CN110692207A - 自动光学反射计功率调节 - Google Patents

Abstract

描述了发送器的输出功率的自动调节。在一个实施方式中，光学发送器被引导传输光脉冲通过通信链路例如光纤电缆并且参考该传输来启动计时器。对发送器的输出抽头进行监测以检测光脉冲的传输以及由于该传输而发生的任何反射事件。对最终反射事件进行识别，连同使用计时器的对与最终反射事件相关联的计时。基于计时来估计通信链路的长度。基于所估计的通信链路的长度来计算发送器的更新输出功率。当链路的长度小于所预期的长度时，可以在接收器处保持最小功率裕度的同时降低发送器的输出功率。

Description

自动光学反射计功率调节

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月11日提交的美国申请第15/484,741号的优先权和权益，其全部内容在此通过引用并入本文。

背景技术

光学通信链路可以被实施为单个端至端光学电路。光学纤维是光学链路的一个示例。在大多数情况下，光学纤维是通过将玻璃或塑料拉成合适的小直径而制成的柔性透明纤维。光学纤维可以用作一种在光纤通信中传输光并且与导线电缆相比允许在相对较长的距离和相对较高的带宽上进行数据传输的手段。在一些情况中因为信号沿光学纤维行进具有较小损耗并且没有电磁干扰，所以光学纤维也是优选的。

光学时域反射计(OTDR)是一种可以用于评估光学链路或光学纤维的光电仪器。OTDR在功能上类似于用于铜导线的时域反射计，但是OTDR用于表征光学链路。OTDR将一个或更多个光学脉冲传输至光学链路中并且分析被反射或散射回来的任意光。被散射的光或被反射的光可以用于评估光学链路。这类似于时域反射计测量由被测试导线的阻抗的变化引起的反射的方式。

发明内容

描述了发送器的输出功率的自动调节。在一个实施方式中，光学发送器被引导传输光脉冲通过通信链路例如光纤电缆并且参考该传输来启动计时器。对发送器的输出抽头进行监测以检测光脉冲的传输以及由于该传输而发生的任何反射事件。对最终反射事件进行识别，连同使用计时器的对与最终反射事件相关联的计时。基于计时来估计通信链路的长度。基于所估计的通信链路的长度来计算发送器的更新输出功率。当链路的长度小于所预期的长度时，可以在接收器处保持最小功率裕度的同时降低发送器的输出功率。

在另一实施方式中，一种用于降低发送器功率的方法包括监测光子集成电路(PIC)发送器的输出抽头以检测光脉冲通过耦接至PIC发送器的光缆的传输。该方法还包括基于光脉冲的传输来参考计时器以及监测PIC发送器的输出抽头以响应于光脉冲通过光缆的传输来检测至少一个反射事件。在一个示例情况下，至少一个反射事件可以包括最终反射事件。该方法还包括参考计时器来识别与最终反射事件相关联的计时以及基于与最终反射事件相关联的计时来调整PIC发送器的输出功率。识别与最终反射事件相关联的计时可以包括计算光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔。

在一个示例中，调整可以包括降低提供至PIC发送器中的光发射器或光学调制器中的至少之一的偏置电压或调制电压中的至少之一。在另一示例中，至少一个反射事件还可以包括在光脉冲的传输与最终反射事件之间检测到的中间反射事件。在这种情况下，调整还可以包括基于光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔以及至少一个中间反射事件的大小来降低输出功率。

该方法还可以包括基于时间间隔和光缆的平均折射率值来估计光缆的长度。在这种情况下，调整PIC发送器的输出功率可以包括基于光缆的长度来计算输出功率。在另一示例中，调整PIC发送器的输出功率可以包括基于光缆的长度来降低输出功率以在接收器处保持最小功率裕度。

在另一实施方式中，一种设备包括光子发送器。光子发送器包括光发射器和输出端口抽头。该设备还包括驱动器和控制器。控制器可以被配置成监测光子发送器的输出抽头以检测来自光子发送器的光脉冲的传输。控制器还可以基于光脉冲的传输来参考计时器以及监测光子发送器的输出抽头以响应于光脉冲的传输来检测至少一个反射事件。在一个示例情况下，至少一个反射事件可以是最终反射事件。控制器还可以参考计时器来识别与最终反射事件相关联的计时以及基于光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔来调节光子发送器的输出功率。在实施方式的其他方面中，控制器还可以被配置成降低提供至光子发送器中的光发射器或光学调制器中的至少之一的偏置电压或调制电压中的至少之一。

在另一示例中，至少一个反射事件还可以包括在光脉冲的传输与最终反射事件之间检测到的至少一个中间反射事件。在这种情况下，控制器还可以被配置成基于光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔以及至少一个中间反射事件来降低输出功率。控制器还可以计算光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔。控制器还被配置成基于时间间隔和光缆的平均折射率值来估计耦接至光子发送器的光缆的长度。控制器还被配置成基于光缆的长度来估计输出功率。

在另一实施方式中，一种用于降低发送器功率的方法包括监测光子发送器的输出抽头以检测来自光子发送器的光脉冲的传输。该方法还包括监测光子发送器的输出抽头以响应于光脉冲的传输来检测至少一个反射事件。至少一个反射事件可以包括最终反射事件。该方法还包括基于光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔来调整光子发送器的输出功率。

调整光子发送器的输出功率可以包括降低提供至光子发送器中的光发射器或光学调制器中的至少之一的偏置电压或调制电压中的至少之一。调整输出功率还可以包括基于光脉冲的传输与最终反射事件之间的时间间隔以及光脉冲的传输与最终反射事件之间的中间反射事件的大小来降低输出功率。

