器的方法，包括向光电探测器提供控制电压，以便有电流通过光电探测器，然后确定光或光电接收器中是否已经有瞬时事件发生或瞬时状态出现。瞬时时间或瞬时状态期间，当通过光电探测器的电流等于或小于预定阈值电流时，本方法会将控制电压保持在正常工作电压水平，且当通过光电探测器的电流大于预定阈值电流时，本方法将控制电压切换到安全模式电压。所述光电探测器可以是或包含光电二极管(比如，雪崩光电二极管)。本保护光或光电接收器的方法消除或降低了初始信号接收及随后运行(比如，瞬时事件后和/或瞬时状态期间)期间光电探测器(比如，光电二极管)中出现过大电流的可能性，从而保护光或光电接收器。
本方法通过选择APD的工作模式(比如，安全模式或正常模式)，设置相应安全模式阈值电流(比如，Iapdthr_safety)或相应正常阈值电流(比如，Iapdthr_normal)，并在安全模式和正常模式限制下调节和/或保持APD的工作电压放置电流偏离。如图3所示，所述瞬时状态可在从一个发射器到另一个发射器切换信号传输和/接收时出现。或者，瞬时状态也可能在光纤插拔测试，或常规参数测试期间出现。在此类测试期间，用户可忽略将光电探测器控制电压(比如，Vapd)切换到新值的时间。但是，切换光电探测器控制电压所消耗的时间可影响系统中工作链路安全进入稳定工作状态的时间(比如，工作链路通常指发射器和接收间的链路，其中接收器未出现错误代码)。光电探测器控制电压的常规时序控制会使此类瞬时事件期间的顺利过渡变得困难。
图4为瞬时状态期间保护光电探测器，尤其是光电二极管，免于过大电流损害的典型逻辑(比如，典型方法或算法)流程图200。所述光电探测器位于光或光电接收器的接收器中，比如与图3中预留或次要收发器130的端口RX1′和RX2′耦合的接收器。但是，本发明也适用于其他光电接收器，比如与主收发器120中端口RX1和RX2耦合的接收器或网络端收发器110中的端口TI1和TI2，或(适用于包括一个或多个光电探测器的程度)图3所示的多路复用器/解多路复用器140。瞬时状态之初，假定光电探测器处于正常工作状态，那么方法200就在210判定通过光电探测器的电流(比如，Iapd)是否发育预定安全模式极限(比如，Iapdthr_safety)。
所述安全模式极限对应不会或基本不会给光电探测器(比如，光电探测器，比如雪崩光电二极管)带来损害风险的电流。比如，在典型的雪崩光电二极管中，这样的电流极限可以在1.0和1.5mA之间，或其间的任意值(比如，1.1mA)。或者，所述电流极限可对应处于光电探测器上限的接收光信号强度(比如，5-10dBm，或其中任意值)。所述光电探测器具有接近1的增益系数M(比如，0.5到1.5，或其间任意值)。
通常，在210，在瞬时周期中第一采样时间内或第一采样周期期间对通过光电探测器的电流进行测量(比如，Iapd)。举例来说，所述瞬时周期可以是5ms到500ms，或其中任意值或范围(25-50ms)，且采样时间或周期可以是每隔1-100ms，或或其中任意值(比如，5-10ms)。通过光电探测器的电流可在瞬时周期期间定期测量(比如，每隔1-100ms，或其中任意值，诸如每隔5或10ms)。
一般来说，流经光电探测器的电流(比如，Iapd)不能直接测量到。因此，流经光电探测器的电流(比如，Iapd)可以间接测量到，比如通过测量复制自多倍于和/或因数倍于流经光电探测器电流的镜像电流，或测量基本上复制于，多倍于和/或因数倍于流经光电探测器电流的镜像电流。镜像电流可以是来自以通过光电探测器电流为源头的电流镜。如果镜像电流基本上是或是通过光电探测器电流的副本，那么就直接测量镜像电流并假设它与通过光电探测器的电流基本相同或完全相同(比如，Iapd)。假如镜像电流多倍于或基本多倍于通过光电探测器的电流，那么就测量镜像电流，然后除以或乘以倍数或因数的倒数，获取，测量，估计和/或确定通过光电探测器的电流(比如，Iapd)。
假如通过光电探测器的电流(比如，Iapd)超过了安全模式极限(比如，Iapdthr_safety)，施加到光电探测器的控制电流在220变化为安全模式电压(比如，Vapd_safe)。增益系数的设定值M可以不变或减小。
