CN110073594A - 线性突发模式转移阻抗放大器中的闭环自动增益控制 - Google Patents

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Abstract

一种光网络系统，包括光线路终端(optical line terminal，OLT)和光网络单元(optical network unit，ONU)，其中所述ONU耦合到所述OLT且通过光信号与所述OLT进行通信。所述OLT或所述ONU中的至少一个包括：闭环增益可控转移阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA)，其中所述闭环增益可控TIA包括第一放大器，用于：接收输入信号，通过根据所述第一放大器的增益系数放大所述输入信号来生成主输出信号，并生成与所述输入信号成正比的辅助输出；平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于接收所述辅助输出并根据所述辅助输出确定所述输入信号的平均值；以及耦合到所述第一放大器和所述平均值检测器的反馈回路，用于根据所述输入信号的所述平均值控制所述第一放大器的所述增益系数。

Description

线性突发模式转移阻抗放大器中的闭环自动增益控制
相关申请案交叉申请
本发明要求2017年03月14日递交的发明名称为“线性突发模式转移阻抗放大器中的闭环自动增益控制”的第15/458,698号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明涉及光网络技术领域，更具体地，涉及用于光网络的转移阻抗放大器。
背景技术
无源光网络(passive optical network，PON)系统是在最后一英里提供网络接入的系统，其中最后一英里是指为客户提供通信的电信网的最后一部分。PON系统是一种点对多点(point-to-many-point，P2MP)网络，包括位于中央位置的光线路终端(ptical lineterminal，OLT)、位于用户室内的光网络单元(optical network unit，ONU)和将OLT耦合到ONU的光分配网络(optical distribution network，ODN)。OLT可以向ONU发送或接收来自ONU的突发模式传输，其中突发模式传输是长度仅持续数十毫秒的传输。在接收时，突发模式传输可从光信号转换到电信号，并由接收端设备处理。
发明内容
为了实现高速PON系统，可以使用各种调制格式，在这些格式下，线性突发模式接收器执行上行传输。为了处理这些PON系统中的光通信所产生的电信号，实施转移阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA)。为了在PON系统中支持大动态范围的输入信号，TIA可能需要自动增益控制、高线性度和快速建立时间。目前，提供每种所需特性的解决方案屈指可数。本文所公开的发明概念为自动增益可控TIA提供了快速建立时间、高线性度和大动态范围。
在一项实施例中，本发明提供一种装置，所述装置包括第一放大器，用于：在主输入端处接收输入电流，根据所述输入电流和所述第一放大器的增益生成第一放大器输出信号，以及生成与所述输入电流成正比的辅助输出。所述装置还包括平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于：接收所述辅助输出，并确定以所述辅助输出表示的所述输入电流的平均值。所述装置还包括第二放大器，耦合到所述平均值检测器，用于：接收所述输入电流的所述平均值，并根据所述输入电流的所述平均值和所述第二放大器的增益生成第二放大器输出信号。所述装置还包括第三放大器，耦合到所述第二放大器，用于：接收所述第二放大器输出信号，将所述第二放大器输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果，并根据所述比较结果控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
可选地，在任意前述实施例中，所述装置还包括：第一反馈电阻，耦合到所述第一放大器，用于提供所述第一放大器的所述增益，其中所述第一反馈电阻的第一电阻值可控；以及第二反馈电阻，耦合到所述第二放大器，用于提供所述第二放大器的所述增益，其中所述第二反馈电阻的第二电阻值可控。可选地，在任意前述实施例中，所述装置还包括电阻控制器，耦合到所述第三放大器、所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻，其中所述电阻控制器用于：从所述第三放大器接收所述比较结果，确定电阻控制信号，并根据所述电阻控制信号控制所述第一反馈电阻的所述第一电阻值和所述第二反馈电阻的所述第二电阻值，以控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。可选地，在任意前述实施例中，所述电阻控制器还耦合到所述第一放大器和所述第二放大器，并且所述电阻控制器还用于根据所述电阻控制信号控制所述第一放大器和所述第二放大器的至少一部分。可选地，在任意前述实施例中，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均包括多个电阻，并且所述多个电阻中的至少一个可由所述电阻控制器根据所述电阻控制信号单独控制，以控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。可选地，在任意前述实施例中，所述输入电流接收自光电二极管。可选地，在任意前述实施例中，所述第二放大器与所述第一放大器的结构、电气特性和机械特性均相同。可选地，在任意前述实施例中，所述输入电流是光网络单元所接收的突发模式信号。
在一项实施例中，本发明包括光网络系统，所述光网络系统包括OLT和ONU，其中所述ONU耦合到所述OLT，用于通过光信号与所述OLT进行通信。所述OLT或所述ONU中的至少一个包括：闭环增益可控TIA，其中所述闭环增益可控TIA包括第一放大器，用于：接收输入信号，通过根据所述第一放大器的增益系数放大所述输入信号来生成主输出信号，并生成与所述输入信号成正比的辅助输出；平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于接收所述辅助输出并根据所述辅助输出确定所述输入信号的平均值；以及反馈回路，耦合到所述第一放大器和所述平均值检测器，用于根据所述输入信号的所述平均值控制所述第一放大器的所述增益系数。
可选地，在任意前述实施例中，所述闭环增益可控TIA还包括耦合到所述第一放大器的第一反馈电阻，并且所述第一放大器的所述增益系数根据所述第一反馈电阻的电阻值确定。可选地，在任意前述实施例中，所述反馈回路包括：第二放大器，耦合到所述平均值检测器，用于接收所述输入信号的所述平均值，并通过根据所述第二放大器的增益系数放大所述输入信号的所述平均值来生成第二输出信号；第二反馈电阻，耦合到所述第二放大器，其中所述第二放大器的所述增益系数根据所述第二反馈电阻的电阻值确定；第三放大器，耦合到所述第二放大器，用于将所述第二输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果；以及控制器，耦合到所述第三放大器、所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻，用于：接收所述比较结果，根据所述比较结果确定控制信号，并根据所述控制信号控制所述第一反馈电阻的所述电阻值和所述第二反馈电阻的所述电阻值，来更改所述第一放大器的所述增益系数。可选地，在任意前述实施例中，所述第一放大器和所述第二放大器相同。可选地，在任意前述实施例中，所述控制器还耦合到所述第一放大器和所述第二放大器，并且所述控制器还用于根据所述控制信号控制所述第一放大器和所述第二放大器的至少一部分。可选地，在任意前述实施例中，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均包括多个电阻，并且所述多个电阻中的至少一个可由所述控制器根据所述控制信号单独控制，从而控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。可选地，在任意前述实施例中，所述第一放大器还耦合到光电二极管，并且所述第一放大器从所述光电二极管接收所述输入信号。
在一项实施例中，本发明提供一种方法，所述方法包括：第一放大器接收输入信号；所述第一放大器根据增益系数生成主输出；平均值检测器确定所述接收到的输入信号的平均值；反馈回路根据所述接收到的输入信号的所述平均值确定增益控制信号；以及所述反馈回路基于所述增益控制信号修改所述主输出。
可选地，在任意前述实施例中，所述确定增益控制信号包括：第二放大器接收所述接收到的输入信号的所述平均值；所述第二放大器根据第二增益系数生成第二输出；以及第三放大器将所述第二输出与参考值进行比较以确定所述增益控制信号。可选地，在任意前述实施例中，所述基于所述增益控制信号修改所述主输出包括：控制器接收所述增益控制信号；以及所述控制器修改反馈电阻的电阻值，其中所述反馈电阻用于控制与所述主输出关联的所述增益系数。可选地，在任意前述实施例中，所述修改反馈电阻的电阻值包括：基于晶体管的饱和区控制所述晶体管的操作。可选地，在任意前述实施例中，所述输入信号接收自光电二极管。
