CN1871798A - 具有接收信号强度指示器的互阻抗放大器 - Google Patents

具有接收信号强度指示器的互阻抗放大器 Download PDF

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Abstract

所描述的是一种装置，所述装置包括互阻抗放大器，以接收来自光电二极管的输入电流，并在第一和第二差分输出端子提供输出电压。接收信号强度指示器可以至少部分地基于所述第一和第二差分输出端子两端的电压，生成差分接收信号强度指示(RSSI)信号。

Description

具有接收信号强度指示器的互阻抗放大器
背景
这里公开的主题与2002年2月11日提交的、序列号为10/074,099和10/074,397美国专利申请有关，并且和2002年12月20日提交的、序列号为10/325,048、10/325,026、10/324,983的美国专利申请有关。
1.领域
这里公开的主题涉及数据通信系统。更具体地，这里公开的实施方案涉及对从光传输介质接收到的数据的处理。
2.信息
光通信网络已经被用来在提供点对点通信的链路中使增加的数据率成为可能。例如，光通信链路通常被实现在同步光网络/同步数字层级(SONET/SDH)和10吉比特以太网系统中。在这样的光通信链路的接收端，接收模块通常包括光电二极管，以响应于从光传输介质(例如光缆)接收的光信号产生电流。互阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA)通常将光电二极管产生的电流转换成接下来被处理的电压信号。例如，电压信号可以由时钟和数据恢复电路处理，以恢复出在光信号中传输的数据。光电二极管和TIA通常在不同的组件中形成，其中每个组件被提供了不同的(distinct)电源。
接收模块还可以包括接收信号强度指示器(RSSI)，用以产生RSSI信号，所述RSSI信号表示接收的光电二极管探测到的光信号强度。这样的RSSI信号通常被用来使光纤相对于光电二极管对齐，以便在光电二极管处达到对光信号的最佳探测。用于产生RSSI信号的电路通常包括直接耦合到光电二极管的电路，它与可以用来处理来自所述光电二极管的信号的TIA相独立。RSSI信号通常被产生为单端信号输出信号，所述输出信号具有表示所探测到的光信号强度的电压，其中所述单端输出信号的电压参考电路拓扑的公共(common)节点(例如地节点)。
附图说明
将参照附图描述本发明的非限制性和非穷尽性的实施方案，其中，除非另外指明，否则在各种图中类似的参考标号表示类似的部分。
图1根据本发明的实施方案示出用来在光传输介质中发送数据并从光传输介质接收数据的系统的原理图。
图2根据图1所示的系统的实施方案示出数据传输系统的物理介质附接(physicalmedium attachment，PMA)和物理介质相关(physical medium dependent，PMD)区段(section)的原理图。
图3根据图2所示的PMD区段的实施方案示出用于产生接收信号强度指示信号的系统的原理图。
图4根据图3所示的互阻抗放大器的实施方案示出多级放大器的的原理图。
图5根据图3所示的互阻抗放大器的实施方案示出用来产生差分接收信号强度指示器信号的缓冲器电路的原理图。
图6根据图3所示的互阻抗放大器的实施方案示出低通滤波器的原理图。
具体实施方式
在整篇说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”意味着关于该实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在整篇说明书中不同地方的出现不一定全是指同一实施方案。此外，具体的特征、结构或特性可以在一个或更多个实施方案中组合。
这里提到的“光电二极管”涉及响应于在表面上收集到的光能来提供输出电流的器件。例如，光电二极管可以响应于在光电二极管的栅极收集到的电荷(charge)提供输出电流。然而，这仅仅是光电二极管的实施例，并且本发明的实施方案在此方面不受限制。
这里提到的“放大器”涉及将输入信号转换成放大的输出信号的设备或电路。例如，放大器可以提供放大的输出信号，通过放大增益，所述放大的输出信号具有与输入信号的幅度(magnitude)相关的幅度。在另一个实施例中，通过放大增益，放大器可以生成电压信号，所述电压信号具有与作为输入信号接收的电流或电压的幅度相关的幅度。但是，这些仅仅是放大器的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
