DE112004001528T5

DE112004001528T5 - Lasertreiberschaltung

Info

Publication number: DE112004001528T5
Application number: DE112004001528T
Authority: DE
Inventors: Vikram Calabasas Magoon
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-07-06
Also published as: TWI319627B; JP2007503119A; GB2421114B; TW200511613A; US20050041706A1; JP4659744B2; CN1871754A; GB2421114A; WO2005020394A3; CN1871754B; WO2005020394A2; GB0605147D0

Abstract

Lasertreiberschaltung umfassend:
eine Eingangsstufe zum Empfangen eines Eingangssignals;
einen Begrenzungsverstärker zum Erzeugen eines Impulsdaten-Ausgangssignals in Antwort auf das Eingangssignal, wobei das Impulsdaten-Ausgangssignal einen Arbeitszyklus umfasst;
eine Ausgangsstufe zum Modulieren eines Ausgangsstromsignals, das auf dem Impulsdaten-Ausgangssignal basiert; und
eine Arbeitszyklus-Steuerschaltung zum Steuern des Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals, das mindestens teilweise auf einer Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangssignals basiert.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet:
Die hierin offenbarte Materie betrifft Techniken, die bei der Übertragung von Daten über ein optisches Übertragungsmedium benutzt werden.
2. Information:
Daten werden typischerweise über ein optisches Übertragungsmedium (zum Beispiel eine Glasfaserverkabelung) als Impulse von Lichtenergie übertragen, die durch eine Laserdiode erzeugt werden. Solch eine Laserdiode wird typischerweise durch ein Stromsignal angetrieben, das durch Impulse kodierter Daten in ein Impulsdatensignal moduliert wird. Solch ein Impulsdatensignal wird typischerweise als eine Reihe von Symbolen erzeugt, die in Signalzeiträumen übertragen werden. Während eines Impulszeitabschnitts jedes Signalzeitraums kann ein Energieimpuls oder die Abwesenheit eines solchen Impulses einen Symbolwert anzeigen, der während des Impulszeitraums übertragen wird.
Ein Impulsdatensignal ist typischerweise durch einen „Arbeitszyklus" gekennzeichnet, der ein Verhältnis eines Impulszeitraums zu einem Signalzeitraum in dem Impulsdatensignal widerspiegelt. In Abhängigkeit eines bestimmten Formats, Protokolls oder Standards, das oder der für die Übertragung von Daten in einem optischen Übertragungsmedium benutzt wird, wird ein Signalzeitraum in einem Impulsdatensignal (das für ein moduliertes Stromsignals zum Antreiben einer Laserdiode benutzt wird) typischerweise angepasst, um einen Arbeitszyklus aufzuweisen und sich an das bestimmte Format, Protokoll oder Standard anzupassen.
1 stellt eine Arbeitszyklus-Steuerschaltung 10 aus dem Stand der Technik dar, die benutzt werden kann, um einen Arbeitszyklus eines Stromsignals zu steuern, das beim Antreiben eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers (vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) benutzt werden soll. Eine Ausgangstufe 14 erzeugt ein Impulsdaten-Ausgangsignal in Antwort auf ein Eingangsignal, das an den Anschlüssen 12 empfangen wird. Eine Arbeitszyklus-Einstellungsschaltung 16 stellt Gleichstrompegel auf Differenzanschlüssen ein, die mit der Ausgangstufe 14 verbunden sind, um den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangsignals zu beeinflussen. Eine Zeichen-Zwischenraum-Überwachungsschaltung 18 stellt für einen Operationsverstärker 20 eine Spannung bereit, die eine Gleichspannung auf den Differenzanschlüssen 24 repräsentiert. Eine Zeichen-Zwischenraum-Referenzschaltung 22 erzeugt eine Spannung, die eine Gleichspannung auf den Differenzanschlüssen 24 bei einem 100%igen Arbeitszyklus repräsentiert. Widerstände R1 und R2 können ausgewählt werden, um die Spannung an dem Ausgang der Zeichen-Zwischenraum-Referenzschaltung 22 zu teilen. Die geteilte Spannung und der Ausgang der Zeichen-Zwischenraum-Überwachungsschaltung 18 werden an den Eingangsanschlüssen eines Operationsverstärkers 20 empfangen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 20 wird dann für die Arbeitszyklus-Einstellschaltung 16 bereitgestellt, um die Gleichspannungen auf den Anschlüssen 24 zu beeinflussen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei sich durch die verschiedenen Figuren ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Teile beziehen, sofern nicht anderweitig spezifiziert.
1 stellt eine Arbeitszyklus-Steuerschaltung 10 aus dem Stand der Technik dar, die zum Steuern eines Arbeitszyklus eines Stromsignals benutzt werden kann, das zum Antreiben eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers (VCSEL) benutzt werden kann.
2 stellt ein schematisches Diagramm eines Systems zur Übertragung von Daten und zum Empfang von Daten von einem optischen Übertragungsmedium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
3 stellt ein schematisches Diagramm eines physikalische Medium-Anschlusses (PMA) und eines physikalischen mediumabhängigen (PMD) Abschnitts eines Datenübertragungssystems gemäß einer Ausführungsform des in 3 dargestellten Systems dar.