为了清楚起见，任一上述实施例可以与任一或多个其它上述实施例组合以创建在本发明围内的新实施例。
这些和其它特征通过结合附图和权利要求中的下述详细描述将更容易理解。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式描述的以下简要说明，其中的相同参考标号表示相同部分。
图1为PON实施例的示意图。
图2为放大器架构实施例的图。
图3为放大器架构实施例的部分示意图。
图4为自动增益控制方法实施例的流程图。
图5为根据本发明各实施例提供的网元的示意图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方式、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方式，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
本文公开了在闭环系统中提供自动增益控制的实施例和器件。实现所公开实施例中的至少一部分来为TIA提供闭环增益控制，其中TIA可以在突发模式下操作(例如，接收包括具有时间长度范围从几十纳秒数量级到几十毫秒数量级变化的一个或多个突发信号)。在所公开的至少一些实施例中，确定接收到的信号的特性(例如，强度、电流电平、平均电流电平、电压电平、平均电压电平等)，将确定出的特征与参考值进行比较，基于比较生成控制信号，并使用控制信号控制TIA的增益。在所公开实施例中，可以利用反馈或控制回路提供闭环增益控制，该反馈或控制回路包括一种用作需要闭环增益可控TIA的复制品的放大器和一种用于将接收到的值与参考值进行比较的放大器。与反馈和/或前馈增益控制方法等已知的增益控制方法相比，由于反馈或控制回路中的组件数量有限，所以可以促进相对快速的建立时间(例如，当确定控制信号并使用控制信号控制TIA的增益时所占用的时间)。通过有源和/或无源电气组件的任何组合，所公开实施例可以在单个电子芯片中(例如，在单个管芯、基板或印刷电路板(printed circuit board，PCB)上))实现。此外，所公开实施例可以实现为直接或间接耦合在一起的多个电子芯片或电子组件，使得电子组件不共享管芯、基板或PCB，和/或电子组件不包含在同一电子芯片封装内。
现参考图1，示出了一种PON 100的实施例。PON 100是一种通信网络，包括OLT110、多个ONU 120和将OLT 110耦合到ONU 120的ODN 130。PON 100适合于实现所公开的实施例。
OLT 110与ONU 120和其它网络进行通信。具体地，OLT 110是其它网络与ONU 120之间的中介。例如，OLT 110将从其它网络接收的数据转发到ONU 120，并将从ONU 120接收的数据转发到其它网络。OLT 110包括发送器和接收器。当其它网络使用与PON 100中使用的协议不同的网络协议时，OLT 110包括一种转换器，可将网络协议转换为PON协议，反之亦然。OLT 110通常位于中央位置，例如中心局(central office，CO)，还可以位于其它合适的位置。
ODN 130是一种数据分发系统，包括光纤电缆、耦合器、分路器、分发器和其它合适的组件。这些组件包括不需要电力来在OLT 110与ONU 120之间分发信号的无源光组件。这些组件还可以包括有源组件，例如需要电力的光放大器。ODN 130在如图所示的分支配置中从OLT 110延伸到ONU 120，但是ODN 130可以以任何其它合适的P2MP方式配置。
ONU 120与OLT 110和客户进行通信，并充当OLT 110与客户之间的中介。例如，ONU120将数据从OLT 110转发到客户并将数据从客户转发到OLT 110。ONU 120包括将电信号转换成光信号并向OLT 110发送光信号的光发送器，ONU 120还包括从OLT 110接收光信号并将光信号转换成电信号的光接收器。ONU 120还包括向客户发送电信号的第二发送器和从客户接收电信号的第二接收器。ONU 120和ONT(optical network terminal,光网络终端)相似，可以互换使用这两个术语。ONU 120通常位于客户室内等分布式位置，还可以位于其它合适的位置。在一些实施例中，OLT 110或ONU 120中的任一个或两者包括闭环增益可控TIA，例如下面结合图2和图3所述，从而为接收到的光信号(例如，通过光电二极管接收的光信号)所产生的电信号提供放大和增益控制。
现参考图2，示出了一种放大器架构200的实施例的图。在一些实施例中，放大器架构200在光设备中实现，例如OLT 110和/或多个ONU 120中的任意一个，即图1中的每一个。例如，放大器架构200可以在光设备的前端实现，以提供入射信号的自动增益控制。然而，应当注意的是，放大器架构200可以在力图提供入射信号的自动增益控制的其它电子设备中实现，并且放大器架构200并不限于在本文示例性使用的光设备中实现。
在一些实施例中，放大器架构200包括：主放大器210，其中包括主输入端212、控制输入端214、主输出端216和辅助输出端218；平均电流检测器220，其中包括输入端222和输出端224；第二放大器230，其中包括主输入端232、控制输入端234和主输出端236；第三放大器240，其中包括第一输入端(例如，非反相输入端)242、第二输入端(例如，反相输入端)244和输出端246；第一反馈电阻250；以及第二反馈电阻260。可选地，放大器架构200还包括电阻控制器270，其中包括输入端272、主输出端274、第一控制输出端276和第二控制输出端278。主放大器210用于在主输入端212处接收输入电流，并主放大器210的主输出端216处将输入电流转换为输出电压。在一些实施例中，主放大器210可以至少部分地基于在控制输入端214处接收的一个或多个信号将输入电流转换为输出电压。输入电流在主输入端212处从任何合适的电气组件280接收，该电气组件(例如，传感器)耦合到主放大器210的主输入端212并提供电流。输入电流的具体来源或电气组件280的类型在此不做限定。
例如，在一些实施方式中，电气组件280是一种光电二极管，用于输出与光电二极管吸收的光子(例如，来自光源，如激光束、光信号、太阳光或以任何合适波长产生的任何其它合适光源等)数量有关的电流，供主放大器210用作输入电流。在一些实施例中，输入电流由主放大器210缩小或放大以根据第一反馈电阻250等形成输出电压。例如，当输入电流的值减小时，可以增加第一反馈电阻250的电阻值以补偿减小的输入电流并放大输入电流以形成输出电压。当输入电流的值增加时，可以减小第一反馈电阻250的电阻值以补偿增加的输入电流并放大输入电流以形成输出电压。这样，可以根据第一反馈电阻250确定主放大器210的增益或放大系数。应当注意的是，尽管主放大器210示出并论述为包括单个控制输入端214，但是主放大器210还可以包括多个控制输入端214，每个控制输入端214用于基于放大器架构200的结构接收不同的控制信号。主放大器210的控制输入端214的数量在此不做限定。
第一反馈电阻250耦合在主输入端212和主输出端216之间。在一些实施例中，第一反馈电阻250的电阻值决定了在将输入电流输出为输出电压之前主放大器210提供给输入电流的放大量。在一些实施例中，主放大器210和第一反馈电阻250合称为TIA。第一反馈电阻250还耦合到另一电气组件，该电气组件用于控制第一反馈电阻250的电阻值。在一些实施例(例如，放大器架构200中不存在电阻控制器270的实施例)中，第一反馈电阻250耦合到第三放大器240，使得第三放大器240的输出端控制第一反馈电阻250的电阻值。在其它实施例(例如，放大器架构200中存在电阻控制器270的实施例)中，第一反馈电阻250耦合到电阻控制器270，使得电阻控制器270的一个或多个输出端控制第一反馈电阻250的电阻值。尽管第一反馈电阻250在图2中以单个可调或可控电阻(例如，电位器)示出，但是应当理解的是，第一反馈电阻250仅代表电阻量，并且可以实现为任意数量的无源或有源电气组件，每个组件具有一定的电阻量。例如，第一反馈电阻250可以实现为以任何串联和/或并联组合的方式耦合在一起的多个电阻，例如并联和/或串联耦合的电位器，并联耦合的电阻，每个电阻与晶体管串联耦合，使得晶体管充当开关以将电阻接入并联耦合中或将电阻从并联耦合中断开，以增加或减小第一反馈电阻250的电阻值，等等。此外，当第一反馈电阻250包括多个电气组件时，这些电气组件中的每一个可以单独控制，以选择性地增加或减少以第一反馈电阻250表示的有效电阻量。例如，第一反馈电阻250可以实现为并联耦合的多个电阻，其中每个电阻进一步与晶体管串联耦合，该晶体管用作开关以选择性地将该电阻耦合到并联电阻组合中或将该电阻从并联电阻组合中解耦，从而增加和/或减小并联电阻组合和相对应的第一反馈电阻250的电阻值。