该方法还可以包括基于时间间隔和光缆的平均折射率值来估计耦接至光子发送器的光缆的长度。在这种情况下，调整光子发送器的输出功率还可以包括基于光缆的长度来计算输出功率。

附图说明

参照以下附图可以更好地理解本公开内容的各方面。应当注意，附图中的元件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地示出实施方式的原理上。在附图中，贯穿若干视图相似的附图标记表示相似的或相应的但不一定相同的元件。

图1示出了根据本文描述的各种实施方式的示例数据通信系统和用于该通信系统的链路预算。

图2示出了根据本文描述的各种实施方式的用于图1中示出的数据通信系统的示例发送器。

图3示出了根据本文描述的各种实施方式的示例发光二极管的示例光输出功率与输入电流关系的曲线。

图4示出了根据本文描述的各种实施方式的在图1中示出的数据通信系统中执行的自动光学反射计功率调节的处理。

具体实施方式

随着对于数据传递的需求增加，对于附加数据收发器的需求也增加。在添加收发器的情况下，特别是在数据收发器及其相关设备的密度相对密集的数据中心中，由数据收发器消耗的功率可能会变得很大。

对于光学通信系统，发送器中对功耗的主要贡献之一是对激光器的输出进行偏置和调制所需的功率量。例如，如果发送器使用恒定波(CW)激光器和单独的调制器，则对于激光器和调制器需要单独的偏置电流或偏置电压。可以将激光器偏置电压设置为处于以最小光学输出功率水平(例如以dBm为单位)传输光所需的水平或高于以最小光学输出功率水平(例如以dBm为单位)传输光所需的水平，并且可以将调制器偏置电压和驱动电压设置为处于满足最小消光比所需的水平或高于满足最小消光比所需的水平，最小光学输出功率水平和最小消光比两者都可以通过行业标准或行业多源协议(MSA)来指定。需要这些最小光学输出功率水平和最小消光比以确保接收器接收到足够的光学功率水平(例如以dBm为单位)以正常地工作。

任何给定的发送器都可以被设计和分级为最小链路距离例如100米、2km或10km，并且必须在最小发送功率水平下操作以确保在最小链路距离上足以与接收器进行通信的足够的光学链路预算。实际上，在通信系统中的端口之间以额定的完全链路距离安装相对较少的发送器和接收器对。在一些情况下，发送器和接收器对可能仅间隔几米，而额定的完全链路距离则为千米或更长。

例如，从数据中心中的端口之间的距离的较宽分布来看，通常情况是大量的发送器和接收器对以具有比额定链路距离明显短的链路距离安装在端口之间。然而，每个发送器均在使用足以在链路的完全额定距离处进行操作的光学功率发送数据。

如果接收器监测到其所接收到的数据流中的误码，则可以基于来自第二端口处的所连接的接收器的反馈对第一端口处的发送器的光学功率水平进行调节。作为一个示例，第一端口处的发送器可以以小的增量降低其输出功率直至第二端口处的所连接的接收器开始看到误码为止。然后，接收器可以通过辅助或控制数据流向发送器发送信号以指示发送器增加其输出功率和/或保持其输出功率以进行传输。然而，这种通过反馈的自适应输出功率可能没有被任何标准或MSA限定，因此该功能在需要多厂商互操作性或者发送器和接收器由不同厂商制造的系统中会不起作用。

在上面概述的上下文中，可以依靠在保持相对无误差的数据传输的同时可以自动地或独立地估计链路长度并且调节(例如降低)其输出功率的光学发送器来节省功率。在下面描述的一个实施方式中，光学发送器被引导传输光脉冲通过通信链路例如光纤电缆，并且参考该传输启动计时器。对发送器的输出抽头进行监测以检测光脉冲的传输以及由于该传输而发生的任何反射事件。对最终反射事件进行识别，连同使用计时器的对与最终反射事件相关联的计时。基于计时来估计通信链路的长度。基于所估计的通信链路的长度来计算发送器的更新输出功率。当链路的长度小于所预期的长度时，可以在接收器处保持最小功率裕度的同时降低发送器的输出功率。

转向附图，图1示出了根据本文描述的各种实施方式的示例数据通信系统100和用于该通信系统100的链路预算140。数据通信系统100是代表性的并且作为用于描述实施方式的各个方面的上下文被提供。实施方式不限于与任何特定类型的通信系统、发送器、接收器或数据通信链路一起使用。

如图1的示例所示，数据通信系统100包括发送器110、接收器120以及用于在发送器110与接收器120之间进行数据通信的数据通信链路130。在一个示例中，发送器110可以被实施为光学发送器例如发光二极管发送器、激光二极管发送器或光子集成电路(PIC)激光发送器以及其他类型的光学发送器。

在一个示例情况下，发送器110可以包括耦接至一个或更多个光学调制器的一个或更多个分布式反馈(DFB)激光二极管、光学多路复用器、监测光电检测器和至数据通信链路130的输出耦合器以及其他部件。在发送器110中的光学调制器可以被配置成对由激光二极管输出的光进行调制，并且调制光可以被光学地耦接至数据通信链路130以光学传输至接收器120。因此，发送器110中的激光二极管可以是耦接至光学调制器的CW DFB激光器。在其他情况下，本文描述的概念可以应用于具有电吸收调制激光器(EML)的发送器或具有直接调制激光器(DML)的发送器，在直接调制激光器(DML)情况下可以省略发送器110中的光学调制器。

