CN110034487A - 激光功率控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光功率控制器。一种用于在光纤通信系统中传输至少两个数据突发的序列的系统，该系统包括：驱动电路系统，被配置为向激光二极管施加电流；光学传感器模块，被配置为提供与对应于突发序列中的逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的电输出；并且进一步被配置为提供与仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值对应的输出；以及控制器，被配置为接收来自光学传感器模块的期望值并且提供用于控制电路系统的控制值。

Description

激光功率控制器
背景技术
在光纤通信系统中，由于多种原因，能够控制传输激光二极管的输出功率是重要的。首先，激光器的平均功率和峰值功率不得超过一定限度，以避免损坏。其次，与二进制(或其它基数)数据值对应的不同功率电平必须被设置为使得调制指数(替代地被定义为消光比)在整个系统规范内，以确保链路末端处的可靠接收。在任何控制系统中都要解决的一个难点是激光器的特性会随着温度的变化而显著变化，并且随着时间的推移会随着老化而显著变化，并且偏离理想的线性响应，使得常规的工厂设置“高”和“低”驱动电流电平是不够的。
现有技术中存在许多技术，这些技术描述了旨在估计最小和最大传输光输出的瞬时值并补偿设备特性的变化的方法。由于监控二极管及其相关联电路系统的带宽受限，大多数方法在其有效性方面都受到限制。其它方法需要数据流中存在特定模式，或者以某种定义的方式将特定模式有意插入到数据流中。
在以一系列离散突发传输数据的光通信链路中监控传输输出功率甚至更具挑战性，因为光输出的简单平均值可能随时间的推移变化很大，并且瞬时电平对于现有技术中描述的大多数方法来说不够稳定以达到最小和最大电平的充分估计。温度相关的影响可能更为严重，因为传输激光二极管在被激活用于数据突发之前可能长时间处于关闭状态，因此在数据突发期间加热之前可能已经冷却到环境温度。
因此，期望能够在近连续的基础上在数据突发期间感测到与逻辑“1”和逻辑“0”对应的最小和最大光输出。还期望能够使用仅具有中等带宽的传输功率监控功能来进行这种测量，并且利用这种测量，既不干扰传输数据有效载荷又不损害接收到的信噪比性能。在申请GB1611938.0的现有技术中已经提出了这种方法。但是，上述方法的优点是每个数据突发只有一个数据点，并且因此对噪声有一些敏感性，因为它可能对所需激光电流值的计算产生不可接受的影响。本发明的目的是通过在每个数据突发期间使用光电平的进一步测量来实现对突发模式光通信系统中的激光输出的改进的准确和鲁棒控制。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于在光纤通信系统中传输至少两个数据突发的序列的系统，该系统包括：选择电路系统，被配置为选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一，使得选择电路系统被配置为在定义的突发时段期间的数据传输时段期间选择数据输入值，并且在定义的突发时段期间的扩展时间段期间和紧随的数据传输时段选择逻辑高值和逻辑低值之一，使得对于至少两个数据突发的序列，至少一个数据突发是逻辑低值突发并且至少一个数据突发是逻辑高值突发；驱动电路系统，被配置为向激光二极管施加电流，该电流对应于在定义的突发时段期间由选择电路系统选择的数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一或者否则为零值，该电流使得激光二极管被配置为提供光输出；光学传感器模块，被配置为提供与激光二极管的光输出对应的传感器模块输出；其中传感器模块输出被配置为提供与对应于突发序列中的逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的电输出；并且进一步被配置为提供与在突发序列期间的仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值对应的输出；以及控制器，被配置为接收关于激光二极管的光信号输出功率电平的期望值，并且从光学传感器模块接收与对应于逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的输出，并且接收与在突发序列期间的仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值对应的输出；其中控制器被配置为使用来自光学传感器模块的输出和期望值来提供用于驱动电路系统的控制值。
光学传感器模块可以包括光电二极管输出功率检测器。
光学传感器模块可以包括光学传感器和跨阻抗放大器，该跨阻抗放大器被配置为提供传感器模块输出。
控制值可以被配置为控制以下中的至少一个：激光二极管的光输出的平均功率；表示逻辑高的激光二极管的光输出的功率；表示逻辑低的激光二极管的光输出功率；以及激光二极管的光输出的调制指数。
电流可以包括稳定元件和可变元件。