主放大器210还用于在主放大器210的辅助输出端218处将输入电流转换为辅助输出电压。在一些实施例中，辅助输出电压与输入电流成线性正比，使得输入电流的变化相应地反映在辅助输出电压中，而无需考虑第一反馈电阻250的电阻值。在一些实施例中，辅助输出电压的值小于输入电流的值，并且输入电流和辅助输出电压之间的线性正比关系可以根据主放大器210的内部特性来确定。例如，主放大器210可以包括一个或多个组件(例如，下文参考图3论述的负载电阻)，用于设置辅助输出电压相对于输入电流的值。在一些实施例中，一个或多个组件将辅助输出电压相对于输入电流的值设置得非常小，使得辅助输出电压在可能的输入电流的整个动态范围内与输入电流成线性正比。可能的输入电流可以在主放大器210的主输入端212处接收。
平均电流检测器220通过输入端222耦合到主放大器210的辅助输出端218，并用于在主放大器210的辅助输出端218处将辅助输出电压转换为平均电流信号。例如，平均电流检测器220从主放大器210接收辅助输出电压，检测辅助输出电压的平均值，将所检测到的辅助输出电压的平均值转换为电流信号，并通过输出端224将电流信号输出为平均电流信号。在一些实施例中，平均电流信号基本上类似于主放大器210接收的输入电流(例如，平均电流信号的值基本上代表由主放大器210接收的输入电流的值)。平均电流检测器220可以检测辅助输出电压的平均值，并使用任何合适的器件将检测到的辅助输出电压的平均值转换为电流信号，该器件的具体硬件结构和/或方法在此不做限定。下文将参考图3示出和论述适合于实现为平均电流检测器220的平均电流检测器的一个实施例的示例。
第二放大器230通过主输入端232耦合到平均电流检测器220的输出端224。在一些实施例中，第二放大器230与主放大器210在结构上类似和/或相同。例如，第二放大器230可以具有与主放大器210的特性基本相同或等同的特性(例如，结构、电气特性、机械特性、转移阻抗等)，使得第二放大器230对在主输入端232处从平均电流检测器220接收的平均电流信号的响应基本上类似于主放大器210对在主输入212处从电气部件280接收的平均电流信号的响应。
第二放大器230用于在主输入端232处从平均电流检测器220接收平均电流信号，并在第二放大器230的主输出端236处将平均电流信号转换为输出电压。在一些实施例中，第二放大器230可以转换输入电流以至少部分地基于在控制输入端234处接收的一个或多个信号来形成输出电压。在一些实施例中，平均电流信号由第二放大器230缩小或放大以根据第二反馈电阻260等形成输出电压。例如，当输入电流的值减小时，可以增加第二反馈电阻260的电阻值以补偿减小的输入电流并放大输入电流以形成输出电压。当输入电流的值增加时，可以减小第二反馈电阻260的电阻值以补偿增加的输入电流并放大输入电流以形成输出电压。这样，第二放大器230的增益或放大系数可以根据第二反馈电阻260来确定。由于具有基本相同的特性，接收基本相似的输入，以基本相似的方式运行，并且输出基本相似的输出，因此第二放大器230用作与主放大器210基本相同的复制品。应当注意的是，尽管第二放大器230示出并论述为包括单个控制输入端234，但是第二放大器230还可以包括多个控制输入端234，每个控制输入端234用于基于放大器架构200的结构接收不同的控制信号。第二放大器230的控制输入端234的数量在此不做限定。
第二反馈电阻260耦合在主输入端232和主输出端236之间。在一些实施例中，第二反馈电阻260的电阻值决定了在将平均电流信号输出为输出电压之前第二放大器230提供给平均电流信号的放大量。在一些实施例中，第二放大器230和第二反馈电阻260合称为TIA。第二反馈电阻260还耦合到另一电气组件，该电气组件用于控制第二反馈电阻260的电阻值。例如，在一些实施例中，与第二反馈电阻260耦合以进行控制的电气组件是与第一反馈电阻250耦合以进行控制的同一电气组件，以对第一反馈电阻250和第二反馈电阻260施加基本类似的控制，从而使第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的电阻值在给定时间点基本相同。在一些实施例(例如，放大器架构200中不存在电阻控制器270的实施例)中，第二反馈电阻260耦合到第三放大器240，使得第三放大器240的输出端控制第二反馈电阻260的电阻值。在其它实施例(例如，放大器架构200中存在电阻控制器270的实施例)中，第二反馈电阻260耦合到电阻控制器270，使得电阻控制器270的一个或多个输出端控制第二反馈电阻260的电阻值。
尽管第二反馈电阻260在图2中以单个可调或可控电阻(例如，电位器)示出，但是应当理解的是，第二反馈电阻260仅代表电阻量，并且可以实现为任意数量的无源或有源电气组件，每个组件具有一定的电阻量。例如，第二反馈电阻260可以实现为以任何串联和/或并联组合的方式耦合在一起的多个电阻，例如并联和/或串联耦合的电位器，并联耦合的电阻，每个电阻与晶体管串联耦合，使得晶体管充当开关以将电阻接入并联耦合中或将电阻从并联耦合中断开，以增加或减小第二反馈电阻260的电阻值等。此外，当第一反馈电阻250包括多个电气组件时，这些电气组件中的每一个可以单独控制，以选择性地增加或减少由第二反馈电阻260表示的有效电阻量。例如，第二反馈电阻260可以实现为并联耦合的多个电阻，其中每个电阻进一步与晶体管串联耦合，该晶体管充当开关以选择性地将该电阻耦合到并联电阻组合中或将该电阻从并联电阻组合中解耦，从而增加和/或减小并联电阻组合和相对应的第二反馈电阻260的电阻值。在一些实施例中，第二反馈电阻260与第一反馈电阻250的结构和/或配置基本相同。因此，例如，由第二反馈电阻260和第一反馈电阻250接收的控制信号会使第二反馈电阻260的电阻值从第一电阻值变为第二电阻值，相应地，也会使第一反馈电阻250的电阻值实质上从第一电阻值变为第二电阻值。
第三放大器240通过第二输入端244耦合到第二放大器230的主输出端236，并用于接收第二放大器230的输出电压。在一些实施例中，第三放大器240还通过主输出端236耦合到第一反馈电阻250和第二反馈电阻260。在其它实施例中，第三放大器240还通过主输出端236耦合到电阻控制器270的输入端272。第三放大器240在第一输入端242处接收参考电压(Vref)。参考电压从任何合适的无源和/或有源电气组件或组件的组合(未示出)接收。例如，参考电压可以从稳压器、分压器、处理器(或微处理器)、电压源、集成电路或任何其它能够提供参考电压的一个或多个合适的电气组件接收。在一些实施例中，参考电压的值对应于存在于主放大器210的主输出端216处的输出电压和存在于第二放大器230的主输出端236处的输出电压的需求值。
在一些实施例中，第三放大器240实现为运算放大器，用于将在第一输入端242处接收的参考电压与在第二输入端244处接收的第二放大器230的输出电压进行比较，并基于比较在输出端246处生成比较输出电压。在其它实施例中，第三放大器240可以是适合于接收两个输入并基于这两个输入之间的比较和/或差提供输出的任何电气组件。在一些实施例(例如，放大器架构200中不存在电阻控制器270的实施例)中，在输出端246处的比较输出电压用于控制第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的电阻值，因此可以称为控制信号。当第三放大器240确定第二放大器230的输出电压小于参考电压时，控制信号会使第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的电阻值增加，从而增加主放大器210和第二放大器230的增益或放大量。相应地，当第三放大器240确定第二放大器230的输出电压大于参考电压时，控制信号会使第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的电阻值减小，从而减小主放大器210和第二放大器230的增益或放大量。第三放大器240可以使用任何合适的器件执行参考电压与第二放大器230的输出电压之间的比较，该器件的具体硬件结构和/或方法在此不做限定。
例如，当第一反馈电阻250和第二反馈电阻260包括可单独控制(例如，通过实现为开关的晶体管，如上所述)的多个电阻或其它电气组件时，放大器架构200中包括电阻控制器270。当放大器架构200中存在电阻控制器270时，电阻控制器270通过输入端272耦合到第三放大器240的输出端246。电阻控制器270还通过主输出端274耦合到第一反馈电阻250和第二反馈电阻，通过第一控制输出端276耦合到主放大器210的控制输入端214，并通过第二控制输出端278耦合到第二放大器230的控制输入端234。