4 stellt ein schematisches Diagramm eines Lasertreibers gemäß einer Ausführungsform des in 3 dargestellten PMD-Abschnitts dar.
5 stellt ein schematisches Diagramm einer Arbeitszyklus-Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform des in 4 dargestellten Lasertreibers dar.
6A stellt ein Diagramm dar, welches gemäß einer Ausführungsform der in 5 dargestellten Arbeitszyklus-Steuerschaltung das Verhalten eines Differenzsignals zur Erzeugung eines Impulsdatensignals veranschaulicht, das einen Arbeitszyklus von fünfzig Prozent aufweist.
6B stellt ein Diagramm dar, welches die Zeitsteuerungseigenschaften eines Impulsdaten-Ausgangssignals in Antwort auf das in 6A dargestellte Differenzsignal veranschaulicht.
7A stellt ein Diagramm dar, welches gemäß einer Ausführungsform der in 5 dargestellten Arbeitszyklus-Steuerschaltung das Verhalten eines Differenzsignals zur Erzeugung eines Impulsdatensignals veranschaulicht, das einen Arbeitszyklus von sechzig Prozent aufweist.
7B stellt ein Diagramm dar, welches die Zeitsteuerungseigenschaften eines Impulsdaten-Ausgangssignals in Antwort auf das in 7A dargestellte Differenzsignal veranschaulicht.
8 stellt einen Differenzverstärker gemäß einer Ausführungsform der in 5 dargestellten Arbeitszyklus-Steuerschaltung dar.
9 stellt ein schematisches Diagramm eines Eingangsstufenverstärkers gemäß einer Ausführungsform der in 5 dargestellten Arbeitszyklus-Steuerschaltung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Bezugnahme in der gesamten Beschreibung auf „eine Ausführungsform" bedeutet, daß ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Folglich beziehen sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform" oder „eine Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung nicht notwendigerweise alle auf die gleiche Ausführungsform. Ferner können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
Die hier verwendeten "maschinenlesbaren" Anweisungen betreffen Ausdrücke, welche von einer oder mehr Maschinen verstanden werden können, um einen oder mehrere logische Operationen auszuführen. Zum Beispiel können maschinenlesbare Anweisungen solche umfassen, die von einem Prozessor-Compiler interpretiert werden können, um eine oder mehrere Operationen auf einem oder mehreren Datenobjekten auszuführen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel von maschinenlesbaren Anweisungen und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Der hier verwendete Begriff "maschinenlesbares Medium" betrifft Medien, welche dazu in der Lage sind, Ausdrücke beizubehalten, die von einer oder mehreren Maschinen erfasst werden können. Zum Beispiel kann ein maschinenlesbares Medium eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von maschinenlesbaren Anweisungen oder Daten umfassen. Solche Speichervorrichtungen können Speichermedien wie zum Beispiel optische, magnetische oder Halbleiter-Speichermedien umfassen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel eines maschinenlesbaren Mediums und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Der hier verwendete Begriff „Logik" betrifft eine Struktur zum Ausführen einer oder mehrerer logischer Operationen. Zum Beispiel kann die Logik eine Schaltung umfassen, die ein oder mehrere Ausgangssignale bereitstellt, die auf einem oder mehreren Eingangssignalen basieren. Solch eine Schaltungsanordnung kann einen endlichen Automaten umfassen, der eine digitale Eingabe empfängt und eine digitale Ausgabe bereitstellt, oder eine Schaltungsanordnung, die ein oder mehrere analoge Ausgangssignale in Antwort auf ein oder mehrere analoge Eingangssignale bereitstellt. Solche eine Schaltungsanordnung kann in einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (application specific integrated circuit = ASIC) oder frei programmierbaren Logikschaltkreis (field programmable gate array = FPGA) bereitgestellt werden. Die Logik kann ebenfalls maschinenlesbare Anweisungen umfassen, die in einem Speicher in Kombination mit einem Verarbeitungsschaltkreis gespeichert werden, um solche maschinenlesbare Anweisungen auszuführen. Dies sind jedoch nur Beispiele von Strukturen, die Logik bereitstellen können, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Der hier verwendete Begriff "Impulsdatensignal" betrifft ein Signal, das Energie gemäß einem Impulssignalprofil überträgt. Ein Impulsdatensignal kann zwischen Zuständen hoher und niedriger Energie schwanken, um Information zu repräsentieren. Zum Beispiel kann ein Impulsdatensignal über einen „Signalzeitraum" zwischen einer hohen Signalspannung und einer niedrigen Signalspannung schwanken, wobei die Übergänge zwischen der hohen und niedrigen Signalspannung in dem Signalzeitraum fast augenblicklich sind. In diesem Beispiel kann ein Impulsdatensignal ein einziges Bit in jedem Signalzeitraum übertragen. In einem Abschnitt jedes Signalzeitraums kann ein „Impulszeitraum" durch