这里提到的“互阻抗放大器”(TIA)涉及将输入电流转换成输出电压的设备和电路。例如，TIA可以将从光电二极管接收到的输入电流转换成输出电压，所述输出电压基本上与输入电流的幅度成比例。但是，这仅仅是TIA的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
这里提到的“单端(single-ended)信号”涉及可以在单个传导端子(terminal)中传输的信号。单端信号可以包括具有被信息调制的幅度的电流信号。可替换地，单端信号可以包括具有被信息调制的幅度的电压信号。例如，单端信号可以传输具有参考电路拓扑结构中的公共参考节点(例如地节点)的幅度的电压信号。但是，这些仅仅是单端信号的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
这里提到的“差分信号”涉及可以在传导端子对(pair)上传输的信号。差分信号可以包括具有被信息调制的幅度的电压信号。例如，差分信号可以包括传导端子对两端的电压信号(例如之间的电压差)，其中，在每个端子的电压可以反相(in opposite phase)偏离电路拓扑结构中的公共参考电压节点。但是，这些仅仅是差分信号的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
这里提到的“单端端子”涉及发送或接收单端信号的电子端子。例如，单端端子可以接收作为输入信号的信号。但是，这仅仅是单端端子的实施例，并且本发明的实施方案在此方面不受限制。
这里提到的“差分端子”涉及可以发送和接收差分信号的电子端子对。例如，差分端子信号可以将信号表达为端子间的电压差。但是，这仅仅是差分端子的实施例，并且本发明的实施方案在此方面不受限制。
这里提到的“DC信号分量”涉及电子信号中在时间段上(over time period)基本恒定的信号分量。例如，这样的DC信号分量可以被表征为具有在所述时间段上的恒定电压的“DC电压分量”，或具有在所述时间段上的恒定DC电流的“DC电流分量”。但是，这些仅仅是DC信号分量的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
这里提到的“AC信号分量”涉及电子信号中在时间段上波动的信号分量。例如，这样的AC信号分量可以被表征为具有在所述时间段上波动的电压的“AC电压分量”，或具有在所述时间段上波动的电流的“AC电流分量”。但是，这些仅仅是AC信号分量的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
这里提到的“复合信号(composite signal)”涉及可以被表征为具有多个组合在一起的信号分量的信号。例如，复合信号可以包括增加到AC信号分量的DC信号分量。但是，这仅仅是复合信号的实施例，并且本发明的实施方案在此方面不受限制。
这里提到的“DC信号去除电路”涉及从复合信号中基本去除DC信号分量的全部或部分(portion)的电路。例如，DC信号去除电路可以从具有DC信号分量和AC信号分量的复合信号中基本去除DC信号分量的全部或部分，产生隔离的AC信号分量。但是，这仅仅是DC信号去除电路的实施例，并且本发明的实施方案在此方面不受限制。
这里提到的“接收信号强度指示(RSSI)信号”涉及表示从传输介质接收到的信号强度的信号。例如，RSSI信号可以表示从光传输介质接收到的光信号的一个或更多个分量的强度。这样的RSSI信号可以将接收到的信号的强度表达为电压或电流形式的幅度。但是，这些仅仅是RSSI信号的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
简要地，本发明的实施方案涉及这样的装置，所述装置包括互阻抗放大器，以从光电二极管接收输入电流，以及第一和第二差分输出端子，以提供输出电压。接收信号强度指示器可以至少部分基于第一和第二差分输出端子两端的电压生成差分接收信号强度指示(RSSI)信号。但是，这仅仅是示例性实施方案，并且本发明的其他实施方案在这些方面不受限制。
图1根据本发明的实施方案示出在光传输介质中发送和从光介质中接收数据的系统的原理图。光收发机(optical transceiver)102可以在光传输介质(例如光缆)中发送或接收光信号110或112。光收发机102可以根据任何光数据传输格式，例如波分复用波分多路复用(WDM)或多振幅信号(multi-amplitude signal，MAS)，调制所发送的信号110或解调所接收的信号112。例如，光收发机102的发射机部分(未示出)可以采用WDM来在光传输介质中发送多“路(lane)”数据。