尽管电阻控制器270与第一反馈电阻250和第二反馈电阻260中每一个之间示为单一耦合，但是应当理解的是，基于第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的结构，在电阻控制器270与第一反馈电阻250和第二反馈电阻260中每一个之间可存在任何数量的耦合。例如，耦合的数量可以基于第一反馈电阻250和第二反馈电阻260中每一个包括的单独可控电阻或其它电气组件的数量。这样，尽管电阻控制器270示出并论述为包括单个主输出端274，但是电阻控制器270也可以包括多个主输出端274，每个主输出端274用于输出电压信号，每个电压信号有时可以称为控制信号。多个主输出端274中的每一个可以用于控制第一反馈电阻250和/或第二反馈电阻260的对应电阻或电气组件，并且每个主输出端可以发送到主放大器210和/或第二放大器230。此外，尽管电阻控制器270与主放大器210和第二放大器230中每一个之间示为单一耦合，但是应当理解的是，基于放大器架构200的结构，在电阻控制器270与主放大器210和第二放大器230中每一个之间可存在任何数量的耦合。例如，耦合的数量可以基于第一反馈电阻250和第二反馈电阻260中每一个包括的单独可控电阻或其它电气组件的数量和/或由电阻控制器270确定的控制信号的数量。
在一些实施例中，电阻控制器270用于为从第三放大器240接收比较输出电压并基于比较输出电压以及第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的结构形成一个或多个控制信号。例如，当第一反馈电阻250和第二反馈电阻260均包括多个单独可控电气组件时，电阻控制器270用于确定第一反馈电阻250和第二反馈电阻260的单独可控电气组件中每一个的控制信号。例如，当电阻控制器270从电压值为X伏的第三放大器240接收比较输出电压时，第一反馈电阻250和第二反馈电阻260均可包括4个单独可控电气组件。在此类实施例中，电阻控制器270可以分别向第一反馈电阻250和第二反馈电阻260中的第一、第二、第三和第四单独可控电气组件提供电压值约为X伏、X/2伏、X/3伏和X/4伏的控制信号。然而，应当注意的是，上述值仅为示例，并非旨在限制本发明的范围。相反，电阻控制器270可以是适合于接收输入电压并且基本上基于输入电压提供一个或多个输出电压的任何电气组件。例如，电阻控制器270可以实现为或包括分压器、电阻梯、稳压器、处理器(或微处理器)、电压源、集成电路或任何其它能够接收输入电压并且基本上基于输入电压提供一个或多个输出电压的一个或多个合适的电气组件。电阻控制器270还可以为主放大器210和第二放大器230提供任意数量的确定的控制信号以作为控制输入等，供主放大器210和第二放大器230在处理接收到的信号以确定输出信号时使用。
现参考图3，示出了放大器架构200的实施例的部分示意图。如图3所示，主放大器210包括多个NPN型双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)302、304、306、308、310和312(302至312)、n型金属氧化物半导体场效应晶体管(n-type metal oxidesemiconductor field effect transistor，NMOS)314、p型金属氧化物半导体场效应晶体管(p-type metal oxide semiconductor field effect transistor，PMOS)318和320(在PMOS 318和320如图3所示耦合时可称为电流镜)、调节电阻322和324以及负载电阻326。BJT302至312中的每一个包括基极3xxB、集极3xxC和射极3xxE(例如，BJT 302包括基极302B、集极302C和射极302E，BJT 304包括基极304B、集极304C和射极304E，等等)。NMOS 314以及PMOS 318和320均包括栅极3xxG、漏极3xxD和源极3xxS。
当BJT 302至312分别在基极302B至312B(在本文中分别称为3xxB)处接收电压，并且接收到的电压超过分别存在于射极302E至312E处的电压(在本文中称为3xxE)加上阈值电压(例如，0.7伏的阈值电压或根据BJT 302至312中每一个的特性确定的任何其它阈值电压)时，BJT 302至312在饱和区中操作。当在饱和区中操作时，在集极302C至312C(在本文中分别称为3xxC)和基极3xxB处接收的所有电流基本上都流经BJT 302至312到达射极3xxE。当在饱和区中操作时，BJT 302至312可以视为“导通”，并且向基极3xxB提供电压以使得BJT302至312在饱和区中操作，这可以称为“导通”BJT 302至312。当BJT 302至312在基极3xxB处接收到的电压不超过存在于射极3xxE处的电压加上阈值电压时，BJT302至312在截止区中操作，在该截止区中，在集极3xxC或基极3xxB处接收的电流基本上不会流经BJT 302至312到达射极3xxE。当在截止区中操作时，BJT 302至312可以视为“断开”，并且向基极3xxB提供电压以使得BJT 302至312在截止区中操作，这可以称为“断开”BJT 302至312。在这种方式下，BJT 302至312中的每一个可以视为开关，在导通时用作使电流流动的短路开关(例如，减去在所有BJT 302至312中产生的任何相关电压降)，当断开时用作抑制和/或限制电流流动的开路开关。
类似地，当NMOS 314的栅极314G与源极314S之间的压差超过阈值电压时，NMOS314进入饱和区，在饱和区中，在漏极314D处接收的所有电流基本上都流经NMOS 314到达源极314S。当在饱和区域中操作时，NMOS 314可以视为“导通”，并且向栅极314G提供电压以使得NMOS 314在饱和区域中操作，这可以称为“导通”NMOS 314。当栅极314G与源极314S之间的压差未超过阈值电压时，NMOS 314进入截止区，在截止区中，在漏极314D处接收的电流基本上不会流经NMOS 314到达源极314S。当在截止区中操作时，NMOS 314可以视为“断开”，并且向栅极314G提供电压以使得NMOS 314在截止区中操作，这可以称为“断开”NMOS 314。相反，当栅极318G或320G与PMOS 318或320的源极318S或320S之间的压差均不超过阈值电压时，PMOS 318或320进入饱和区，在饱和区中，在源极318S或320S处接收的所有电流基本上都流经PMOS 318或320到达漏极318D或320D。当在饱和区中操作时，PMOS 318或320可以视为“导通”，并且向栅极318G或320G提供电压以使得PMOS 318或320在饱和区中操作，这可以称为“导通”PMOS 318或320。当PMOS318或320的栅极318G或320G与源极318S或320S之间的压差超过阈值电压时，PMOS 318或320进入截止区，在截止区中，在源极318S或320S处接收的电流基本上都不会流经PMOS318或320到达漏极318D或320D。当在截止区中操作时，PMOS318或320可以视为“断开”，并且向栅极318G或320G提供电压以使得PMOS 318或320在截止区中操作，这可以称为“断开”PMOS 318或320。
BJT 302通过基极302B耦合到电气组件280(图2中所示)，使得基极302B作为主放大器210的主输入端212，如图2所述。BJT 302还通过射极302E耦合到NMOS 314的调节电阻324和漏极314D，以及通过集极302C耦合到BJT 304的射极304E。BJT 304通过集极304C耦合到调节电阻322、BJT 306的集极306C、BJT 312的基极312B和上述BJT 302。此外，BJT 304在基极304B处接收参考或偏置电压，参考或偏置电压的具体值取决于放大器架构200的结构，在此不做限定。在一些实施例中，参考电压是阈值电压的两倍(2VBE)，该阈值电压决定BJT304相对于饱和区的操作，如前所述。BJT 306通过集极306C耦合到上述BJT 304的集极304C、调节电阻322和BJT 312的基极312B。BJT 306还通过射极306E耦合到BJT 308的集极308C。此外，BJT 306在基极306B处接收参考或偏置电压，参考或偏置电压的具体值取决于放大器架构200的结构，在此不做限定。在一些实施例中，此参考电压与BJT 304在基极304B处接收的参考电压基本相同，例如，2VBE。BJT 308通过集极308C耦合到上述BJT 306，并且通过射极308E耦合到地电位360。此外，BJT 308在基极308B处接收参考或偏置电压(VB2,STARV)，参考或偏置电压的具体值取决于放大器架构200的结构，在此不做限定。在一些实施例中，参考电压的值至少部分地根据存在于第一反馈电阻250中的电阻量来确定。例如，当第一反馈电阻250包括多个单独可控电阻时，在BJT 308的基极308B处接收的参考电压可以与控制信号(例如，由图2的电阻控制器270产生并由主放大器210在控制输入端214处接收的第一控制信号)成线性正比。
BJT 310通过集极310C耦合到BJT 312的射极312E并耦合到反馈电阻250。BJT 310还通过射极310E耦合到地电位360。在一些实施例中，主放大器210的输出电压(例如，如存在于主输出端216处的电压)从BJT 310的集极310C接收，使得存在于BJT 310的集极310C处的电压与主放大器210的输出电压基本相同。此外，BJT 310在基极310B处接收参考或偏置电压(VB,BUF)，参考或偏置电压的具体值取决于放大器架构200的构成，在此不做限定。在一些实施例中，可以选择参考电压的值，使得在放大器架构200运行的所有时间内BJT 310均在饱和区中操作。在其它实施例中，参考电压的值可能与放大器架构200中的另一电气组件或条件相关联，使得该电气组件的状态或放大器架构200中的或由其接收的另一信号的值确定或用作在BJT 310的基极310B处接收的参考电压。