例如，施加到光或光电子光电探测器的标准控制电压在20-30V的范围内。对于标准接收器(包含雪崩光电二极管，用于接收-5dBm功率信号的光信号)，雪崩光电二极管的电流会在1mA左右。但是，假如由于瞬时状态的原因(比如，接收器接收光信号从一个发射器切换到另一个发射器)，雪崩光电二极管接收功率为-10dBm的信号，雪崩光电二极管的电流会提升到2mA，高到足以损坏雪崩光电二极管。在这种情况下，接收器变为安全模式，这样将较小的控制电压施加到光电探测器(比如，雪崩光电二极管)。举例来说，安全模式中的控制电压范围在5-15V(比如，10-12V)，将雪崩光电二极管中电流降低到安全水平。
另一方面，如果通过光电探测器的电流(比如，Iapd)在210没有超过安全模式极限(比如，Iapdthr_safety)，就在230将施加到光电探测器的控制电压保持在正常模式。这样，在240再次测量光电探测器电流。假如测量到的电流超过了预定正常模式极限(比如，Iapdthr_normal)，接收器能在220切换到安全模式直到电流下降低于安全模式阈值电流(比如，Iapdthr_safety)，在此时接收器可切换到正常工作模式。在不同的实施例中，正常模式电流极限可以是1-1.5mA，或其中任意值。举例来说，正常模式电流极限可与安全模式电流极限相同或大致相同。此外，接收器中的常规功率控制电路和/或软件可调节，改变或保持施加到光电探测器的控制电压，以便通过光电探测器的电流最终降低并在任一模式中保持低于电流极限。
一种保护光或光电接收器的典型系统
图5为一种在瞬时状态期间出现过大电流时保护光或光电接收器的典型系统300。所述光或光电接收器可以是，比如，预留或次要收发器130中一个或多个接收器(图3)，或者，主收发器120和/或网络端收发器110中一个或多个接收器。
系统300包括光电探测器(比如，雪崩光电二极管)322，电流镜350，电压控制电路340，控制器(比如，MCU)330，选配的滤波器310，跨阻放大器360，和限幅放大器370。系统300根据通过光电探测器322的电流IAPD控制流向光电探测器322的控制电压VAPD。镜像电流354可与电流352一样或多倍于或因数倍于它，经滤波器310过滤后提供VAPD给光电探测器322。因此，镜像电流354可基本与通过光电探测器322的电流IAPD相同或基本上多倍于或因数倍于它。
光电探测器322，电流镜350，跨阻放大器360，和限幅放大器370基本与背景技术相同。但是，如文中所述，控制器330和电压控制电路340功能都不同。可选的滤波器310包括一个或多个电容器，电阻器，和/或开关(比如，晶体管)，用于实现可编程和/或可选的电阻和/或电容。
举例来说，图6为典型的滤波器310，包含第一，第二和第三可编程和/或可选电阻器R1，R2和R3，和第一和第二可编程电容器C11和C12。作为本技术领域已知的手段，可编程和/或可选电阻器R1，R2和R3可通过施加到晶体管312，314和315的控制信号(比如，来自图5所示的控制器330)分别接通或断开滤波器310。电阻器R1，R2和R3中每一个都具有与其他电阻器相同或不同的电阻。但是，图6的设置中，晶体管312，314和315中至少有一个是打开的。或者，晶体管312，314和315中有一个略掉。同样地，作为本技术领域已知的手段，可编程电容器C11和C12可通过施加到晶体管316和318的控制信号(比如，来自控制器330)分别接通或断开滤波器310。固定电容器C2与图2的电容器C2类似或相同。可编程电容器C11和C12的电容与固定电容器C2不同，且互不相同。
根据本发明的实施例，可参考图7的典型波形对图5中典型系统300的运行进行说明。在T0之前，施加到光电探测器322的控制电压(比如，VAPD)处于正常工作水平。但是，光接收器300可能会发生意外事件，比如来自第一发射器的接收信号损失。这会激活接收器中光损失指示信号和/或信号损失控制信号(比如，发出信号RXLOL和RXLOS，或处于活跃的二进制逻辑状态)。由于意外事件的原因，在T0就会出现瞬时状态(比如，接收到来自不同发射器的新信号)。因此，来自新发射器的数据(比如，光数据信号RXDDMI)会在光电探测器322接收到，而光损失指示信号和信号损失控制信号(根据具体情况而定)则失效。施加到光电探测器322的控制电压(比如，VAPD)继续保持在争产工作水平。