接收器120可以被实施为包括一个或更多个光电检测器的任何合适的光学接收器或用于接收并检测由发送器110传输通过数据通信链路130的调制光的其他光电转换器。接收器120将来自数据通信链路130的调制光转换为一个或更多个电(例如数字)信号以由接收器120中的接收电路系统进行处理。接收电路系统可以包括模拟电路系统和数字电路系统的组合例如跨阻抗和/或限幅放大器、时钟恢复电路系统、锁相环电路系统、数据恢复电路系统等。接收器120中的接收电路系统可以被配置成产生通过数据通信链路130接收的调制光的电模拟表示，将模拟表示转换为数字信号并且从数字信号中恢复时钟信号和数据信号。

数据通信链路130可以被实施为能够承载在发送器110与接收器120之间的光例如由发送器110生成的调制光的一个或更多个光学纤维。例如，数据通信链路130在各种实施方式中可以被实施为具有任意长度的一个或更多个单模光学纤维或多模光学纤维。如图1所示，数据通信链路130在发送器连接器耦接131处耦接至发送器110并且在接收器连接器耦接132处耦接至接收器120。

沿数据通信链路130可以发现多个附加的连接器133至135和接合136。特别地，因为在一些情况下数据通信链路130可以由多个长度的光学纤维形成，所以连接器133至135表示沿数据通信链路130的其中可能通过使用光学纤维连接器将光纤的长度耦接在一起的点。此外，接合136表示两个长度的光学纤维在没有连接器的情况下耦接在一起的位置。

链路预算140提供了从发送器110发送的调制光在沿数据通信链路130行进时的功率142的代表性示例。如图1所示，功率142与数据通信链路130的长度成线性比例地衰减，其中多个功率下降153至155分别对应于连接器133至135，并且功率下降156对应于接合136。

在图1所示的示例中，来自发送器110的调制光在其到达接收器120时的功率142与接收器120的灵敏度下限之间存在功率裕度160。如果调制光的功率142在调制光被接收时下降到低于接收器120的灵敏度下限，则接收器120不能从调制光中可靠地恢复(例如以足够的信噪比解调)数据。链路预算140中的功率裕度160的存在意味着接收器120应该能够可靠地恢复来自发送器110的调制光中的数据。

然而，对于可靠的通信而言，对于数据通信系统100中的功率裕度160特别地大(例如以dBm或相关度量为单位)是不必要的。相反，较大的功率裕度可能指示功率的低效使用，这是因为发送器110正在使用超过所需功率的量来发送调制光。

图2示出了根据本文描述的各种实施方式的图1中示出的发送器110的附加部件。在其他支持电路系统或部件中，发送器110包括控制器200、光学发送器220和驱动器270。图2中示出的发送器110的元件作为代表性示例被提供。发送器110可以包括其他元件或省略图2中所示的一个或更多个元件。此外，控制器200、光学发送器220和驱动器270中的一个或更多个可以一起集成在单个半导体芯片上或者在附加芯片之间划分成较大的芯片组以进行数据通信。

控制器200和驱动器270可以被设计为用于支持、控制和驱动光学发送器220的集成电路芯片。控制器200、光学发送器220和驱动器270可以通过包括串行接口、并行接口及其组合的专有本地接口和/或标准本地接口280至282中的一个或更多个彼此进行接口。在这种情况下，接口可以包括数字控制和/或模拟控制、驱动器、反馈等接口的任意合适的组合。在一些情况下，控制器200、光学发送器220和驱动器270可以以标准形状因子包装例如完整的发送器光学子组件(TOSA)、四通道小形状因子可插拔(QSFP)形状因子包装或者可能通过MSA指定的其他合适的包装或形状因子被包装在一起。控制器200、光学发送器220和驱动器270也可以以称为板上芯片的方法直接安装在系统电路板上。

控制器200可以被实施为通用处理或专用集成电路(ASIC)控制芯片或设备用于控制光学发送器220的操作。在这种情况下，控制器200可以被设计成根据一个或更多个光学通信标准来控制光学发送器220。

通常，控制器200被配置成控制光学发送器220的操作并且调整和监测光学发送器220的配置和状态。例如，通过与光学发送器220的本地接口280和/或与驱动器270的本地接口281，控制器200被配置成控制和监测光学发送器220的温度、输出功率以及其他操作特性和参数。为此，如图1所示，控制器200包括计时器210、事件检测器211、链路估计器212、功率计算器213、调整模块214和存储器215以及其他元件。控制器200的操作和功能在下面进一步详细描述。

光学发送器220可以被实施为集成光学发送器芯片或设备。在一个示例情况下，光学发送器220被设计成生成四个单纵模连续波(CW)激光色调，在色调上施加高速数字调制并且将调制的色调波长多路复用至公共输出端口上以耦接至数据通信链路130中并且传输至接收器120。控制器200通过如本文描述的本地接口280耦接至光学发送器220以控制光学发送器220的功率输出、调制和其他功能。

如图2所示，光学发送器220包括四个发光二极管221至224、光学调制器231至234、多路复用器240和光电检测器251至254以及其他元件。在一个示例中，例如，发光二极管221至224可以被实施为在1260nm至1360nm波长的O波段范围中操作的分布式反馈(DFB)激光二极管。在其他情况下，例如，发光二极管221至224可以被实施为通过任何合适的制造技术形成并且在诸如C波段或L波段的其他波长范围中操作的其他类型的发光二极管或激光二极管(例如VCSEL等)。根据实施方式的各方面光学发送器220的操作和输出功率可以由控制器200和/或驱动器270来控制。