驱动电路系统可以被配置为取决于偏置控制值和调制控制值的组合来设置施加到激光二极管的电流。
控制值可以被配置为控制驱动电路系统以设置施加到激光二极管的偏置电流和调制电流中的至少一个。
驱动电路系统可以包括被配置为向激光二极管提供偏置电流的偏置电路系统。
驱动电路系统可以包括被配置为向激光二极管提供调制电流的调制电路系统。
驱动电路系统可以被配置为取决于平均值和调制值的组合来设置施加到激光二极管的电流。
突发时段可以由突发使能信号进行门控。
控制值可以控制驱动电路系统以输送期望的逻辑高和逻辑低光输出功率电平。
扩展时间段可以大于传感器模块输出的稳定时间。
选择电路系统可以为每个连续的扩展时间段交替地选择逻辑高值和逻辑低值中的一个。
选择电路系统可以根据预定义的序列为每个连续的扩展时间段选择逻辑高值或逻辑低值。
选择电路系统可以在已经选择逻辑高值的扩展时间段之后立即选择逻辑低值。
选择电路系统可以包括选择器切换功能。
选择电路系统的带宽可以被配置为能够在显著小于扩展时间段的时间内在数据输入、逻辑高值和逻辑低值之间切换。
驱动电路系统的控制值可以基于来自光学传感器模块的平均值和高值和低值的组合，这些值中的每个值通过系数进行缩放。
该系统可以包括基本上数字电路。
驱动电路系统的控制值可以由数字计算功能来计算。
该系统可以包括基本上模拟电路。
根据第二方面，提供了一种用于在光纤通信系统中传输至少两个数据突发的序列的方法，该方法包括：选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一，其中选择包括在定义的突发时段期间的数据传输时段期间选择数据输入值，并且在定义的突发时段期间的扩展时间段期间和紧随的数据传输时段选择逻辑高值和逻辑低值之一，使得对于至少两个数据突发的序列，至少一个数据突发是逻辑低值突发并且至少一个数据突发是逻辑高值突发；向激光二极管施加电流，该电流对应于在定义的突发时段期间选择的数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一或者否则为零值，该电流使得激光二极管被配置为提供光输出；提供与激光二极管的光输出对应的输出，其中提供与激光二极管的光输出对应的输出包括提供与对应于突发序列中的逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的电输出，并且提供对应于与在突发序列期间的仅数据传输时段期间的激光二极管的光输出对应的输出的平均值的输出；接收关于激光二极管的光信号输出功率电平的期望值；使用对应于激光二极管的光输出的输出和期望值来提高用于驱动电路系统的控制值。
该方法还可以包括应用控制值来控制以下中的至少一个：激光器二极管的光输出的平均功率；表示逻辑高的激光二极管的光输出的功率；表示逻辑低的激光二极管的光输出的功率；以及激光二极管的光输出的调制指数。
电流可以包括稳定元件和可变元件。
该方法还可以包括取决于偏置控制值和调制控制值的组合来设置施加到激光二极管的电流。
设置施加到激光二极管的电流可以包括基于偏置控制值和调制控制值设置施加到激光二极管的偏置电流和调制电流中的至少一个。
施加电流还可以包括向激光二极管提供偏置电流。
施加电流还可以包括向激光二极管施加调制电流。
设置施加到激光二极管的电流可以包括取决于平均值和调制值的组合来设置电流。
突发时段可以由突发使能信号进行门控。
该方法还可以包括应用控制值来输送期望的逻辑高和逻辑低光输出功率电平。
扩展时间段可以大于提供输出的稳定时间。
选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一可以包括为每个连续的扩展时间段交替地选择逻辑高值和逻辑低值中的一个。
选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一可以包括根据预定义的序列为每个连续的扩展时间段选择逻辑高值或逻辑低值。
选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一可以包括在已经选择逻辑高值的扩展时间段之后立即选择逻辑低值。
选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一可以包括基于选择器切换功能进行选择。
选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一可以包括在显著小于扩展时间段的时间内在数据输入、逻辑高值和逻辑低值之间切换。
使用对应于激光二极管的光输出的输出和期望值来为驱动电路系统提供控制值可以包括基于来自光学传感器模块的平均值和高值和低值的组合来提供控制值，这些值中的每个值通过系数进行缩放。