但是，数据信号RXDDMI的值在T0会难以预测。举例来说，当禁止来自一个发射器的信号接收且启用来自另一个发射器的数据接收时(可在T0同步或基本同步发生)，数据信号(比如，RXDDMI*)可能在T0达到或接近最大值和/或在紧接的时间。换而言之，光电探测器322可在T0和/或紧接T0之后将接收光数据信号的全部光功率转换为相应或非常接近相应电流。当接收的光数据信号光功率超过最大工作阈值时，相应电流会高到足以损坏光电探测器322。
此外，在光纤插拔期间，任何接收光数据信号的功率都可在一定时间周期后达到它的完整/相应电子值(比如，RXDDMI**)。所述时间周期可以是链路迁移时间(比如，TLINK)的从20-40％到4-5倍中的任意值。当接收光数据信号的功率转换为电流，所述电流实质上低于与光功率相应的电流(比如，导致产生电数据信号RXDDMI**，在接收器开始正常工作时，比如TLINK，具有正常工作极限内的值或振幅；详见图7B)，MCU330就会通知电压控制电路340向光电探测器322施加控制电压(比如，VAPD)，可能会在接收光数据信号的功率转换为基本与或与光功率相应的电流时损坏光电探测器322(比如，导致电数据信号RXDDMI**具有超过正常工作极限的值或振幅，如图7所示)。在不影响接收器300工作的前提下，此控制或选择光电探测器控制电压的方法解决了此类问题。
回到图5和7A，在时间T1上，控制器330对电数据信号(比如，图7A的RXDDMI)有效采样。时间T1是时间T0后时间中的第一点，在此点上控制器330对镜像电流354采样，基本与或与电数据信号的值或振幅对应(比如，图5的IAPD)。控制器330可忽略光损失指示信号和/或信号损失控制信号(比如，图7A中信号RXLOL和RXLOS)，定期对电数据信号(比如，镜像电流354)进行采样。电数据信号可每隔5-100ms采样一次，比如，此范围内任意时间(比如，每隔10-20ms)。
在时间TM上，控制器确定流过光电探测器的电流(比如，Iapd)是否大于安全模式极限(比如，Iapdthr_safety；参考图4中210)。特别的是，控制器330将镜像电流354和与安全模式极限对应的存储值比较。根据控制器330的采样率和链路过渡时间，TM的值可大于或等于控制器330采样镜像电流354的周期，但小于控制器330采样镜像电流354周期的2-3倍。
当接收器没有输入光功率时，将光电探测器控制电压保持在安全模式控制电压(比哦如，Vapd_safety)。假如镜像电流354大于安全模式极限(比如，Iapdthr_safety；参考图4中210)，就将光电探测器控制电压(比如，VAPD)保持在安全模式控制电压(Vapd_safety[参考图4中210],与图7A中380对应)。假如镜像电流354在安全模式极限范围内，就将光电探测器控制电压变为正常工作控制电压(比如，图4中Vapd_Vopt，与图7A中382对应)。举例来说，安全模式电压的范围可由镜像电流354的安全模式下限(比如，I_safety_low)和安全模式上限(比如，I_safety_high)定义。所述安全模式上限可以是安全模式阈值电流(比如，Iapdthr_safety)。
在将光电探测器控制电压改为正常工作控制电压后，假如镜像电流354大于正常模式极限(Iapdthr_normal；参考图4中240)，将光电探测器控制电压转回安全模式电压(比如，Vapd_safety)。举例来说，普通模式电压的范围由普通模式极限来定义，包括由安全模式极限定义的安全模式电压范围。比如，范围[I_safety_low,I_safety high]总是在范围[I_normal_low,I_normal_high]内。
在基本相同的时间内(比如，TM或紧接其后的时间)，控制器330还判定流经光电探测器的电流收否高于正常工作模式极限(比如，Iapdthr_normal；参考图4中240)。特别的是，控制器330将镜像电流354和与正常工作模式极限对应的存储值比较。假如镜像电流354不大于正常工作模式极限，就将光电探测器控制电压(比如，VAPD)保持在正常工作控制电压上(图7A)。假如镜像电流354高于正常工作模式极限，就将光电探测器控制电压改为安全模式控制电压382。在这点上，电数据信号应该，但不一定，具有足以区分不同逻辑状态的值或振幅(比如，二进制或数字逻辑状态)。