BJT 312通过射极312E耦合到BJT 310的集极310C并耦合到反馈电阻250，使得存在于BJT 310的集极310C处的主放大器210的输出电压还存在于BJT 312的基极312B处。BJT312还通过基极312B分别耦合到上述BJT 306的集极306C和上述BJT 304的集极304C，以及耦合到调节电阻322。BJT还通过集极312C耦合到PMOS 318的漏极318D和栅极318G以及PMOS320的栅极320G。NMOS 314通过漏极314D耦合到BJT 302的射极302E和调节电阻324，并通过源极314S耦合到地电位360。此外，NMOS 314在栅极314G处接收参考或偏置电压(VC2)，参考或偏置电压的具体值取决于放大器架构200的架构，在此不做限定。在一些实施例中，参考电压的值根据存在于第一反馈电阻250中的电阻量来确定。例如，当第一反馈电阻250包括多个单独可控电气组件时，在NMOS 314的栅极314G处接收的参考电压可以与控制信号(例如，由图2的电阻控制器270产生并由主放大器210在控制输入端214处接收的第二控制信号)成线性正比。在一些实施例中，在NMOS 314的栅极314G处接收的参考电压与在BJT 308的基极308B处接收的参考电压基本相同，而在其它实施例中，参考电压不同。
PMOS 318通过源极318S耦合到电压源358和PMOS 348的源极348S，并且通过漏极318D耦合到BJT 312的集极312C、栅极318G和PMOS 320的栅极320G。PMOS 320通过源极320S耦合到电压源358和PMOS 318的源极318S，通过栅极320G耦合到PMOS 318的栅极318G和漏极318D以及BJT 312的集极312C，并通过漏极320D耦合到负载电阻326。在一些实施例中，主放大器210的辅助输出电压(例如，存在于辅助输出端218处)从PMOS320的源极320S接收，使得存在于PMOS 320的源极320S处的电压与主放大器210的辅助输出电压基本相同。PMOS318和PMOS 320一起包括电流镜，电流镜用于镜像或复制流经PMOS 318的电流，使得流经PMOS 320的电流与流经PMOS 318的电流基本相同。
调节电阻322耦合在电压源358、BJT 304的集极304C、BJT 306的集极306C与BJT312的基极312B之间。调节电阻324耦合在地电位360、BJT 302的射极302E与NMOS 314的漏极314D之间。负载电阻324耦合在PMOS 320的漏极320D与地电位360之间。
仍如图3所示，在一些实施例中，第一反馈电阻250包括多个电气组件，使得第一反馈电阻250的电阻值可以如上所述增加和/或减小。应当注意的是，图3中所示的第一反馈电阻250的配置仅为示例，有关第一反馈电阻250各项实施例的更完整论述，可以参考上述图2中第一反馈电阻250的论述。如图3所示，第一反馈电阻250包括第一电阻328、第二电阻330和第三电阻332。第一反馈电阻250还包括NMOS 334和NMOS 336。NMOS 334和NMOS336与上述NMOS 314可以以基本相似的方式运行。第一电阻328耦合在BJT 310的集极310C与BJT 302的基极302B之间(例如，在主放大器210的主输出端216与主输入端212之间)。第二电阻330耦合在BJT 310的集极310C与NMOS 334的源极334S之间。NMOS 334通过源极334S耦合到第二电阻330并通过漏极334D耦合到BJT 302的基极302B。此外，NMOS334通过栅极334G耦合到图2的电阻控制器270(未示出)，使得NMOS 334在栅极334G处接收控制信号(例如，由如上所述图2的电阻控制器270产生并在图3中示为VC1的第一控制信号)以将NMOS 334用作上文所述的开关，以便选择性地将第二电阻330与第一电阻328和/或第三电阻332进行并联耦合或解耦来更改第一反馈电阻250的电阻值。第三电阻332耦合在BJT 310的集极310C与NMOS336的源极336S之间。NMOS 336通过源极336S耦合到第三电阻332并通过漏极336D耦合到BJT 302的基极302B。此外，NMOS 336通过栅极336G耦合到图2的电阻控制器270(未示出)，使得NMOS 336在栅极336G处接收控制信号(例如，由如上所述图2的电阻控制器270产生并在图3中示为VC2的第二控制信号)以将NMOS 336用作上文所述的开关，以便选择性地将第三电阻332与第一电阻328和/或第二电阻330进行并联耦合或解耦以更改第一反馈电阻250的电阻值。应当理解的是，第一反馈电阻250可以包括任何数量的电阻和晶体管组合，以能够为第一反馈电阻250选择多个电阻值。此外，还应当注意的是，尽管NMOS 334和NMOS 336示为NMOS晶体管，但是它们也可以实现为BJT晶体管和/或PMOS晶体管的任何组合，第一反馈电阻250的每个晶体管和电阻对可以使用不同的NMOS、PMOS、BJT和/或其它合适的可控开关，不做任何限定。
仍如图3所示，平均电流检测器220包括：突发模式平均值检测器337；放大器340，包括第一输入端(例如，非反相输入端)338、第二输入端(例如，反相输入端)339和输出端341；PMOS 346、348和350；NMOS 343、352和354；以及负载电阻356。NMOS 343、352和354与上述NMOS 314可以以基本相似的方式运行；PMOS 346、348和350与上述PMOS318和320可以以基本相似的方式运行。突发模式平均值检测器337耦合在PMOS 320的漏极320D与放大器340的第一输入端338之间。突发模式平均值检测器337是能够使用任何合适的器件确定突发模式电压和/或电流信号的平均值的任何合适的电气组件，该器件的具体硬件结构和/或方法在此不做限定。例如，突发模式平均值检测器337可以实现为可以将接收到的电流信号转换为电压输出信号的低通滤波器、积分器、采样保持电路或任何其它用于确定突发模式信号的平均值的合适的电气组件或器件。放大器340通过第一输入端338耦合到突发模式平均值检测器337，通过输出端341耦合到NMOS 343的栅极343G，并通过第二输入端339耦合到NMOS的源极343S和负载电阻356。NMOS 343耦合到上述放大器340，通过源极343S耦合到负载电阻356，并通过漏极343D耦合到PMOS 346的漏极346D和栅极346G以及PMOS 348的栅极348G。
PMOS 346通过源极346S耦合到PMOS 348的源极348S和PMOS 350的源极350S，通过漏极346D耦合到NMOS 343的漏极343D、栅极346G和PMOS 348的栅极348G。PMOS348通过源极348S耦合到PMOS 346的源极346S和PMOS 350的源极350S，通过栅极348G耦合到PMOS 346的栅极346G和漏极346D以及NMOS 343的漏极343D，并通过漏极320D耦合到NMOS 352的漏极352D和栅极352G以及NMOS 354的栅极354G。PMOS 346和PMOS348一起包括电流镜，电流镜用于镜像或复制流经PMOS 346的电流，使得流经PMOS 346的电流与流经PMOS 348的电流基本相同。PMOS 350通过源极350S耦合到PMOS 346的源极346S和PMOS 348的源极348S，并通过漏极350D耦合到NMOS 354的漏极354D。此外，PMOS 350在栅极350G处接收参考或偏置电压(VB)，参考或偏置电压的具体值取决于放大器架构200的结构，在此不做限定。在一些实施例中，如前所述，在栅极350G处接收的参考电压是足以使PMOS 350在饱和区中操作的电压，而在其它实施例中，参考电压足以使PMOS 350在饱和区和截止区之间存在的有源区中操作，使得从源极350S流经PMOS 350到达漏极350D的电流(例如，由PMOS 350传导的电流)基本上等于与BJT 310关联的偏置电流(例如，存在于基极310B、集极310C或射极310E处的偏置电流)。NMOS 352通过漏极352D耦合到PMOS 348的漏极348D、栅极352G和NMOS 354的栅极354G，通过栅极352G耦合到漏极352D和NMOS 354的栅极354G，并通过源极352S耦合到地电位360。NMOS 354通过漏极354D耦合到PMOS 350的漏极350D，通过栅极354G耦合到NMOS 352的栅极352G和漏极352D以及PMOS 346的漏极346D，并通过源极354S耦合到地电位360。负载电阻356耦合在放大器340的第二输入端339、NMOS 343的源极343S与地电位360之间。在一些实施例中，负载电阻356和负载电阻326具有基本相同的电阻值，而在其它实施例中，负载电阻356和负载电阻326具有不同的电阻值。