光学发送器220包括光学调制器231至234，所述光学调制器231至234可以被实施为任何合适类型的能够进行高速数字调制(例如非归零(NRZ))的光学调制器。调制器可以被设计为具有可调节的消光比和高眼图波罩余量(eye mask margin)。发光二极管221至224的输出使用光学发送器220中的光学波导分别耦接至光学调制器231至234。光学调制器231至234被设计成并且被配置成如下面进一步详细描述的沿驱动器270的方向并且在控制器200的控制下对从发光二极管221至224输出的光进行调制。因此，光学发送器220包括CWDFB激光器，因为发光二极管221至224没有被直接调制。在其他情况下，例如，如果发光二极管221至224不在CW模式下操作，则本文描述的构思可以应用于EML或DML并且可以使用由驱动器270提供的调制电压来对发光二极管221至224进行调制。在这些情况下，可以省略光学调制器231至234。

光学发送器220还包括多路复用器240。多路复用器240可以操作为波分复用器(WDM)例如4:1粗波分复用器(CWDM)并且提供将波长多路复用的光输出信号耦合至光学发送器220的公共输出端口上以传输至接收器120。

光电检测器251至254可以被实施为能够分别测量从发光二极管221至224发射的光的输出功率的传感器。在这种情况下，光电检测器251至254中的每一个可以输出表示从发光二极管221至224发射的光的输出功率的电信号，并且这些信号可以作为参考被提供至控制器200以用于光学发送器220的闭环控制。另外地，可以依靠光电检测器251至254进行系统初始化和闭环控制。

光电检测器255类似于光电检测器251至254，但是光电检测器255测量来自多路复用器240的波长复用的光学输出信号的输出功率。光电检测器255可以用于确认光学发送器220和数据通信链路130的输出光学的对准。除了测量从多路复用器240发送的输出信号的功率以外，光电检测器255还可以测量通过数据通信链路130反射回至光学发送器220的光的功率。因为光电检测器255可以用于测量反射回的光的功率，所以发送器110可以包括类似于由如本文描述的光学时域反射计(OTDR)执行的那些功能的某些功能。

驱动器270可以被实施为用于高速输入数据恢复、重构和调节、时钟恢复和数据重计时以及驱动偏置和调制输出(例如电流和/或电压)的集成电路设备。为了进行控制，驱动器270可以包括通过本地接口281可被其他设备例如控制器200访问的多个内部寄存器。内部寄存器的值可以以编程方式从驱动器270读取和/或写入驱动器270以评估和调节驱动器270的操作状态和参数。

输入数据信号290的一个或更多个信道可以被提供至驱动器270。为了对输入数据信号290上的基础数据进行恢复和重构，驱动器270可以包括自适应或可编程输入缓冲器、滤波器、均衡器等。驱动器270也可以包括自适应或可编程时钟和数据恢复(CDR)电路。CDR被配置成从输入数据信号290提取高速时钟并且利用所提取的时钟对数据进行重新计时。以此方式，CDR可以从输入数据信号290中去除抖动并且改善用于数据通信的抖动预算。作为一个示例，例如，CDR电路可以以编程方式将输入数据信号290的每个信道重新计时为某个比特率例如诸如25.78Gbps、27.95Gbps或28.05Gbps。CDR还可以通过本地接口281将监测时钟输出以及其他信号和信息提供至控制器200。

驱动器270还包括被配置成将偏置功率和/或调制功率291提供至光学调制器231至234的驱动器电路系统。特别地，基于通过输入数据信号290接收的数据，驱动器270中的驱动器电路系统可以将偏置功率和/或调制功率(例如偏置电压和/或调制电压)提供至光学发送器220中的光学调制器231至234。驱动器电路系统可以被编程成提供以一定的增量的一定范围的偏置电压和/或调制电压。另外，控制器200可以被编程成基于发光二极管221至224的类型和操作特性以及操作条件将一定范围的偏置功率提供至发光二极管221至224。

在一种配置中，驱动器270和控制器200可以被编程成在相对狭窄范围的电流和/或电压内将偏置功率和/或调制功率提供至光学发送器220以满足MSA中限定的某些要求。例如，MSA可以限定通过数据通信链路130的某个长度例如100m、2km或10km的数据通信。在这种情况下，为了实现在接收器120的一侧处具有合适的功率裕度的数据通信，驱动器270和控制器200可以被编程成提供在一定范围的电流和/或电压内的功率以满足功率裕度。

图3示出了对于示例激光二极管在各种操作温度下的示例光输出功率与输入电流(L/I)关系的曲线。图3中示出的L/I曲线作为在各种操作温度下发光二极管221至224中之一的代表性示例被提供，但是应当理解，其他类型的发光二极管可能显示出其他L/I曲线(例如，具有其他斜率、较高的效率、较低的效率等)。

参照作为示例的图3，控制器200中的控制电路系统可以被编程成提供在一定范围的电流内(例如25mA至75mA等)的偏置功率，从而从发光二极管221至224提供足够的输出功率以满足根据MSA的在数据通信链路130的某个最小长度处的数据通信的功率裕度。然而，发送器110与接收器120之间的数据通信链路130的实际长度例如可能显著小于MSA中限定的实际长度，特别是在通信端口可能位于仅间隔几米的数据中心中。因此，如果数据通信链路130的长度小于MSA中限定的长度，则控制器200可以被编程成在仍然从光学发送器220提供足够的输出功率以在较短的链路长度处进行数据通信的同时将较小的偏置功率提供至发光二极管221至224。当考虑到通过若干光学通信链路时，功率的这种降低可以产生显著的功率节省和成本。

根据实施方式的各方面，发送器110的控制器200被配置成估计数据通信链路130的长度并且调节(例如降低)发光二极管221至224中的一个或更多个的输出功率。可以在保持与接收器120的相对无误的数据传输的同时对输出功率进行调节。为此，控制器200包括ASIC逻辑、电路系统、程序代码(例如机器可读指令)、寄存器、存储器等的组合以提供类似于由OTDR提供的功能的功能。根据本文描述的示例，控制器200包括计时器210、事件检测器211、链路估计器212、功率计算器213、调整模块214和存储器215以及其他元件，以估计数据通信链路130的长度并且调节发光二极管221至224的输出功率。