控制器330在时间T2上再次对镜像电流354采样(比如，相当于图7A中电数据信号RXDDMI)。时间T2为T0后时间内的第二点，在此时间点上控制器330对镜像电流354采样。控制器330再次执行图4中所举例的方法并如其中所述那样将镜像电流354与安全模式和正常工作模式极限比较，然后相应地保持或改变光电探测器控制电流VAPD。在时间T2后，电数据信号RXDDMI通常具有足以区分不同逻辑状态的值或振幅，尽管在某些例子中，可能会多花一个或多个周期对镜像电流354采样并调整或保持光电探测器控制电压VAPD来实现这一结果。
通过时间TX后(比如，图7A，接收器恢复周期终结时)，电数据信号通常时稳定且其值或振幅足以使数据处理错误率降低到小于预定最大错误率。举例来说，所述错误率为比特误码率(或，符号错误率)，而预定最大错误率可可以是1到100ppm，或者其中任意值(比如，小于或等于40ppm，小于或等于10ppm)。通过时间TX后，光损失指示信号(比如，RXLOL)通常解除认定。在不同实施例中，TX大概为TLINK的25-75％，或其中任意值(比如，TLINK的40-60％)。
切换时间TLINK中的剩余时间为系统延迟时间TSD。实际上，系统延迟时间TSD为一个缓冲周期，期间反馈控制电路(比如，图5中电流镜350，控制器330和电压控制电路340)可使光电探测器控制电压VAPD稳定。
本发明的另一实施例还涉及安全模式和正常模式之间切换的时机控制方法，且在某个特殊实施例中，还涉及光电探测器保护开关(比如，图5，电压控制电路340中)的时机控制方法。比如，假如系统应用程序包含向前纠错(FEC)，可确定因数M，确保在接收到具有某种输入功率的光信号时，光电探测器322正常工作且FEC后没有错误代码生成。在这种情况下，切换光电探测器控制电压Vapd的时间(比如，从正常模式到安全模式，或者反之亦然)不会影响系统保护切换。
在安全模式中，因数M的设置涉及包含接收器300的光或光电模块的实际设计。假如锁定只涉及在接收光信号最大强度上建立恢复和/或纠错(比如，通过FEC)的能力。即使实际接收器锁定时间或CDR时间比较长(比如，比TLINK长)，因数M可在预定接收器锁定时间内设置(比如，TLINK)。
另一方面，假如系统不包含FEC，光电探测器控制电压(比如，VAPD)的最大切换时间可由系统或根据系统用户要求设置。在典型的光电网络应用中，最大切换时间可以设置为小于30ms。在系统将到预定接收器的链路从一个发射器切换到新发射器后，接收器将VAPD切换到安全模式值。在安全模式中，VAPD对光电二极管322的应用不能保证误码率都是都可接受的(比如，在处理数据信号后，不会出现接收器的误码或错误指示输出)，即便接收光信号的光功率(比如，接收光信号强度)在最佳灵敏度点和超载点之间。因此，接收器(或包括接收器的模块)会一直保持在安全模式直到在采样数据信号的结果(比如，图7ARXDDMI)显示可接受误码率(比如，没有误码或错误指示信号)，在此点上接收器将VAPD切换为它的正常模式值(比如，VOPT)。假如没有在固定最大切换时间(比如，50ms)内将VAPD切换到它的正常模式值，一个或多个误码(比如，提示错误的信号)就会留下(比如，由接收器输出和/或存在于系统链路)直到光电探测器控制电压在可接受的错误极限内处于它的正常模式(比如，接收器不生成或输出误码或错误指示信号)。因此，在没有FEC的系统中，VAPD的切换时间(和，可选地，接收器的误码率)决定了系统建立新链路的时间。
-一种典型的光收发器和/或光模块
本发明还涉及光或光电收发器，包括本光或光电接收器，和光或光电发射器，用于生成输出光信号，和第二光学子器件，用于通过光纤适配器或连接器输出所述输出光信号。本发明还涉及光或光电模块，包括本光或光电接收器或收发器，或，多个本光或光电接收器或收发器。