根据第三方面，提供了一种用于在光纤通信系统中传输至少两个数据突发的序列的系统，该系统包括：用于选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一的部件，使得该部件被配置为在定义的突发时段期间的数据传输时段期间选择数据输入值，并且在定义的突发时段期间的扩展时间段期间和紧随的数据传输时段选择逻辑高值和逻辑低值之一，使得对于至少两个数据突发的序列，至少一个数据突发是逻辑低值突发并且至少一个数据突发是逻辑高值突发；用于向激光二极管施加电流的部件，该电流对应于在定义的突发时段期间由用于选择的部件选择的数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一或者否则为零值，该电流使得激光二极管被配置为提供光输出；用于提供对应于激光二极管的光输出的光学传感器模块输出的部件；其中用于提供光学传感器模块输出的部件被配置为提供与对应于突发序列中的逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的电输出；并且进一步被配置为提供对应于在突发序列期间的仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值的输出；以及用于控制的部件，该部件被配置为接收关于激光二极管的光信号输出功率电平的期望值，并且从用于提供光学传感器模块输出的部件接收与对应于逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的输出，并且接收对应于在突发序列期间的仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值的输出，其中用于控制的部件被配置为使用来自光学传感器模块的输出和期望值来提供用于驱动电路系统的控制值。
用于提供光学传感器模块输出的部件可以包括光电二极管输出功率检测器。
用于提供光学传感器模块输出的部件包括光学传感器和跨阻抗放大器，该跨阻抗放大器被配置为提供传感器模块输出。
控制值可以被配置为控制以下中的至少一个：激光二极管的光输出的平均功率；表示逻辑高的激光二极管的光输出的功率；表示逻辑低的激光二极管的光输出的功率；以及激光二极管的光输出的调制指数。
电流可以包括稳定元件和可变元件。
用于向激光二极管施加电流的部件可以被配置为取决于偏置控制值和调制控制值的组合来设置施加到激光二极管的电流。
用于向激光二极管施加电流的部件可以包括用于基于控制值设置施加到激光器的偏置电流和调制电流中的至少一个的部件。
用于向激光二极管施加电流的部件可以包括用于向激光二极管施加偏置电流的部件。
用于向激光二极管施加电流的部件可以包括用于向激光二极管施加调制电流的部件。
用于向激光二极管施加电流的部件可以包括用于取决于平均值和调制值的组合来设置施加到激光二极管的电流的部件。
突发时段可以由突发使能信号进行门控。
用于控制的部件可以包括用于使用控制值来控制用于施加电流以输送期望的逻辑高和逻辑低光输出功率电平的部件。
扩展时间段可以大于用于提供传感器模块输出的部件的稳定时间。
用于选择的部件可以被配置为为每个连续的扩展时间段交替地选择逻辑高值和逻辑低值中的一个。
用于选择的部件可以被配置为根据预定义的序列为每个连续的扩展时间段选择逻辑高值或逻辑低值。
用于选择的部件可以被配置为在已经选择逻辑高值的扩展时间段之后立即选择逻辑低值。
用于选择的部件可以被配置为基于选择器切换功能进行选择。
用于选择的部件的带宽可以使得用于选择的部件被配置为在显著小于扩展时间段的时间内在数据输入、逻辑高值和逻辑低值之间切换。
用于控制的部件可以被配置为基于来自用于提供光学传感器模块输出的部件的平均值和高值和低值的组合来生成控制值，平均值和高值和低值中的每个都通过系数进行缩放。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并参考附图描述本发明，附图中：
图1a和1b示出了使用单向或双向调制电流的突发模式光纤链路中的传输器的典型布置。
图2示出了激光二极管输出特性和温度效应的表示。
图3示出了其中激光器特性中存在曲率的常规估计方法的局限性。
图4示出了具有典型可允许激光关闭时间的典型数据突发的结构。
图5示出了具有嵌入在有效数据分组内的高和低参考电平的突发模式光信号。
图6示出了具有嵌入在有效数据突发时段内的低参考电平的突发模式光信号。
图7示出了具有嵌入在有效数据突发时段内的高参考电平的突发模式光信号。
图8示出了使用单向调制电流的本发明的实施例。
图9示出了使用单向调制电流的本发明的实施例。
图10示出了用于感测参考电平的部件的另一个实施例。
图11示出了用于从输入获得门控平均值的部件的另一个实施例。
具体实施方式
本描述不是限制性意义上的，而仅仅是为了描述本发明实施例的一般原理。例如，被示为使用数字信号和数字电路执行的操作也可以使用基本上模拟信号和模拟电路来实现。
图1示出了适用于光通信系统的传输器中的典型布置。激光二极管101通过具有稳定元件和可变元件的驱动电路系统提供电流。这可以是具有调制电流116的较小的稳定偏置电流115的形式，其中调制电流116借助于切换功能110被断开，以指示调制数据输入107中的逻辑低电平。替代地，这可以是具有双向调制电流126和127的平均电流125的形式，其中双向调制电流126和127在传入数据流107的控制下在通过开关120选择之后加上和减去电流，以在光输出中产生最大值和最小值。这些电流可以在单向调制的情况下由数模转换器(DAC)111和112提供，或者在双向调制电流的情况下由121和122提供，这些DAC分别具有由数字值113和114或123和124控制的电流输出，其值分别由控制器功能117或128设置。