电压源358由任何合适的电气组件(例如，稳压器、电源或其它电压源)提供，并且具有可取决于放大器架构200的结构的任何合适的值。因此，电压源358的具体源极和值在此不做限定。在一些实施例中，源极电压的值可以约为3.3伏。地电位360可以是接地(例如，0伏)、浮动或信号接地(例如，用作测量放大器架构200中其它信号的参考点的非零电压信号)或者如本领域普通技术人员所知的适合于在放大器架构200中实现的任何其它接地连接。此外，在一些实施例中，地电位360在其所有耦合连接上具有基本相同的值，而在其它实施例中，可以在放大器架构200中实现一个或多个不同地电位360。应当注意的是，参考图3论述的各个参考电压可以由任何合适的电气组件提供，如上文参考图2所述。还应当注意的是，尽管未在图3中示出，但是第二放大器230和第二反馈电阻260均可以具有与主放大器210和第一反馈电阻250的结构基本相似的结构，并且第三放大器240和电阻控制270的具体结构在此不做限定，如上所述。
如上所述，BJT 304相对于参考电压偏置，使得在放大器架构200有效运行时BJT304基本上所有时间都在饱和区中操作，因此被视为可能具有相关电压降的短路开关。当主放大器210在具有足够电压和/或电流的BJT 302的基极302B处接收输入电流以使BJT 302导通时，BJT 302在集极302C与射极302E之间传导电流。当BJT 302在饱和区中操作时，还可以视为可能具有相关电压降的短路开关，并且创建一条完整的电路以允许电流从电压源358流经调节电阻322、BJT 304、BJT 302和调节电阻324到达地电位360。在一些实施例中，当NMOS 314在饱和区中操作时，可以绕过调节电阻324，从而为从电压源358流经到接地的电流创建较小阻抗路径。类似地，当BJT 302在饱和区中操作时，存在于BJT 312的基极312B处的电压约为电压源358的值减去反馈电阻322的电压降，这使得BJT 312在饱和区中操作并在集极312C与射极312E之间传导电流。通过BJT 312传导的电流约等于BJT 310的偏置电流(例如，BJT 310在基极310B处接收的电流)减去BJT 302在基极302B处接收的电流。类似地，由BJT 312传导的电流也由PMOS 318进行传导，并且进行镜像以由PMOS 320在源极320S与漏极320D之间传导。
由PMOS 320在源极320S与漏极320D之间传导的电流流经负载电阻326，以产生电压电位并控制由突发模式平均值检测器337接收的电压信号，该电压信号具有的电流约等于BJT310的偏置电流减去BJT302在基极302B处接收的电流。突发模式平均值检测器337确定接收到的信号电位的平均值并将表示平均值的电压输出传递给放大器340。在一些实施例中，放大器340根据运算放大器配置进行配置，该运算放大器配置放大在第一输入端338处接收的输入与在第二输入端339处接收的输入之间的差，并将放大的差用作输出端341处的输出。当放大器340的输出具有的值足以使NMOS 343在饱和区中操作时，NMOS 343在漏极343D与源极343S之间传导电流，从而使电流值约等于BJT 310的偏置电流减去BJT 302在基极302B处接收的电流的电流流经PMOS 346、NMOS 343、负载电阻356到达地电位360。流经PMOS 346的电流通过镜像还流经PMOS 348和NMOS 352。流经NMOS 352的电流通过镜像还流经NMOS 354，从而使电流值约等于BJT 310的偏置电流减去BJT 302在基极302B处接收的电流的电流流经NMOS 354。如上所述，PMOS 350在其栅极350G处相对于参考电压偏置，使得由PMOS 350传导的电流值约等于BJT 310的偏置电流值，从而使从平均电流检测器220的输出端224处流出的电流值约等于在BJT 302在基极302B处接收的电流值，这样第二放大器230在主输入端232处接收的电流信号(图2中各自示出)与主放大器210在主输入端212处接收的电流信号具有大致相同的值。
现在参考图4，示出了自动增益控制方法400的实施例的流程图。当需要放大器具有自动增益控制时，方法400由具有自动增益能力的电气组件(例如，自动增益控制电路或架构，如放大器架构200)实现。在步骤410中，接收输入信号。例如，输入信号由第一放大器(例如，图2的主放大器210)从传感器(例如，图2的电气组件280)接收。在步骤420中，根据增益系数生成主输出。例如，主输出由第一放大器根据增益系数放大输入信号来生成，其中增益系数由第一反馈电阻(例如，图2的第一反馈电阻250)设定。在步骤430中，确定接收到的输入信号的平均值。例如，基于第一放大器的辅助输出确定平均值，其中辅助输出与第一放大器接收的输入信号成正比。在一些实施例中，平均值由平均电流检测器(例如，图2的平均电流检测器220)确定。在步骤440中，与主输出关联的增益控制信号(例如，用于控制第一反馈电阻的电阻值)根据在步骤420中确定的接收到的输入信号的平均值确定。例如，增益控制信号由反馈回路确定，其中该反馈回路包括：第二放大器(例如，图2的第二放大器230)，用于通过根据由第二反馈电阻(例如，图2的第二反馈电阻260)设置的增益放大接收到的输入信号的平均值来复制第一放大器的操作；第三放大器(例如，图2的第三放大器240)，用于将第二放大器的输出与参考值进行比较；以及可选地，电阻控制器(例如，图2的电阻控制器270)，用于同时控制第一反馈电阻和第二反馈电阻的电阻值，使得两个电阻值大致相等。例如，增益控制信号由第三放大器将第二放大器的输出与参考值进行比较并基于该比较输出控制信号来确定。可选地，电阻控制器接收第三放大器的输出并确定用于控制第一反馈电阻、第二反馈电阻、第一放大器和/或第二放大器的一个或多个控制信号。在步骤450中，基于确定的增益控制信号修改主输出。例如，由电阻控制器调节(例如，增大或减小)第一反馈电阻和第二反馈电阻的电阻值来修改主输出(例如，通过使用耦合到晶体管中的一个或多个电阻组合作为开关将电阻切入或切出电路，如通过基于晶体管的饱和区控制晶体管的操作，如上文参考图3所述)，使得第一放大器和第二放大器的增益基于在步骤440中确定的增益控制信号进行调节。
现参考图5，示出了根据本发明各实施例提供的网元500的示意图。网元500可以是任何能够接收输入信号并产生放大的输出信号的合适的处理设备。例如，网元500可以实现图2的放大器架构200并且作为图1的OLT 110和/或ONU 120操作。在各项实施例中，例如，本发明的特征/方法通过硬件、固件和/或安装在硬件上运行的软件来实现。
网元500是通过网络、系统和/或域传输数据和/或向网络中的其它设备提供服务或执行计算功能的设备(例如，接入点、接入点/接入站、路由器、交换机、网关、网桥、服务器、客户端、用户设备、移动通信设备等)。在一项实施例中，网元500是包括本文所公开的放大器架构200的装置和/或系统。
网元500包括一个或多个耦合到收发器(收发器)520的下行端口510，其中收发器(收发器)520是发送器、接收器或它们的组合。收发器520通过下行端口510向其它网元发送帧和/或从其它网元接收帧。类似地，网元500包括多个耦合到多个上行端口540的另一个收发器520，其中收发器520通过上行端口540向其它节点发送帧和/或从其它节点接收帧。下行端口510和/或上行端口540可以包括电气和/或光发送和/或接收组件。在另一项实施例中，网元500包括一个或多个耦合到收发器520的天线(未示出)。收发器520通过一个或多个天线以无线方式向其它计算或存储设备发送数据(例如，数据包)和/或从其它计算或存储设备接收数据(例如，数据包)。收发器520还可以包括或耦合到放大器，该放大器(例如，放大器架构200)用于放大由收发器520接收的突发模式信号。
处理器530耦合到收发器520，用于根据一个或多个突发模式传输等在网元500与另一网元之间进行通信。在一项实施例中，处理器530包括一个或多个多核处理器和/或存储器模块550，用作数据存储器、缓冲器等。处理器530实现为通用处理器或作为一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)和/或数字信号处理器(digital signalprocessor，DSP)的一部分。尽管作为单个处理器示出，但是处理器530并无限制，且可选地包括多个处理器。处理器530还包括用于执行自动增益控制560的处理逻辑。
图5还示出了耦合到处理器530的存储器模块550，是用于存储各种类型的数据的非瞬时性介质。存储器模块550包括存储器设备，存储器设备包括辅助存储器、只读存储器(read-only memory，ROM)和随机存取存储器(random-access memory，RAM)。辅助存储器通常包括一个或多个磁盘驱动器、光驱、固态驱动器(solid-state drives，SSD)和/或磁带驱动器，并且用于数据的非易失性存储，而且如果RAM的容量不足以存储所有工作数据则辅助存储器用作溢流数据存储设备。当加载到RAM中的程序被选择执行时辅助存储器用于存储这类程序。ROM用于存储指令，可能还存储在程序执行期间读取的数据。ROM是非易失性存储器设备，通常具有相对于辅助存储器的大存储容量来说较小的内存容量。RAM用于存储易失性数据，可能还存储指令。访问ROM和RAM通常都快于访问辅助存储器。