图8为本发明的典型光收发器400，包含电气接口410，一个或多个激光器驱动器420.光发射子器件(TOSA)430，微处理器或微控制器(比如，MCU)450，接收器电压控制电路440，电流镜460，光接收子器件(ROSA)470，限幅放大器480，和温度控制电路490。收发器400可以是或包含，比如，预留或次要收发器130中接收器和发射的组合(比如，耦合到图3的端口RX1′和TX1′,RX2′和TX2′,or IN′和OUT′)，和可选地，主要收发器120和/或网络端收发器100中接收器和发射器的组合(比如，耦合到端口RX1和TX1,RX2和TX2,or IN和OUT)和/或(比如，耦合到端口TI1和RO1,或TI2和RO2)。两个(2)此类收发器可设置在网络端收发器110的双向收发器内(比如，耦合到端口TO11,TO12,RO11和RO12，或耦合到TO21,TO22,RO21和RO22)。
TOSA430包含激光二极管(LD)432，调制器434和监控光电二极管(MPD)436。ROSA470通常包含光电二极管(PD)472，用于从网络接收光信号(比如，通过光纤发送的)然后将光信号转换为电信号，和可选地，跨阻放大器(TIA)474，用于放大电信号。限幅放大器480用于放大接收自ROSA470的信号。
在光收发器和/或模块400的发射器路径上，激光器驱动器420接收来自电气接口410的电数据信号并将数据驱动信号或脉冲发送到调制器434。电气接口410可接收来自主机装置的数据信号并可包含，比如，常见的金手指连接器。LD432接收来自偏压控制电路425的偏置信号或电压。或者，LD432可直接接收来自激光器驱动器420的数据驱动信号或脉冲，这样就可以不使用调制器434。TOSA430(即，要么调制器434要么LD432)通过输出端口输出光信号。
MPD436通过模数转换器(ADC)电路或模块455连接到MCU450。因此，MCU450可与MPD436反馈电流值对应的数字信号(比如，电压)，可用于与代表激光器驱动器420工作范围的目标和/或最大值的一个或多个阈值或电压相比较。MPD436，模数转换器455，MCU450和激光器驱动器420可构成自动功率控制(APC)调节回路，用于维持来自LD432的目标输出光功率。
在光收发器和/或模块400的接收器光路中，PD472接收入射光信号并将其转换为由TIA474放大的电信号。由TIA474输出的放大电信号随后在传输通过电气接口410(比如，到主机)前还要被限幅放大器480放大一次。如文中所述，从电流镜460到PD472的电压由MCU450和电压控制电路440。
MCU450还控制来自激光器驱动器420的数据信号功率，由偏压控制电路425提供的偏置信号的电压或电流，和TIA474和/或限幅放大器470的增益。MCU450还控制温度控制电路490，轮流控制LD432和调制器434的温度。通常，LD432和调制器434的温度可通过调节它们的电源进行控制(比如，当LD432温度过高时，来自偏压控制电路的偏压就会降低，而当LD432的温度过低时，来自偏压控制电路的偏压会增大)。相同或不同温度控制电路都可控制PD472的温度。
结论图解和说明已经详细展示了前述的本发明的特殊实施例。本发明并不限于前述实施例，并且很明显，也可以鉴于以上所述的技术，对本发明进行修改和变更。本文选定实施例，并对其进行描述，便于最精确地阐述本发明的原理及它的实际应用，从而使所属专业技术领域的其他人员能最大程度的利用本发明及带有各种修改的实施例，以适用于预期的特殊用途。即，由添加至此的权利要求和它们的等效叙述所定义的发明范围。

Claims (16)

1. 一种保护光学或光电子光电探测器的方法， 包括：
向光学或光电子光电探测器提供控制电压，以便有电流通过所述光学或光电子光电探测器；
判定瞬时事件已经在包含所述光学或光电子光电探测器的光或光电接收器中发生或瞬时状态出现在其中；
当通过光学或光电子光电探测器的电流等于或小于正常模式阈值电流时，在瞬时事件或瞬时状态期间将控制电压保持在正常工作电压水平；和
当光学或光电子光电探测器的电流大于正常模式阈值电流时，在瞬时事件或瞬时状态期间将控制电压切换到安全模式电压；