在此，在转向参照图4的更详细的描述之前提供了对控制器200的自动功率调节特性的介绍。例如，自动功率调节特性可以通过存储在存储器215中的内部配置参数、寄存器或标志来激活。以此方式，安装有发送器110的主机设备可以例如通过本地接口283配置控制器200以启用自动功率调节特性。

当启用自动功率调节特性时，控制器200被配置成在对发送器110上电或初始化时或在任何其他合适的时间处执行自动链路长度评估和输出功率调节程序。首先，控制器200被配置成引导光学发送器220和/或驱动器270降低(消除或几乎消除)被传输通过数据通信链路130的任何光的输出功率并且保持降低的输出达一段足够长的时间。为此，控制器200可以降低提供至发光二极管221至224的偏置功率和/或引导驱动器270降低提供至光学调制器231至234的偏置功率。控制器200还可以引导驱动器270发送某种类型的数据、某种模式的数据等。控制器200还可以监测光学发送器220的光电检测器255的输出以确保被发送的光输出功率已经被充分降低一段足够的时间以测试数据通信链路130。

一旦数据通信链路已经准备好用于测试，则控制器200被配置成引导光学发送器220和/或驱动器270传输光脉冲通过数据通信链路130。光脉冲可以具有用于测量通过数据通信链路130的反射的任何合适的输出功率水平、长度等。光脉冲可以：使用发光二极管221至224中一个或更多个的任意组合被传输；根据某种类型的数据或某种模式的数据由光学调制器231至234进行调制或未进行调制；以及通过多路复用器240以任何合适的方式进行组合。

进而，事件检测器211被配置成监测光学发送器220的光电检测器255的输出以检测光脉冲通过数据通信链路130的传输。事件检测器211被配置成响应于光脉冲通过数据通信链路130的传输而启动和/或参考计时器210。与光脉冲的传输相关联的初始传输计时可以被存储在存储器215中用于稍后的参考。初始传输计时可以是绝对计时或相对计时并且可以根据由计时器210计数的任何合适的度量(例如，秒、周期等)进行限定。

除了光脉冲的初始传输以外，事件检测器211还被配置成监测光电检测器255以检测来自通过数据通信链路130接收回的脉冲的反射。反射可以归因于例如参照图1的如上面描述的连接器133至135和接合136的反射离开。事件检测器211被配置成响应于检测通过数据通信链路130接收回的光的任何反射来参考计时器210。与反射中的每一个相关联的参考计时可以被存储在存储器215中用于稍后的参考。另外地，事件检测器211可以存储与反射中的每一个的大小或强度有关的数据。可以依靠反射的大小来估计如下面描述的沿数据通信链路130的功率损耗。

事件检测器211还被配置成基于光电检测器255的输出来监测并且识别最终反射事件。最终反射事件可以归因于光脉冲从接收器120处的接收器连接器耦接132反射离开。另外，事件检测器211被配置成响应于最终反射事件的检测来参考计时器210。与最终反射相关联的最终计时可以存储在存储器215中以用于稍后的参考。例如，当在预定的时间段内未检测到另外的反射事件时，可以通过事件检测器211将最终反射事件与其他较早的反射事件区分开。预定的时间段可以基于数据通信链路130的预期最大长度来预先计算。

在通过事件检测器211识别最终反射事件之后，链路估计器212被配置成计算传输光脉冲时的时间与检测到最终反射事件时的时间之间的时间间隔。例如，链路估计器212可以计算与光脉冲的初始传输相关联的初始传输计时和与最终反射事件相关联的最终计时之间的时间间隔，因为这些计时被存储在存储器215中。

链路估计器212还被配置成基于初始传输计时与最终计时之间的时间间隔和数据通信链路130的平均折射率值来估计数据通信链路130的长度。在光学纤维中，纤维延迟与光通过纤维的光学纤芯行进指定距离所花费的时间有关。因为光在自由空间中的折射率和光在光学纤芯中的折射率不同，所以光移动通过光学纤芯行进得比光移动通过真空行进得慢。存储器215可以存储各种类型的单模光学纤维和多模光学纤维的折射率的表。存储器215还可以存储各种类型的这种光学纤维的一个或更多个平均折射率。使用存储在表中的折射率值中的一个或更多个，链路估计器212可以计算由发光二极管221至224生成的光将行进通过数据通信链路130所处于的速度。

由于光在纤维的光学纤芯中的折射率还取决于被发送通过光学纤芯的光的波长，所以链路估计器212可以考虑由发光二极管221至224中彼此分离的一个或更多个发光二极管生成的光的特定波长用于计算中的附加精度。替选地，链路估计器212可以基于由发光二极管221至224中的一个或更多个生成的光的平均波长来执行计算。作为一个示例，使用100km长度的具有1310nm激光的G.652光缆将导致约489.34μs的延迟。在1550nm处，相同长度的电缆将导致约489.67μs的延迟。在一些情况下链路估计器212可以考虑到这种小的差异，但是平均波长和折射率可能适合于许多应用。

因此，基于光脉冲的初始传输与最终反射事件之间的时间间隔(即，最终传输的接收中的时间延迟)和数据通信链路130中的折射率(或平均折射率)，链路估计器212可以以任何合适的度量(例如，米、码等)的形式来估计数据通信链路130的长度。例如，因为被传输通过数据通信链路130的光的输出功率与数据通信链路130的长度成比例地衰减，所以如果链路估计器212确定数据通信链路130的长度小于用于根据MSA设计的发送器110的长度，则可以调节光学发送器220的输出功率。