当在突发模式下操作时，这些电流可以借助于与传输突发的规定长度对应的另一个或另一些信号108以与数据突发中的活动传输时段对应的方式被门控。
激光二极管101的光输出由光学传感器(诸如监控光电二极管102)感测，以产生与感测到的光电平成比例的电流。这种所述电流可以被直接感测到，但是更常见地利用跨阻抗放大器103将其转换为电压105。监控二极管102和放大器103的组合通常具有远小于主数据通道带宽的带宽。该监控值105可以借助于模数转换器104被转换为数字形式106，并且这些数据可以由控制器117或128用于根据某种算法计算和设置激光二极管的电流电平。监控二极管102及其相关联的放大器103通常具有远小于由激光器101传输的数据的带宽的信号带宽，并且监控通道带宽的这种限制在任何传输光电平控制机制的实现中都非常重要，因为它限制了传输光信号的最大和最小峰值和谷值的可观察性。
图2是如在光学通信系统中使用的典型激光二极管的特性的图解表示。当用于生成调制光信号时，通过激光二极管的电流被调制成使得最小电流高于激光器101的阈值203，并且最大电流低于制造商对设备的额定值。当激光二极管冷，或电流电平相对低时，简单的线性模型201就足够。但是，当激光二极管加热，或者当其特性随着年龄而变化时，阈值电流可以改变204并且该关系可以呈现更弯曲的形状202。因此，在系统寿命内的操作期间维持期望的光输出和期望的调制深度不被视为是无关紧要的。
在任何给定的实际系统中，可以设置最大电流，使得激光器的平均操作功率相对于要建立的可靠通信所需的信号电平被设置为限定的电平。这种系统中的关键参数是最大光学输出与最小光学输出的比率，通常被称为消光比(ER)，因为这会影响接收器的信噪比。ER是最小和最大激光二极管电流值的函数，并且有时被表示为简单的线性关系，但实际上这不是准确的表示。
图3示出了在升高的温度下激光二极管的平均光功率303如何不适合作为准确估计生成规定的最小301和最大302光输出电平所需的最小305和最大306激光驱动电流电平的基础，并且因此维持期望的ER。与观察到的平均光输出对应的驱动电流304将不是实际最小305电流电平和最大306电流电平的平均值。
在系统以连续数据流操作的情况下，激光器可以达到相对容易监控的稳态温度。此外，有足够的时间从监控二极管系统采集数据，以利用测量的某种平均来估计峰值和谷值光学数据水平，以提供对ER和平均光功率的可靠估计。用于此目的的系统在现有技术中是已知的(例如，Smith等人，Electronics Letter Vol，1978，以及类似的衍生装置)，这些系统通常使用绝对驱动电流电平的慢调制。
图4示出了旨在符合突发模式操作的规范(诸如，例如，标准ITU-T建议G.984.2)的系统中传输数据突发的光信号的一般形式。在数据信号107用于调制激光输出之前，通过突发使能信号108对激光器的偏置电流进行门控。在这样的标准中，数据突发403的持续时间T1被精确地定义，并且通常是几百纳秒的量级。注意的是，在数据突发的末尾处，逻辑值可以处于高状态(逻辑高值)或低状态(逻辑低值)。这种标准通常还将T2定义为时间间隔404，在该时间间隔内激光输出必须返回到零。为了允许实际偏置控制系统的带宽，该间隔为10ns的量级(并且在给定的具体示例中，12.8ns是定义值)。
在这种突发模式系统中，控制平均功率和ER的问题是困难的。在突发开始之前，激光将处于相对冷的状态。一旦数据分组被传输，激光就将开始加热并且在典型的突发期间将继续这样。标准的要求是系统可在仅少量训练突发(例如5个或更少)之后操作，在此期间系统的操作参数应该受到控制。已经在专利GB2535553B中公开了及时建立操作参数的部件，其中输出定义的振幅试验突发，以便确定在一系列数据突发开始时激光器的斜坡效率的估计。仅通过监控平均光输出来维持操作这种启动系统之后的操作条件通常不能令人满意，这首先是由于光功率的间歇性突发，其次是由于依赖于每个突发中存在具有明确定义的平均值的数据内容。后一个要求需要突发中的数据0和1值的数量基本上相等，这可能是无法保证的。
仍然进一步需要提供用于在初始训练突发之后其中激光已经基本上升温到升高的平均温度时准确控制激光输出的ER的装置。峰值和谷值的任何测量具有与连续模式系统中相同的监控通道带宽限制，但是由于信号的间歇性质，因此需求被进一步复杂化，从而使任务更加困难。
在本发明的实施例中，提供了用于快速和准确地估计表示数据“1”和/或数据“0”值的光输出的瞬时值或者可以被定义的其它这样的值的部件，并且还提供了仅在每个数据突发的数据内容时段期间估计光输出的平均值的部件，所有所述部件都以不需要修改所述突发的数据内容的方式操作。使用所述估计，提供了另外的部件，该部件能够计算驱动电流以输送期望的输出电平的所需值，并且虽然由于短期加热和/或长期老化而引起的激光器特性的变化也能够维持这些电平。电流可以是以较小的偏置电流和单向调制电流的形式，或者是如适合系统的平均电流和双向调制电流。