物理介质相关(PMD)区段104可以提供电路，例如TIA(未示出)和/或限幅放大器(LIA)(未示出)，以响应于接收到的光信号112，接收并调节来自光收发机102的电信号。PMD区段104还可以从激光驱动器电路(未示出)提供能量(power)给光收发机102中的激光器件(未示出)，用于发射光信号。物理介质附接(PMA)区段106可以包括时钟和数据恢复电路(未示出)以及解复用电路(未示出)，以从接收自PMD区段104的已调节信号中恢复数据。PMA区段106还可以包括用于在数据路中传输数据到PMD区段104的复用电路(未示出)，以及串行器/解串器(Serdes)，所述串行器/解串器(serializer/deserializer)用于将来自层2区段108的并行数据信号串行化，并基于由时钟和数据恢复电路提供的串行数据信号向层2区段108提供并行数据信号。
根据实施方案，层2区段108可以包括在如IEEE标准802.3ae-2002第46款所定义的介质无关接口(MII)处耦合到PMA区段106的介质访问控制(MAC)设备。在其他实施方案中，层2区段108可以包括前向纠错逻辑和成帧器(framer)，以根据由国际电信联盟(ITU)发表的同步光网络/同步数字层级(SONET/SDH)标准的一个版本发送和接收数据。但是，这些仅仅是层2设备的实施例，所述层2设备可以提供用于在光传输介质上传输的并行数据信号，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
层2区段108还可以耦合到任意的几个输入/输出(I/O)系统(未示出)，用于在处理平台上与其他设备通信。这样的I/O系统可以包括，例如耦合到处理系统或多端口交换结构(fabric)的复用数据总线。层2区段108还可以通过分组(packet)分类(classification)设备耦合到多端口交换结构。但是，这些仅仅是可以耦合到层2设备的I/O系统的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
层2设备108还可以通过印刷电路板上的背板(backplane)接口(未示出)耦合到PMA区段106。这样的背板接口可以包括提供如在IEEE标准802.3ae-2002第47款中规定的10吉比特以太网附接单元接口(XAUI)的设备。在其他实施方案中，这样的背板接口可以包括如光互联连网论坛(OIF)定义的系统分组接口(SPI)的几个版本中的任意一个。但是，这些仅仅是将层2设备耦合到PMA区段的背板接口的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
图2根据图1中所示出的系统的实施方案，示出在光传输介质中发送数据和从光介质中接收数据的系统200的原理图。光收发机202包括激光器件208，以在光传输介质中发送光信号210，以及光探测器区段214，以从光传输介质中接收光信号212。光(photo)探测器区段214可以包括一个或更多个光电二极管(未示出)，用于将接收到的光信号212转换成要提供给互阻抗放大器/限幅放大器(TIA/LIA)电路220的一个或更多个电信号。响应于来自PMA区段232的数据信号，激光驱动器电路222可以调制调制电流216。接着，响应于调制电流216，激光器件208可以调制被发送的光信号210并且为被发送的光信号210提供能量。
根据实施方案，光探测器区段214可以向TIA/LIA电路220提供包括了AC和DC信号分量的复合信号。例如，在TIA部分接收到的输入信号可以包括AC电流分量和DC电流分量，而在LIA部分接收到的输入信号可以包括AC电压分量和DC电压分量。
图3根据图2中所示出的PMD区段的实施方案结合接收信号强度指示器(indicator)322示出TIA 300的原理图，所述TIA 300响应于在光电二极管306上光信号的接收，生成RSSI信号。放大器302可以从响应于光数据信号的光电二极管306接收单端输入304，并在输出端子312和314提供差分输出电压。在半导体工艺(process)(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺)中，TIA 300可以被形成(form)为集成器件的部分(part)(例如作为单个器件的部分，所述器件包括TIA 300以及PMD区段的其他部分)。但是，这些仅仅是可以被用于形成TIA的工艺的实施例，并且本发明的实施方案在此方面不受限制。
图4根据图3中所示出的放大器302的实施方案示出放大器402的原理图。第一放大级包括晶体管406。晶体管406的栅极可以在单端输入端子304接收来自光电二极管306的单端输入信号。响应于所述输入信号，包括由晶体管408和410形成的差分放大器的第二放大级可以在差分输出端子412和414提供输出电压。在替换性的实施方案中，放大器402可以包括如在2002年2月11日提交、序列号为10/074,099的美国专利申请中描述的多级拓扑结构。但是，这些仅仅是可以在TIA中实现的多级放大器的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