存储模块550可以用于容纳用于执行本发明所述的各种实施例的指令。例如，存储器模块550可以包括用于实现自动增益控制560的指令，其中自动增益控制560由处理器530执行。
应当理解，通过将可执行指令编程和/或加载到网元500上来更改处理器530和/或存储器模块550中的至少一个，从而将网元500部分地转换为特定的机器或装置，例如，具有本发明所教示的新颖自动增益控制功能的放大器架构。加载可执行软件至计算机所实现的功能可以通过现有技术中公知的设计规则转换成硬件实施，这在电力工程和软件工程领域是很基础的。决定使用软件还是硬件来实施一个概念通常取决于对设计稳定性及待生产的单元数量的考虑，而不是从软件领域转换至硬件领域中所涉及的任何问题。通常，仍在经受频繁改变的设计优选可在软件中实施，因为重改硬件实施方案比重改软件设计更为昂贵。通常，稳定及大规模生产的设计更适于在硬件(如ASIC)中实施，因为运行硬件实施的大规模生产比软件实施更为便宜。设计通常可以以软件形式进行开发和测试，之后通过现有技术中公知的设计规则转变成ASIC中等同的硬件实施，该ASIC硬线软件指令。由新ASIC控制的机器是一特定的机器或装置，同样地，编程和/或加载有可执行指令的电脑可视为特定的机器或装置。
在一项示例实施例中，网元500包括：接收模块，由第一放大器接收输入信号；输出生成模块，由第一放大器根据增益系数生成主输出；平均模块，由平均值检测器确定接收到的输入信号的平均值；增益控制模块，由反馈回路根据接收到的输入信号的平均值确定增益控制信号；以及输出修改模块，由反馈回路基于增益控制信号修改主输出。在一些实施例中，网元500可以包括用于执行实施例中所述步骤的任何一个或组合的其它模块。此外，在如任何附图中所示或任何权利要求中所述的方法的任何可选或替代实施例或方面中也可能包括类似的模块。
本文公开了在闭环系统中提供自动增益控制的器件。本发明包括为TIA提供闭环增益控制的器件，其中TIA可以在突发模式下操作(例如，接收包括具有时间长度范围从几十纳秒数量级到几十毫秒数量级变化的一个或多个突发信号)。本发明还提供一种装置，该装置包括：第一模块，配置有具有如下功能的器件：接收输入电流，根据输入电流和第一模块的增益生成第一输出信号，以及生成与输入电流成正比的辅助输出；第二模块，耦合到第一模块并且配置有具有如下功能的器件：接收辅助输出并确定以辅助输出表示的输入电流的平均值；第三模块，耦合到第二模块并且配置有具有如下功能的器件：接收输入电流的平均值并根据输入电流的平均值和第三模块的增益生成第二输出信号；第四模块，耦合到第三模块并且配置有具有如下功能的器件：接收第二输出信号，将第二输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果，并根据比较结果控制第一模块的增益和第二模块的增益。
以下条款中还列举了其它实施例。
条款1：一种装置，其特征在于，包括：
第一放大器，用于：
在主输入端处接收输入电流；
根据所述输入电流和所述第一放大器的增益生成第一放大器输出信号；以及
生成与所述输入电流成正比的辅助输出；
平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于：
接收所述辅助输出；以及
确定以所述辅助输出表示的所述输入电流的平均值；
第二放大器，耦合到所述平均值检测器，用于：
接收所述输入电流的所述平均值；
根据所述输入电流的所述平均值和所述第二放大器的增益生成第二放大器输出信号；以及
第三放大器，耦合到所述第二放大器，用于：
接收所述第二放大器输出信号；
将所述第二放大器输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果；以及
根据所述比较结果控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
条款2：根据条款1所述的装置，其特征在于，还包括：
第一反馈电阻，耦合到所述第一放大器，用于提供所述第一放大器的所述增益，其中所述第一反馈电阻的第一电阻值可控；以及
第二反馈电阻，耦合到所述第二放大器，用于提供所述第二放大器的所述增益，其中所述第二反馈电阻的第二电阻值可控。
条款3：根据条款1或2所述的装置，其特征在于，还包括电阻控制器，耦合到所述第三放大器、所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻，其中所述电阻控制器用于：
从所述第三放大器接收所述比较结果；
确定电阻控制信号；以及
根据所述电阻控制信号控制所述第一反馈电阻的所述第一电阻值和所述第二反馈电阻的所述第二电阻值，以控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
条款4：根据条款1至3中任一条所述的装置，其特征在于，所述电阻控制器还耦合到所述第一放大器和所述第二放大器，所述电阻控制器还用于根据所述电阻控制信号控制所述第一放大器和所述第二放大器的至少一部分。
条款5：根据条款1至4中任一条所述的装置，其特征在于，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均包括多个电阻，并且所述多个电阻中的至少一个可由所述电阻控制器根据所述电阻控制信号单独控制，从而控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
条款6：根据条款1至5中任一条所述的装置，其特征在于，所述输入电流接收自光电二极管。
条款7：根据权条款1至6中任一条所述的装置，其特征在于，所述第二放大器与所述第一放大器的结构、电气特性和机械特性均相同。
条款8：根据条款1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述输入电流是由光网络单元接收的突发模式信号。
条款9：一种光网络系统，其特征在于，包括：
光线路终端(optical line terminal，OLT)；以及
光网络单元(optical network unit，ONU)，耦合到所述OLT，用于通过光信号与所述OLT进行通信；其中
所述OLT或所述ONU中的至少一个包括闭环增益可控转移阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA)，所述闭环增益可控TIA包括：
第一放大器，用于：
接收输入信号；
通过根据所述第一放大器的增益系数放大所述输入信号来生成主输出信号；以及
生成与所述输入信号成正比的辅助输出；
平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于：
接收所述辅助输出；以及
根据所述辅助输出确定所述输入信号的平均值；以及
反馈回路，耦合到所述第一放大器和所述平均值检测器，用于根据所述输入信号的所述平均值控制所述第一放大器的所述增益系数。
条款10：根据条款9所述的光网络系统，其特征在于，所述闭环增益可控TIA还包括耦合到所述第一放大器的第一反馈电阻，并且所述第一放大器的所述增益系数根据所述第一反馈电阻的电阻值确定。
条款11：根据条款9或10所述的光网络系统，其特征在于，所述反馈回路包括：
第二放大器，耦合到所述平均值检测器，用于：
接收所述输入信号的所述平均值；以及
通过根据所述第二放大器的增益系数放大所述输入信号的所述平均值来生成第二输出信号；
第二反馈电阻，耦合到所述第二放大器，其中所述第二放大器的所述增益系数根据所述第二反馈电阻的电阻值确定；
第三放大器，耦合到所述第二放大器，用于将所述第二输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果；以及
控制器，耦合到所述第三放大器、所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻，用于：
接收所述比较结果；
根据所述比较结果确定控制信号；以及
根据所述控制信号控制所述第一反馈电阻的所述电阻值和所述第二反馈电阻的所述电阻值以更改所述第一放大器的所述增益系数。
条款12：根据条款9至11中任一条所述的光网络系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器相同。
条款13：根据条款9至12中任一条所述的光网络系统，其特征在于，所述控制器还耦合到所述第一放大器和所述第二放大器，并且所述控制器还用于根据所述控制信号控制所述第一放大器和所述第二放大器的至少一部分。
条款14：根据条款9至13中任一条所述的光网络系统，其特征在于，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均包括多个电阻，并且所述多个电阻中的至少一个可由所述控制器根据所述控制信号单独控制，从而控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
条款15：根据条款9至14中任一条所述的光网络系统，其特征在于，所述第一放大器还耦合到光电二极管，并且所述第一放大器从所述光电二极管接收所述输入信号。