在图4中，将注意到在数据突发之后关闭激光器的时间可能不是恒定的持续时间，但可能取决于数据传输时段401结束时存在的逻辑值。从高状态405开始的数据传输时段结束时关闭激光器偏置电流(或平均电流)的过程可能明显大于从低状态406开始的数据传输时段结束时的激光器偏置关闭时间。该开启和关闭时间通常由维持偏置电流115(或平均电流125)的内部电路系统的响应时间确定，并且所述电路系统通常不被设计成以与激光器的数据调制相同的速率响应。但是，响应于调制数据信号107的调制电路系统110或120的带宽必须非常快，以便以数据符号速率切换激光器电流。因此，不是使用偏置电流(或平均电流)控制从高状态关闭，而是调制电路系统110或120可以用于首先将激光输出非常快速地减少到低状态，通常时间上以几十皮秒的量级。一旦激光输出处于所述低状态，关闭到完全熄灭的任务就变得更容易。此外，确保偏置电流115(或平均电流125)在基本上小于标准所需的间隔404的时间间隔内响应突发使能信号108或基本等效信号并不困难。该方法使得时间间隔可用，该时间间隔虽然不大，但仍然大于这种监控通道电路的典型瞬态稳定时间。使用该知识，可以利用在指定的关闭间隔404中可用的时间来执行主要的光学高和低输出电平的有价值的测量。
与在数据突发的短时间扩展期间的光学高值和低值的所述测量同时，还可以采集关于在所述突发的数据内容的传输期间存在的平均光功率的有用信息，其中监控光电二极管电路系统105的平均输出仅在突发中的数据的持续时间期间并且也在监控电路系统所需的任何稳定时间之外获取。用于这种平均的门控容易从与数据输入107和其它内部逻辑信号的某种组合的突发使能信号108中导出。
图5示出了与突发模式系统相关联的光电平，其中对传输信号进行了细微的修改，以便于测量高和低电平。进行所述修改使得它们不影响突发分组内的数据的正常传送，并且不违反由相关传输标准设置的规范。
为了为所述修改提供框架，首先定义时间间隔以满足所述时间间隔基本上小于传输标准所允许的激光关闭时间405但是足够长到基本上长于监控通道输出105的稳定时间的条件，并且同时允许在时间段405内有足够的剩余时间用于偏置电流控制电路系统完全熄灭激光器。本发明的特征是用激光调制信号501的修改形式替换原始数据信号107，其中在每个突发结束处，已知的逻辑值被保持延长的时间段T3 502。同时，对激光器115的偏置电流(或平均电流125)由突发使能信号(激光器电流使能控制信号506)的修改版本控制，使得偏置(或平均)和调制电路系统在该突发的数据停止之后在定义的时段内保持活动。
可以方便地使数据突发的这个扩展的逻辑值在图5中表示为503的“1”和图5中表示为504的“0”之间交替。替代地，数据突发的这个扩展的逻辑值对于若干连续的数据突发可以被设置为“0”，如图6中所绘出的。替代地，数据突发的这个扩展的逻辑值对于若干连续的数据突发可以被设置为“1”，如图7所绘出的。使该逻辑值保持时段502的持续时间足够长，以使监控通道输出105能够稳定到基本准确的测量结果。如果在数据突发结束处保持的逻辑值为“1”，则激光调制电流115(或在双向调制电流的情况下为125)在该扩展时段502结束时借助于激光器电流使能控制信号506到数据调制电路系统110(或在双向调制的情况下为120)的命令边缘505返回到“0”。以这种方式，激光电流借助于通常在几十皮秒内的高带宽调制电路功能而不是通过可能更慢的偏置电流控制来基本上减小到其消光状态。在立即达到这种状态后，偏置电流115(或平均电流125)和调制电流116(或在双向调制的情况下为126和127)通过激光器电流控制信号506被关闭，并且激光器中的总电流在相关标准允许的时间结束之前衰减到零。因此，通过这些或基本相似的部件，监控输出105可以在逻辑高“1”和逻辑低“0”两者数据状态期间提供对真实主要光输出的基本准确的估计，而不受由于特定数据模式和/或运行长度而引起的显著限制，这在现有技术中通常是这种情况。
在数据突发时段期间，突发使能信号108结合数据输入117和其它内部信号用于提供门控信号508，该门控信号508在完全数据传输时段内的某个时段是活动的，并且通常对于所述数据传输时段的大部分是活动的，其中所述门控信号用于使平均函数能够根据监控通道输出105计算平均值。所述门控信号508被配置为仅在由于数据突发的开始并且由于监控通道的带宽受限而导致的监控通道输出的预期稳定时间之后变得活动。这种从突发使能信号开始的延迟的要求通常是若干数据符号时段的量级。在一个实施例中，平均函数可以在突发结束时保持平均值，并且在下一个突发期间与新输入信号以某种比例使用该值，以便创建滚动平均而不是基于单个突发的估计。
根据从多个数据突发中获取的这些测量，可以将表示光学“0”光学“1”和光学平均的模拟值转换成数字形式，并且可以结合这些值采用简单的算法来以最小化对噪声和误差的敏感性的有利方式确定主要的消光比和平均光功率。所述算法还可以确定对调制电流116(或在双向调制的情况下为126和127)和偏置电流115(或对应的平均电流125)的任何所需调整，使得ER和平均功率对应于系统的期望目标值。