功率计算器213被配置成基于由链路估计器212估计的数据通信链路130的长度来计算光学发送器220的输出功率。例如，如果数据通信链路130的长度约为预期的一半，功率计算器213可以确定在接收器120处保持最小功率裕度的同时光学发送器220的输出功率可以比预期(例如基于MSA的预期)降低约40％或更多。功率计算器213可以参考与存储在存储器215中的输出功率、功率裕度和链路预算有关的数据以用于数据通信链路130的预期标称长度。功率计算器213还可以将信息与数据通信链路130的估计长度进行比较以达成降低光学发送器220的输出功率。

在一些情况下，功率计算器213还可以基于光脉冲的初始传输与最终反射事件之间的反射事件来考虑沿数据通信链路130可能预期的某些功率损耗(例如除了任何线性或长度比例的损耗以外)。如上面描述的，中间的反射事件可以归因于光从连接器133至135和接合136反射离开。如图1所示，连接器133至135和接合136可以产生链路预算中的功率下降153至156。因此，基于反射的数目和在一些情况下反射的大小或强度，功率计算器213可以考虑链路预算中可能需要的一些附加功率以克服由于一个或更多个连接器和/或接合沿数据通信链路130引起的损耗。在这种情况下，总的功率降低可能小于在数据通信链路130不包括任何连接器或接合的情况下可能产生的功率降低。

一旦由功率计算器213确定了输出功率降低，则调整模块214被配置成更新控制器200、光学发送器220和/或驱动器270的操作参数以降低光学发送器220的输出功率。在一些情况下，光学发送器220的输出功率基于数据通信链路130的长度可以降低至不大于在接收器120处保持最小功率裕度所需的量。在其他情况下，输出功率可以降低至在接收器120处保持至少不小于预定的功率裕度。

可以以各种方式实现输出功率的降低。例如，可以降低提供至发光二极管221至224和/或光学调制器231至234的偏置功率。另外地或替选地，可以降低提供至发光二极管221至224和/或光学调制器231至234的调制功率。功率降低的量和方式可以取决于若干因素，包括由功率计算器213执行的计算、光学发送器220包括DML激光器还是EML激光器、MSA中限定的要求(例如消光比等)以及其他因素。

在任何情况下，调整模块214可以与光学发送器220和/或驱动器270进行接口以在降低的输出功率水平下调整光学发送器220和/或驱动器270以进行数据通信。在这种情况下，调整可以包括：调节用于光学调制器231至234的一个或更多个加热器控制元件的偏置电压；调节用于发光二极管221至224和/或光学调制器231至234的偏置电压；调节用于光学调制器231至234的驱动电压；监测光电检测器251至255的输出；以及检查和/或调节其他操作特性。

图4示出了根据本文描述的各种实施方式的在图1中示出的数据通信系统中执行的自动光学反射计功率调节的处理。图4中示出的流程图提供了可以用于如本文描述的自动光学反射计功率调节的一系列步骤中的一个示例。图4中示出的步骤的布置通过代表性示例的方式提供。在其他实施方式中，步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。例如，两个或更多个步骤的执行的顺序可以相对于所示顺序打乱进行。此外，在一些情况下，两个或更多个步骤可以同时地执行或部分同时执行。此外，在一些情况下，可以跳过或省略一个或更多个步骤。另外地，尽管结合图1和图2中所示的发送器110描述了该处理，但是其他光学发送器可以执行该处理。

在附图标记402处，该处理包括控制器200引导光学发送器220和/或驱动器270传输光脉冲通过数据通信链路130。光脉冲可以具有任何合适的输出功率水平、长度等，并且可以使用发光二极管221至224中的一个或更多个的任意组合进行传输，由光学调制器231至234进行调制或未进行调制，以及由多路复用器240以任何合适的方式进行组合。在一些情况下，在光脉冲传输之前，该处理还可以包括控制器200引导光学发送器220和/或驱动器270降低(消除或几乎消除)被传输通过数据通信链路130的任何光的输出功率以准备进行如上面描述的测试。

在步骤404处，该处理包括事件检测器211监测光学发送器220的光电检测器255的输出以检测光脉冲通过数据通信链路130的传输。然而，在步骤404处的监测不限于光脉冲的初始传输的检测。而是，监测可以随着时间以持续进行的方式继续直至在步骤408处检测到由于光脉冲反射离开接收器连接器耦接132而引起的最终反射事件为止。在持续进行监测期间，例如，事件检测器211还可以检测由于光脉冲从连接器133至135和接合136反射离开而引起的多个反射事件。

在步骤406处，该处理包括事件检测器响应于检测到光脉冲的传输、检测到最终反射事件和/或检测到在光脉冲的传输与最终反射事件之间的任何中间反射事件而启动、停止和/或参考计时器210。与光脉冲的传输相关联的初始传输计时可以被存储在存储器215中。另外地，计时可以被存储在存储器中以用于最终反射事件和任何中间反射事件。计时可以是绝对计时或相对计时并且可以根据由计时器210计数的任何合适的度量(例如，秒、周期等)来限定。

在步骤408处，该处理包括事件检测器211确定是否已经检测到最终反射事件。如上面描述的，当在预定的时间段内未检测到其他反射事件时，事件检测器211可以将最终反射事件与其他较早的反射事件区分开。预定的时间段可以基于数据通信链路130的预期最大长度来预先计算。如果没有检测到最终反射事件，则该处理进行回至步骤404以持续进行监测。否则，如果已经检测到最终反射，则该处理进行至步骤410。