根据图3中所示出的TIA 300的实施方案，输入信号304包括AC电流分量和DC电流分量。输出端子312和314可以生成表示输入信号304的复合的AC和DC电流分量的幅度的电压。在图示的实施方案中，来自输出端子312和314的电压可以具有与复合的AC和DC电流分量的幅度基本成比例的幅度。
放大器316可以在非反相输入处接收来自输出端子312的电压，并且在反相输入处接收来自输出端子314电压。低通滤波器(LPF)318和324可以各自接收来自放大器316的输出电压，其中，到LPF 318和324中的每个的输入具有电压差，所述电压差基本上是输出端子312和314间电压差的放大。根据实施方案，LPF 318和324可以基本去除放大的电压差的表示AC电流分量(在输出端子312和314之间)的部分，以隔离放大的电压的表示DC电流分量的部分。LPF 318和324还可以去除在提供放大电压中由放大器316增加的噪声部分。LPF 318的输出(包括表示DC电流分量的放大的电压的被隔离部分)可以被提供给吸收(sink)晶体管320，以从输入信号304中基本去除全部或部分DC电流分量。
根据实施方案，缓冲器电路326可以接收LPF 318和324的输出作为差分电压信号，所述差分电压信号可以表示输入信号304的DC电流分量的幅度。响应于此，缓冲器电路326可以在差分端子328生成差分RSSI信号，其中，差分RSSI信号包括表示输入信号304的DC电流分量的强度的电压。通过将RSSI信号提供(provide)为差分信号，许多噪声源可以在设计上被消除，所述设计将RSSI信号作为单端输出信号来提供。例如，这些噪声源可以包括电源、连接线(bond wire)和片上(on-chip)电源线的寄生效应(parasitics)、设备内的阻抗失配和变化，所述设备内的阻抗失配和变化可以在生成单端RSSI信号的单端输出端子和参考节点(例如地)之间的任意电路节点处被引入。另一方面，在参照图3图示说明的实施方案中，就多级放大器302、放大器316或LPF 318可以引入噪声到差分输出端子328的任一端处的电压来说，这些噪声源可以相等地影响在每个差分输出端子328处提供的各个(individual)信号。因此，产生的差分RSSI信号可以基本上抵消这些噪声源的影响。
从单端信号生成RSSI通常需要(entail)为TIA和光电二极管使用不同的电源，这引入了每个电源的单独的噪声源。如在目前图示的实施方案中，通过基于TIA 300的差分输出信号生成RSSI信号，单个公共电源330可以用来激励光电二极管306和TIA 300。因此，差分输出信号的每个端子处的相关噪声可以被抵消。
图5根据图3中的缓冲器电路326的实施方案示出生成差分RSSI信号的缓冲器电路的原理图。差分放大器电路500可以在差分输入端子502和504接收差分输入信号。例如，LPF 318和324各自的输出可以施加到差分输入端子502和504中相应的一个。响应于此，对于差分输入信号，差分放大器电路500可以在差分输出端子506和508生成差分RSSI信号。
图6根据图3中所示出的LPF 318或324的实施方案示出LPF电路的原理图。LPF 318或324可以是如图5中所示出的用电阻710和电容712形成的任何LPF。但是，这仅仅是LPF如何在电路中形成的实施例，并且本发明的实施方案在这些方面不受限制。
尽管图示和描述了目前所认为的本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员应该理解，可以做出各种其他修改，并且可以等同物来替代，而不偏离本发明的真正范围。此外，可以做出很多修改来使具体情况适应本发明的教导，而不偏离这里所描述的中心发明性概念。因此，并非意图要使本发明被限制于所公开的具体实施方案，而是要本发明包括落入所附权利要求书的范围的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
光电二极管；
互阻抗放大器，所述互阻抗放大器包括输入端子以及第一和第二差分输出端子，所述输入端子用来接收来自所述光电二极管的输入电流，所述第一和第二差分输出端子用来提供输出电压；
接收信号强度指示器，所述接收信号强度指示器至少部分地基于所述输出电压生成差分接收信号强度指示(RSSI)信号；
数据恢复电路，所述数据恢复电路响应于所述输出电压提供串行数据信号；以及
解串器，所述解串器响应于所述串行数据信号提供并行数据信号。