图8示出了根据本发明实施例的布置。偏置电流115由电流输出数模转换器(DAC)111设置，并且调制电流116类似地由另一个DAC 112设置。所述DAC的控制数字值由数字计算功能826确定，数字计算功能826从系统反馈值获取其输入，并且数字输入对应于期望的平均功率131和调制深度132(或ER)。调制电路系统110不再由传入数据输入107直接控制，但现在可以借助于选择电路系统(例如，选择器切换功能813)在数据输入107和逻辑“1”或逻辑“0”之间切换其输入。当突发使能信号108被断言以指示数据突发的开始时，逻辑控制功能811将使用选择器813设置调制输入路径以将传入数据直接传递给调制电路系统110。调制光信号将由激光器101生成，并且相同105的频带受限表示将由监控二极管102及其相关联的放大器103产生。该监控信号105通过模数转换器(ADC)820被直接转换为数字值821。在数据突发的数据传输部分期间，可以使用该输出821，但是由于该通道的带宽限制，它将具有有限的值。在数据有效载荷结束时，突发使能信号108将指示该传输时段的结束。
在常规系统中，突发使能信号108的解除断言将完全禁用调制116电流和偏置115电流。根据本发明的该实施例，控制逻辑811采用定义的延迟时间并保持偏置和调制电流接通。该实施例提供了附加的突发状态信号810，其可以利用每个数据突发根据需要改变逻辑值，从而有效地将突发指定为“高”或“低”。作为示例实施例，如果突发被指定为“高”，则在突发结束时的延迟期间，调制输入选择器813被设置为逻辑“1”503，使得光输出被保持在高电平302。尽管所述监控的带宽有限，但该调制光学值被保持足够长的时间段502以使监控通道能够进行准确的测量，但仍然足够短，以至于有时间在传输标准允许404的时间内完全熄灭激光器。监控通道输出105被转换为数字形式821，并且然后在适当的时刻经由由突发状态信号810使能的逻辑门822传递到第一寄存器824。该寄存器然后将测量的光学高值提供给计算功能826。
在该延迟时段503结束时，调制选择器可以保持选择逻辑1或者可以被设置为逻辑“0”以使用正常调制电路系统110去除激光调制电流116并因此非常快速地减小光输出。在同一时刻505，控制逻辑811命令偏置电流DAC 111和调制电流DAC 112停止输出电流，使得激光器101在相关通信标准所要求的时段404内完全熄灭。
如果突发状态信号810将突发指定为“低”，则在数据有效载荷的末尾处，将调制选择器813设置为逻辑“0”504，使得激光输出处于低电平301。即使在突发数据有效载荷中的最后一个符号在突发结束时需要逻辑“1”，也可以通过使用正常调制电路系统110以很快的速度实现到逻辑“0”的转变。同样，尽管其带宽有限，但是该调制光学值被保持足够长的时间段502，以使监控通道进行准确的测量；但仍然足够短，以至于有时间在相关通信标准所要求的时段404内完全熄灭激光器101。然后，监控通道输出105被转换为数字形式821，并且然后在适当的时刻经由由突发状态信号810的逻辑补码使能的逻辑门823传递到第二寄存器825。该寄存器然后将测量的光学低值提供给计算功能826。
一种方便的布置将是以交替的方式将突发指定为“高”和“低”。但是，本发明还可以采用“高”和“低”状态的一些其它序列，其中可能需要比另一个电平更快地获得对一个电平的估计，或者考虑系统的一些其它要求，例如，在噪声在其中一个电平处更为显著的情况下。
同样在每个数据突发期间，监控二极管102和相关联电路系统103的输出105被传递到平均功能804，该平均功能804仅在由门控信号508命令时操作。该所述平均功能可以提供在门控信号508使能的时间段内呈现给其输入的信号的平均值，并且当门控信号指示平均应该停止时保持结果。注意的是，门控信号508的结束确保平均功能不考虑在数据突发504的扩展的持续时间期间将激光输出设置为高或低状态。所述平均功能可以在每个先前平均值的计算中考虑并且可以使用被定义以优化响应时间和噪声抗扰度的加权或衰减率，这是本领域技术人员在采用这些功能时的常规做法。所述平均功能804的输出805被传递到ADC 806，并且在每个结束之后数据突发被转换为数字形式并且被传递到寄存器807。这种转换为数字形式的定时可以通过使用控制信号801来方便地同步。所述寄存器807的输出也被传递给计算功能826。
然后，计算功能826获取对光学高和光学低和光学平均值的估计，并且还获取平均值131和ER 132的所需目标值输入，并且使用简单计算导出新的偏置电流控制值113和新的调制电流值114。对于每个到计算的输入，取决于从实际应用中的每个通道获得的所实现的信号质量，计算可以使用从“0”到“1”的范围内的多个缩放系数来考虑光学高和光学低和光学平均值。执行计算使得计算出的ER和平均值与对应的所需ER和平均值之间的误差被最小化并且使得该误差达到可被忽略或可接受的水平。这个过程可能需要若干次“高”和“低”突发以及若干次平均操作的迭代，并且系统的精确收敛速率将取决于为所述输入和特定应用中的其它系统变量选择的缩放系数。
这些缩放系数的数值可以是固定的或可变的。例如，系数可以在制造和测试时被确定并且被存储在系统中。替代地，用户可以在测试期间或作为监控扩展操作的结果确定系数的数值，并且从这些观察中能够优化这些值并且然后将它们存储在系统中。作为另一个替代方案，可以构造控制器功能，其具有在使用其它性能信息以自适应方式使用系统时改变系数的能力，从而可能从一些定义的起始值开始。