在步骤410处，该处理包括链路估计器212计算在传输光脉冲时的时间与检测到最终反射事件时的时间之间的时间间隔。例如，链路估计器212可以计算在与光脉冲的初始传输相关联的初始传输计时和与最终反射事件相关联的最终计时之间的时间间隔，因为这些计时被存储在存储器215中。

在步骤412处，该处理包括链路估计器212基于在步骤410处计算的时间间隔以及数据通信链路130的平均折射率值来估计数据通信链路130的长度。如上面描述的，因为光在自由空间中的折射率和光在光学纤芯中的折射率不同，光移动通过光缆的光学纤芯行进得比光移动通过真空行进得慢。存储器215可以存储各种类型的单模光学纤维和多模光学纤维的折射率(或其平均值)的表。链路估计器212可以在步骤412处参考表以计算预期由光学发送器220生成的光行进通过数据通信链路130所处于的速度。

基于该速度，链路估计器212还可以参考初始传输计时与最终计时之间的时间间隔以及数据通信链路130的平均折射率值来估计数据通信链路130的长度。由于光在纤维的光学纤芯中的折射率还取决于通过光学纤芯传输的光的波长，因此链路估计器212还可以考虑由发光二极管221至224中的一个或更多个生成的光的特定波长用于计算中的附加精度。替选地，链路估计器212可以基于由发光二极管221至224中的一个或更多个生成的光的平均波长来执行计算。

在步骤414处，该处理包括确定在步骤412处所计算的估计对于通过发送器110进行的光学数据通信是否可行、合理或可接受。如果该估计不可行，则该处理进行至步骤416。如果由于某种原因(例如，最终反射无法确定、发生太晚或发生太快)无法确定数据通信链路130的长度，如果该长度被计算为在预期之外或在预定的长度范围之外或者如果该长度将产生由于任何原因而无法接受的发送器110的操作功率水平，则可能会产生不确定或不可行的估计。另一方面，如果在步骤412处所计算的估计在发送器110的操作条件下合适，则该处理进行至步骤418。

在步骤416处，该处理包括控制器200将控制器200本身、光学发送器220和/或驱动器270设置或重置为默认操作参数。在这种情况下，例如，控制器200可以清除存储器215中设置的任何标志以关闭发送器110的自动功率调节特性。控制器200还可以基于MSA或其他预定的协议或规范将其自身配置成默认操作条件包括默认偏置功率水平和/或调制功率水平。通常，如果由于任何原因在步骤412处所计算的估计对于光学数据通信是不可行的，则在这种情况下发送器110可以根据默认操作条件进行操作。

如果在步骤414处确定在步骤412处所计算的估计是可行的，则该处理进行至步骤418。在步骤418处，该处理包括功率计算器213基于在步骤412处由链路估计器212估计的数据通信链路130的长度来计算发光二极管221至224中的一个或更多个的输出功率。例如，如果数据通信链路130的长度约为预期的一半，则功率计算器213可以确定在接收器120处保持最小功率裕度的同时发光二极管221至224的输出功率可以比预期降低约40％或更多。功率计算器213可以参考与存储在存储器215中的输出功率、功率裕度和链路预算有关的数据以用于数据通信链路130的预期标称长度。功率计算器213还可以将信息与所估计的数据通信链路130的长度进行比较以达成降低发光二极管221至224的输出功率。

在一些情况下，功率计算器213还可以在步骤418处基于光脉冲的初始传输与最终反射事件之间的反射事件来考虑沿数据通信链路130可能预期的某些功率损耗(例如除了任何线性或长度比例的损耗以外)。也就是说，基于反射的数目和在一些情况下反射的大小或强度，功率计算器213可以考虑链路预算中克服沿数据通信链路130由于一个或更多个连接器和/或接合引起的损耗可能需要的一些附加功率。在这种情况下，总的功率降低可能小于在数据通信链路130不包括任何连接器或接合的情况下可能引起的功率降低。

在步骤420处，该处理包括调整模块214基于在步骤418处的计算来更新和/或调整光学发送器220和/或驱动器270的操作参数以降低光学发送器220的输出功率。在一些情况下，输出功率基于数据通信链路130的长度可以降低至不大于在接收器120处保持最小功率裕度所需的量。在其他情况下，可以降低输出功率至在接收器120处保持至少不小于预定的功率裕度。

步骤420处的输出功率的降低可以以各种方式实现。例如，可以降低提供至发光二极管221至224和/或光学调制器231至234的偏置功率。另外地或替选地，可以降低提供至发光二极管221至224和/或光学调制器231至234的调制功率。功率降低的量和方式可以取决于若干因素，包括由功率计算器213执行的计算、光学发送器220包括CW激光器、DML激光器还是EML激光器、MSA中限定的要求(例如消光比等)以及其他因素。

在任何情况下，在步骤420处调整模块214可以与光学发送器220和/或驱动器270进行接口以在降低的输出功率水平下对光学发送器220和/或驱动器270进行调整以进行数据通信。在步骤420处的调整可以包括：调节用于光学调制器231至234的一个或更多个加热器控制元件的偏置电压；调节用于发光二极管221至224和/或光学调制器231至234的偏置电压；调节用于光学调制器231至234的调制电压；监测光电检测器251至255的输出；以及检查和/或调节其他操作特性。

在步骤422处，该处理包括发送器110发送数据。也就是说，发送器110可以通过数据通信链路130将数据光学地发送至接收器120。例如，当发光二极管221至224中的一个或更多个被偏置以提供CW激光色调输出时，驱动器270可以基于来自输入数据信号290的数据将调制电压提供至光学调制器231至234。然后，光学调制器231至234可以对激光色调进行调制，并且进而光学发送器220可以输出表示该数据的调制光信号以传送至接收器120。在其他情况下，可以对发光二极管221至224直接进行调制或者可以使用其他合适的光学调制技术。