条款16：一种方法，其特征在于，包括：
第一放大器接收输入信号；
所述第一放大器根据增益系数生成主输出；
平均值检测器确定所述接收到的输入信号的平均值；
反馈回路根据所述接收到的输入信号的所述平均值确定增益控制信号；以及
所述反馈回路基于所述增益控制信号修改所述主输出。
条款17：根据条款16所述的方法，其特征在于，所述确定增益控制信号包括：
第二放大器接收所述接收到的输入信号的所述平均值；
所述第二放大器根据第二增益系数生成第二输出；以及
第三放大器将所述第二输出与参考值进行比较以确定所述增益控制信号。
条款18：根据条款16或17所述的方法，其特征在于，所述基于所述增益控制信号修改所述主输出包括：
控制器接收所述增益控制信号；以及
所述控制器修改反馈电阻的电阻值，其中所述反馈电阻用于控制与所述主输出关联的所述增益系数。
条款19：根据条款16至18中任一条所述的方法，其特征在于，所述修改所述反馈电阻的所述电阻值包括：基于晶体管的饱和区控制晶体管的操作。
条款20：根据条款16至19中任一条所述的方法，其特征在于，所述输入信号接收自光电二极管。
术语“耦合”的使用可以指直接耦合或间接耦合。除了第一组件与第二组件之间的连线、迹线或其它介质之外，当不存在中间组件时，第一组件直接耦合到第二组件。除了第一组件与第二组件之间的连线、迹线或其它介质之外，当存在中间组件时，第一组件间接耦合到第二组件。术语“耦合”及其变体包括直接耦合和间接耦合。除非另有说明，否则使用术语“约”是指以下描述的数字的±10％。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或集成。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，包括：
第一放大器，用于：
在主输入端处接收输入电流；
根据所述输入电流和所述第一放大器的增益生成第一放大器输出信号；以及
生成与所述输入电流成正比的辅助输出；
平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于：
接收所述辅助输出；以及
确定以所述辅助输出表示的所述输入电流的平均值；
第二放大器，耦合到所述平均值检测器，用于：
接收所述输入电流的所述平均值；
根据所述输入电流的所述平均值和所述第二放大器的增益生成第二放大器输出信号；以及
第三放大器，耦合到所述第二放大器，用于：
接收所述第二放大器输出信号；
将所述第二放大器输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果；以及
根据所述比较结果控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
第一反馈电阻，耦合到所述第一放大器，用于提供所述第一放大器的所述增益，其中所述第一反馈电阻的第一电阻值可控；以及
第二反馈电阻，耦合到所述第二放大器，用于提供所述第二放大器的所述增益，其中所述第二反馈电阻的第二电阻值可控。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括耦合到所述第三放大器、所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻的电阻控制器，其中所述电阻控制器用于：
从所述第三放大器接收所述比较结果；
确定电阻控制信号；以及
根据所述电阻控制信号控制所述第一反馈电阻的所述第一电阻值和所述第二反馈电阻的所述第二电阻值，以控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电阻控制器还耦合到所述第一放大器和所述第二放大器，并且所述电阻控制器还用于根据所述电阻控制信号控制所述第一放大器和所述第二放大器的至少一部分。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均包括多个电阻，并且所述多个电阻中的至少一个可由所述电阻控制器根据所述电阻控制信号单独控制，以控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述输入电流接收自光电二极管。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二放大器与所述第一放大器的结构、电气特性和机械特性均相同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述输入电流是由光网络单元接收的突发模式信号。
9.一种光网络系统，其特征在于，包括：
光线路终端(optical line terminal，OLT)；以及
光网络单元(optical network unit，ONU)，耦合到所述OLT，用于通过光信号与所述OLT进行通信；其中
所述OLT或所述ONU中的至少一个包括闭环增益可控转移阻抗放大器(transimpedanceamplifier，TIA)，所述闭环增益可控TIA包括：
第一放大器，用于：
接收输入信号；
通过根据所述第一放大器的增益系数放大所述输入信号来生成主输出信号；以及
生成与所述输入信号成正比的辅助输出；
平均值检测器，耦合到所述第一放大器，用于：
接收所述辅助输出；以及
根据所述辅助输出确定所述输入信号的平均值；以及
反馈回路，耦合到所述第一放大器和所述平均值检测器，用于根据所述输入信号的所述平均值控制所述第一放大器的所述增益系数。
10.根据权利要求9所述的光网络系统，其特征在于，所述闭环增益可控TIA还包括耦合到所述第一放大器的第一反馈电阻，并且所述第一放大器的所述增益系数根据所述第一反馈电阻的电阻值确定。
11.根据权利要求10所述的光网络系统，其特征在于，所述反馈回路包括：
第二放大器，耦合到所述平均值检测器，用于：
接收所述输入信号的所述平均值；以及
通过根据所述第二放大器的增益系数放大所述输入信号的所述平均值来生成第二输出信号；
第二反馈电阻，耦合到所述第二放大器，其中所述第二放大器的所述增益系数根据所述第二反馈电阻的电阻值确定；
第三放大器，耦合到所述第二放大器，用于将所述第二输出信号与参考信号进行比较以确定比较结果；以及
控制器，耦合到所述第三放大器、所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻，用于：
接收所述比较结果；
根据所述比较结果确定控制信号；以及
根据所述控制信号控制所述第一反馈电阻的所述电阻值和所述第二反馈电阻的所述电阻值以更改所述第一放大器的所述增益系数。
12.根据权利要求11所述的光网络系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器相同。
13.根据权利要求11或12所述的光网络系统，其特征在于，所述控制器还耦合到所述第一放大器和所述第二放大器，并且所述控制器还用于根据所述控制信号控制所述第一放大器和所述第二放大器的至少一部分。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的光网络系统，其特征在于，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均包括多个电阻，并且所述多个电阻中的至少一个可由所述控制器根据所述控制信号单独控制，以控制所述第一放大器的所述增益和所述第二放大器的所述增益。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的光网络系统，其特征在于，所述第一放大器还耦合到光电二极管，并且所述第一放大器从所述光电二极管接收所述输入信号。
16.一种方法，其特征在于，包括：
第一放大器接收输入信号；
所述第一放大器根据增益系数生成主输出；
平均值检测器确定所述接收到的输入信号的平均值；
反馈回路根据所述接收到的输入信号的所述平均值确定增益控制信号；以及
所述反馈回路基于所述增益控制信号修改所述主输出。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述确定增益控制信号包括：
第二放大器接收所述接收到的输入信号的所述平均值；
所述第二放大器根据第二增益系数生成第二输出；以及
第三放大器将所述第二输出与参考值进行比较以确定所述增益控制信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基于所述增益控制信号修改所述主输出包括：
控制器接收所述增益控制信号；以及
所述控制器修改反馈电阻的电阻值，其中所述反馈电阻用于控制与所述主输出关联的所述增益系数。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述修改所述反馈电阻的所述电阻值包括基于晶体管的饱和区控制所述晶体管的操作。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入信号接收自光电二极管。
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