图9示出了根据本发明的第二实施例的布置。在该布置中，计算功能826获取对光学高和光学低和光学平均值的估计，并且还获取平均值131和ER 132的所需目标值输入，并且使用简单计算导出新的平均电流控制值123和新的双向调制电流值124。对于每个到计算的输入，取决于从实际应用中的每个通道获得的所实现的信号质量，计算可以类似地使用从“0”到“1”的范围内的多个缩放系数来考虑光学高和光学低和光学平均值。执行计算使得计算出的ER和平均值与对应的所需ER和平均值之间的误差被最小化并且使得该误差达到可被忽略或可接受的水平。这个过程可能需要“高”和“低”突发和若干次平均操作的若干次迭代，并且系统的精确的收敛速率将取决于为所述输入和特定应用中的其它系统变量选择的缩放系数。
这些缩放系数的数值可以是固定的或可变的。例如，系数可以在制造和测试时被确定并且被存储在系统中。替代地，用户可以在测试期间或作为监控扩展操作的结果确定系数的数值，并且从这些观察中能够优化这些值并且然后将它们存储在系统中。作为另一个替代方案，可以构造控制器功能，其具有在使用其它性能信息以自适应方式使用系统时改变系数的能力，从而可能从一些定义的起始值开始。
图10示出了可以在系统内使用以提供关于光学高和光学低电平的估计的数字信息，而不采用常规的ADC功能的布置的实施例。在比较器1004中将模拟输入1007与某个期望参考值1003进行比较。可以在一些逻辑功能1005中利用选择信号1008门控所述比较器的输出，使得当操作使能采样时钟信号1009时，使计数器1006递增或递减。通过这些部件，数字输出1010取决于输入信号1007和参考值1003之间的差异的符号而增大或减小。如果该值1010用于某个闭环系统中，诸如本说明书中给出的系统中，那么输入信号1007的值将趋于接近并变得等于参考值1003。使用DAC 1002将数字形式的参考1001转换为模拟参考1003可能是方便的。
图11示出了从模拟输入信号1101获得门控平均值的简单部件的实施例。所述模拟输入信号1101在门控信号803的控制下经由切换功能1107被传递到包括放大器1103、电阻器1105和电容器1104的模拟积分器。当开关1107闭合时，积分放大器1103的输出1102将取决于输入信号1101的瞬时符号和幅度上升或下降。当开关1107在门控信号803的控制下打开时，积分和平均操作将停止并且值将被保持。输出值的任何漂移都将归因于所使用的组件中的电气缺陷。可能期望对平均操作具有一些衰减功能。所示的简单且方便的方法是借助于开关1108将电阻1106连接在电容1104两端，该开关1108允许输出以由这些组件的相对值设定的某个速率衰减。
经过多个数据突发，系统将调整电流，使得误差被最小化，并且因此激光器将在基本上期望的平均光输出并具有基本上期望的ER下操作。
虽然已经参考特定示例及其可能的实施例描述了本发明，但是这些不应该被解释为以任何方式限制本发明的范围。应该清楚的是，在不脱离权利要求中阐述的本发明的范围和精神的情况下，可以将许多其它可能的实施例、修改和改进结合到本发明中或与本发明一起使用。

Claims (22)

1.一种用于在光纤通信系统中传输至少两个数据突发的序列的系统，所述系统包括：
选择电路系统，被配置为选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一，使得选择电路系统被配置为在定义的突发时段期间的数据传输时段期间选择数据输入值，并且在定义的突发时段期间的扩展时间段期间和紧随的数据传输时段选择逻辑高值和逻辑低值之一，使得对于至少两个数据突发的序列，至少一个数据突发是逻辑低值突发并且至少一个数据突发是逻辑高值突发；
驱动电路系统，被配置为向激光二极管施加电流，该电流对应于在定义的突发时段期间由选择电路系统选择的数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一或者否则为零值，该电流使得激光二极管被配置为提供光输出；
光学传感器模块，被配置为提供与激光二极管的光输出对应的传感器模块输出；其中传感器模块输出被配置为提供与对应于突发序列中的逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的电输出；并且进一步被配置为提供与在突发序列期间的仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值对应的输出；以及
控制器，被配置为接收关于激光二极管的光信号输出功率电平的期望值，并且从光学传感器模块接收与对应于逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的输出，并且接收与在突发序列期间的仅数据传输时段期间的传感器模块输出的平均值对应的输出；其中控制器被配置为使用来自光学传感器模块的输出的平均值和高值和低值的组合以及期望值来提供用于驱动电路系统的控制值，其中来自光学传感器模块的输出的平均值和高值和低值中的每个值通过系数进行缩放。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述光学传感器模块包括光电二极管输出功率检测器。