在步骤424处，该处理包括控制器200确定是否已经检测到故障。例如，如果接收器120通过错误编码检测到误码，接收器120处的消光比恶化太多，或者如果在光电检测器251至255中之一上检测到意外情况，则可能导致故障。当检测到与接收器120相关的故障时，该故障的指示可以例如从发送器110的主机通过本地接口283传送至控制器200。该故障可以在接收器120的一侧处被识别并且作为反馈被传送回至主机。如果在步骤424处检测到故障，则该处理进行回至步骤416，在步骤416处，控制器200可以进行设置发送器110的默认操作参数和/或重启或重新初始化发送器110。否则，如果在步骤424处未检测到故障，则该处理可以继续在步骤422处的发送数据。

图2中示出的元件可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。如果以软件来实施，则每个元件可以表示包括用于实现指定的逻辑功能的程序指令的代码的模块或代码的一部分。程序指令可以以包括以编程语言编写的人类可读语句的源代码形式或者以包括可由合适的执行系统例如计算机系统或其他系统中的处理器识别的机器指令的机器代码的形式来实施。如果以硬件来实施，则每个元件可以表示实现指定的逻辑功能的电路或多个互连的电路。

控制器200和驱动器270各自包括至少一个处理电路。处理电路可以包括经由本地内部接口彼此耦接的一个或更多个处理器以及一个或更多个存储设备。存储设备可以存储由处理电路的一个或更多个处理器执行的数据或部件。

计时器210、事件检测器211、链路估计器212、功率计算器213、调整模块214和本文描述的其他部件可以以硬件的形式、作为由硬件来执行的软件部件或作为软件和硬件的组合来实施。如果实施为硬件，则本文描述的部件可以实现为采用任何合适的硬件技术的电路或状态机器。硬件技术可以包括一个或更多个微处理器、具有用于在施加一个或更多个数据信号时实现各种逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有合适逻辑门的ASIC、可编程逻辑器件(例如现场可编程门阵列(FPGA)以及复杂的可编程逻辑器件(CPLD))。

此外，本文描述的包括软件或程序指令的一个或更多个部件可以在任何非暂态计算机可读介质中实施，以由指令执行系统例如计算机系统或其他系统中的处理器使用或与指令执行系统结合使用。计算机可读介质可以包含、存储或保持由指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用的软件或程序指令。

计算机可读介质可以包括物理介质例如磁性、光学、半导体或其他合适的介质。合适的计算机可读介质的示例包括但不限于固态驱动器、磁性驱动器、闪存。此外，本文描述的任何逻辑或部件可以以各种方式来实现和构造。

尽管本文已经详细描述了各种实施方式，但是这些描述是通过示例的方式进行的。本文描述的实施方式的特征是代表性的并且在替选实施方式中可以添加或省略某些特征和元件。另外地，在不脱离所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本文描述的实施方式的各方面进行修改，修改的范围应被赋予最宽泛的解释以包含修改和等效结构。

Claims (15)

1.一种用于降低发送器功率的方法，包括：

监测光子集成电路(PIC)发送器的输出抽头以检测光脉冲通过耦接至所述PIC发送器的光缆的传输；

基于所述光脉冲的传输来参考计时器；

监测所述PIC发送器的所述输出抽头以响应于所述光脉冲通过光缆的传输来检测至少一个反射事件，所述至少一个反射事件包括最终反射事件；

参考所述计时器来识别与所述最终反射事件相关联的计时；以及

基于与所述最终反射事件相关联的计时来调整所述PIC发送器的输出功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述PIC发送器的输出功率包括降低提供至所述PIC发送器中的光发射器或光学调制器中的至少之一的偏置电压或调制电压中的至少之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个反射事件还包括在所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间检测到的至少一个中间反射事件。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，调整所述输出功率包括基于所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间的时间间隔以及所述至少一个中间反射事件的大小来降低所述输出功率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，识别与所述最终反射事件相关联的计时包括计算所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间的时间间隔。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括基于所述时间间隔和光缆的平均折射率值来估计光缆的长度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，调整所述PIC发送器的输出功率包括基于光缆的长度来计算所述输出功率。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，调整所述PIC发送器的输出功率包括基于光缆的长度来降低所述输出功率以在接收器处保持最小功率裕度。

9.一种设备，包括：

光子发送器，所述光子发送器包括光发射器和输出端口抽头；

驱动器；以及

控制器，所述控制器被配置成：

监测所述光子发送器的输出抽头以检测来自所述光子发送器的光脉冲的传输；

基于所述光脉冲的传输来参考计时器；

监测所述光子发送器的所述输出抽头以响应于所述光脉冲的传输来检测至少一个反射事件，所述至少一个反射事件包括最终反射事件；

参考所述计时器来识别与所述最终反射事件相关联的计时；以及

基于所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间的时间间隔来调节所述光子发送器的输出功率。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述控制器还被配置成降低提供至所述光子发送器中的所述光发射器或光学调制器中的至少之一的偏置电压或调制电压中的至少之一。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个反射事件还包括在所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间检测到的至少一个中间反射事件。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器还被配置成基于所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间的时间间隔以及所述至少一个中间反射事件来降低所述输出功率。

13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述控制器还被配置成计算所述光脉冲的传输与所述最终反射事件之间的时间间隔。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述控制器还被配置成基于所述时间间隔和光缆的平均折射率值来估计耦接至所述光子发送器的光缆的长度。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述控制器还被配置成基于光缆的长度来估计所述输出功率。

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