在将控制电压切换到安全模式电压后，确定通过光学或光电子光电探测器的电流，当通过光学或光电子光电探测器的电流等于或低于安全模式阈值电流时，将控制电压切换到正常工作电压，否则将控制电压保持在安全模式电压。
2.如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，确定通过光学或光电子光电探测器的电流包括监控从电流镜流向光学或光电子光电探测器的电流，然后对镜像电流采样。
3.如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，当光学或光电子光电探测器接收到的光信号功率为 5 dBm 或更低时，正常工作电压会致使通过光学或光电子光电探测器的电流小于或等于 1mA 左右的值。
4.如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述安全模式电压小于或等于正常工作电压的一半。
5.如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述安全模式阈值电流小于或等于 1.2mA。
6.如权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述光学或光电子光电探测器包括雪崩光电二极管。
7.一种光学或光电子光电探测器，包括：
有电流通过的光学或光电子光电探测器；
与通过光学或光电子光电探测器的电流耦合的电流镜，提供与通过光学或光电子光电探测器的电流对应的镜像电流；
电压控制电路，用于向电流镜提供控制电压；
耦合到电压控制电路的控制器，用于(i)确定镜像电流的值和(ii)在瞬时事件已经发生或瞬时状态出现在光学或光电子光电探测器中后，在镜像电流等于或小于第一预定阈值电流时选择控制电压的第一个数值且在镜像电流大于第一预定阈值电流时选择控制电压的第二数值，第二数值小于第一数值，以及在选择控制电压的第二数值后， 在镜像电流等于或低于第二预定阈值电流时选择控制电压的第一数值，在镜像电流大于第二预定阈值电流时选择控制电压的第二数值；第一数值为正常工作电压，第二数值为安全模式电压，第一预定阈值电流与正常模式阈值电流成比例关系，第二预定阈值电流与安全模式阈值电流成比例关系。
8.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，所述镜像电流是通过光学或光电子光电探测器电流的两倍或多倍或因数倍。
9.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，还包括连接于电流镜和光学或光电子光电探测器之间的滤波器。
10.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，所述控制器对镜像电流采样并将镜像电流值与预定阈值进行对比。
11.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，所述第二数值小于或等于第一数值的一半。
12.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，当光学或光电子光电探测器接收的光信号功率小于或等于 5 dBm 时，所述第一数值使通过光学或光电子光电探测器 的电流小于或等于 1 mA。
13.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，所述安全模式阈值电流小于或等于 1.2 mA。
14.如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，其特征在于，所述控制器用于通知电压控制电路输出与第一或第二数值对应的信号。
15.一种光或光电收发器，包括：
如权利要求 7 所述的光学或光电子光电探测器，接收入射光信号；
光或光电发射器，用于生成出射光信号；和
光纤适配器或连接器，用于接纳光纤，所述光纤发送入射光信号和/或接收出射光信号。
16.一种光或光电系统，包括多个如权利要求 15所述的光或光电收发器。
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