3.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述光学传感器模块包括光学传感器和跨阻抗放大器，所述跨阻抗放大器被配置为提供传感器模块输出。
4.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述控制值被配置为控制以下中的至少一个：
激光二极管的光输出的平均功率；
表示逻辑高的激光二极管的光输出的功率；
表示逻辑低的激光二极管的光输出的功率；以及
激光二极管的光输出的调制指数。
5.如前述任一权利要求所述的系统，其中电流包括稳定元件和可变元件。
6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述驱动电路系统被配置为取决于偏置控制值和调制控制值的组合来设置施加到激光二极管的电流。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述控制值被配置为控制驱动电路系统以设置施加到激光二极管的偏置电流和调制电流中的至少一个。
8.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述驱动电路系统包括被配置为向激光二极管提供偏置电流的偏置电路系统。
9.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述驱动电路系统包括被配置为向激光二极管提供调制电流的调制电路系统。
10.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述驱动电路系统被配置为取决于平均值和调制值的组合来设置施加到激光二极管的电流。
11.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述突发时段由突发使能信号进行门控。
12.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述控制值控制所述驱动电路系统以输送期望的逻辑高和逻辑低光输出功率电平。
13.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述扩展时间段大于传感器模块输出的稳定时间。
14.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述选择电路系统为每个连续的扩展时间段交替地选择逻辑高值和逻辑低值中的一个。
15.如权利要求1至13中任一项所述的系统，其中所述选择电路系统根据预定义的序列为每个连续的扩展时间段选择逻辑高值或逻辑低值。
16.如权利要求1至13中任一项所述的系统，其中所述选择电路系统在已经选择逻辑高值的扩展时间段之后立即选择逻辑低值。
17.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述选择电路系统包括选择器切换功能。
18.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述选择电路系统的带宽被配置为能够在显著小于所述扩展时间段的时间内在数据输入、逻辑高值和逻辑低值之间切换。
19.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述系统包括基本上数字电路。
20.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述驱动电路系统的所述控制值由数字计算功能来计算。
21.如权利要求1至18中任一项所述的系统，其中所述系统包括基本上模拟电路。
22.一种用于在光纤通信系统中传输至少两个数据突发的序列的方法，所述方法包括：
选择数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一，其中选择包括在定义的突发时段期间的数据传输时段期间选择数据输入值，并且在定义的突发时段期间的扩展时间段期间和紧随的数据传输时段选择逻辑高值和逻辑低值之一，使得对于至少两个数据突发的序列，至少一个数据突发是逻辑低值突发并且至少一个数据突发是逻辑高值突发；
向激光二极管施加电流，该电流对应于在定义的突发时段期间选择的数据输入值、逻辑高值或逻辑低值之一或者否则为零值，该电流使得激光二极管被配置为提供光输出；
提供与激光二极管的光输出对应的输出，其中提供与激光二极管的光输出对应的输出包括提供与对应于突发序列中的逻辑高值和逻辑低值的激光二极管的光输出成比例的电输出，并且提供对应于与在突发序列期间的仅数据传输时段期间的激光二极管的光输出对应的输出的平均值的输出；
接收关于激光二极管的光信号输出功率电平的期望值；
组合与激光二极管的光输出对应的输出的平均值和高值和低值以及关于激光二极管的光信号输出功率电平的期望值并使用这些组合值来提供用于控制向激光二极管施加电流的控制值，其中与激光二极管的光输出对应的输出的平均值和高值和低值中的每个值通过系数进行缩放。
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