2.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括SONET成帧器，以接收所述并行数据信号。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述系统还包括耦合到所述SONET成帧器的交换结构。
4.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括以太网MAC，以在介质无关接口接收所述并行数据信号。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述系统还包括耦合到所述以太网MAC的复用数据总线。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述系统还包括耦合到所述以太网MAC的交换结构。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述输入电流包括DC电流分量和AC电流分量，所述装置还包括DC偏移量抵消电路，以至少部分地基于所述输出电压来基本上去除来自所述输入端子的所述DC信号分量的至少一部分。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述输入电流包括DC电流分量和AC电流分量，并且其中所述RSSI信号包括与所述DC电流分量的幅度基本成比例的电压。
9.如权利要求1所述的系统，所述装置还包括：
至少一个低通滤波器，所述低通滤波器响应于所述输出电压提供差分电压信号；以及
缓冲器电路，所述缓冲器电路响应于所述差分电压信号生成所述差分RSSI信号。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述缓冲器电路包括差分放大器，以响应于所述差分电压信号生成所述差分RSSI信号。
11.一种装置，包括：
互阻抗放大器，所述互阻抗放大器包括输入端子以及第一和第二差分输出端子，所述输入端子用来接收来自光电二极管的输入电流，所述第一和第二差分输出端子用来提供输出电压；
接收信号强度指示器，所述接收信号强度指示器至少部分地基于所述输出电压生成差分接收信号强度指示(RSSI)信号。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述输入电流包括DC电流分量和AC电流分量，所述装置还包括DC偏移量抵消电路，以至少部分地基于所述输出电压来基本上去除来自所述输入端子的所述DC信号分量的至少一部分。
13.如权利要求11所述的装置，其中，所述输入电流包括DC电流分量和AC电流分量，并且其中所述RSSI信号包括与所述DC电流分量的幅度基本成比例的电压。
14.如权利要求11所述的装置，所述装置还包括：
至少一个低通滤波器，所述低通滤波器响应于所述输出电压提供差分电压信号；以及缓冲器电路，所述缓冲器电路响应于所述差分电压信号生成所述差分RSSI信号。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述缓冲器电路包括差分放大器，以响应于所述差分电压信号生成所述差分RSSI信号。
16.一种方法，包括：
在互阻抗放大器的输入端子接收来自光电二极管的输入电流；
响应于所述输入电流，在所述互阻抗放大器的第一和第二差分输出端子生成输出电压；以及
至少部分地基于所述输出电压，生成差分接收信号强度指示(RSSI)信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述输入电流包括DC电流分量和AC电流分量，所述方法还包括至少部分地基于所述输出电压来基本上去除来自所述输入端子的所述DC信号分量的至少一部分。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述输入电流包括DC电流分量和AC电流分量，并且其中所述RSSI信号包括与所述DC电流分量的幅度基本成比例的电压。
19.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
至少通过一个低通滤波器接收所述输出电压；
响应于所述输出电压的接收，生成差分电压信号；
在缓冲器电路接收所述差分电压信号；以及
响应于所述差分电压信号，在所述缓冲器电路生成所述差分RSSI信号。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述缓冲器电路包括差分放大器，以响应于所述差分电压信号生成所述差分RSSI信号。
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