eine Gegenwart eines hohen Signalspannungsimpulses über den Impulszeitraum ein Symbol (wie "eins") repräsentieren und durch eine Gegenwart eines niedrigen Signalspannungsimpulses über den Impulszeitraum ein anderes Symbol (wie „null") repräsentieren. Dies sind jedoch nur Beispiele eines Impulsdatensignals und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Der hier verwendete Begriff „Arbeitszyklus" betrifft eine Beziehung zwischen einer Dauer eines Signalzeitraums und einer Dauer eines Impulszeitraums eines Impulsdatensignals. Ein Arbeitszyklus kann als der Prozentanteil der Signalzeitraumdauer ausgedrückt werden, die von dem Impulszeitraum abgedeckt wird. Zum Beispiel kann ein Arbeitszyklus von 50 % anzeigen, daß sich der Impulszeitraum über die Hälfte des Signalzeitraums erstreckt, und ein Arbeitszyklus von 25 % kann anzeigen, daß sich der Impulszeitraum über ein Viertel des Signalzeitraums erstreckt.
Der hier verwendete Begriff „durchschnittliche Energie" betrifft die durchschnittliche Energie, die über einen Zeitraum übertragen wird. Ein Impulsdatensignal, das eine hohe Signalspannung in Impulszeiträumen (zum Beispiel, um „eins" zu repräsentieren) überträgt, kann eine durchschnittliche Energie übertragen, die gemäß einem Arbeitszyklus variieren kann, der mit einem Impulszeitraum in Verbindung steht. Solch ein Impulsdatensignal kann zum Beispiel eine höhere durchschnittliche Energie bei höheren Arbeitszyklen und eine niedrigere durchschnittliche Energie bei niedrigeren Arbeitszyklen übertragen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel dafür, wie eine durchschnittliche Energie eines Signals bestimmt werden kann, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Der hier verwendete Begriff „Differenzsignals betrifft ein Signal, das über ein Paar leitender Anschlüsse übertragen werden kann. Ein Differenzsignal kann ein Spannungssignal umfassen, das eine Größe aufweist, die durch Information moduliert wird. Zum Beispiel kann ein Differenzsignal ein Spannungssignal über ein Paar leitender Anschlüsse umfassen. Dies sind jedoch nur Beispiele eines Differenzsignals und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Zusammenfassend betreffen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Arbeitszyklus eines Impulsdatensignals. Ein Impulsdaten-Ausgangssignal kann in Antwort auf ein Eingangssignal erzeugt werden, wobei das Impulsdaten-Ausgangssignal einen Arbeitszyklus umfasst. Der Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals kann mindestens teilweise basierend auf einer Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangsignals eingestellt werden. Dies ist jedoch nur ein Ausführungsbeispiel und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
2 stellt ein schematisches Diagramm eines Systems zum Übertragen und Empfangen von Daten von einem optischen Übertragungsmedium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein optischer Sender-Empfänger 102 kann optische Signale 110 oder 112 in einem optischen Übertragungsmedium wie einer Glasfaserverkabelung übertragen oder empfangen. Der optische Sender-Empfänger 102 kann das gesendete Signal 110 modulieren oder das empfangene Signal 112 gemäß jeglichem optischen Datenübertragungsformat wie zum Beispiel der Wellenlängen-Multiplexverarbeitung (WDM) oder Multi-Amplitudensignalisierung (MAS) demodulieren. Zum Beispiel kann ein Übertragungsabschnitt (nicht dargestellt) des optischen Sender-Empfängers 102 die WDM anwenden, um vielfache „Spuren" von Daten in dem optischen Übertragungsmedium zu übertragen.
Ein physikalischer medienabhängiger (PMD) Abschnitt 104 kann eine Schaltungsanordnung wie eine TIA (nicht dargestellt) und/oder einen Begrenzungsverstärker (LIA) (nicht dargestellt) bereitstellen, um ein elektrisches Signal von dem optischen Sender-Empfänger 102 in Antwort auf das empfangene optische Signal 112 zu empfangen und zu konditionieren. Der PMD-Abschnitt 104 kann ebenfalls für einen Laservorrichtung (nicht dargestellt) in dem optischen Sender-Empfänger 102 Energie aus einer Lasertreiberschaltung (nicht dargestellt) bereitstellen, um ein optisches Signal zu übertragen. Ein physikalischer Medium-Anschluss (PMA)-Abschnitt 106 kann eine Taktschaltungsanordnung und Datenwiederherstellungs-Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) und eine Demultiplex-Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) enthalten, um Daten von einem konditionierten Signal wiederherzustellen, das von dem PMD-Abschnitt 104 empfangen wurde. Der PMA-Abschnitt 106 kann ebenfalls eine Multiplex-Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) umfassen, um Daten zu dem PMD-Abschnitt 104 in Datenspuren zu übertragen, und einen Serializer/De-Serializer oder Parallel-Serien-Umsetzer/Serien-Parallel-Umsetzer (Serdes), um ein paralleles Datensignal von einem Abschnitt 108 einer Schicht 2 umzusetzen und basierend auf einem seriellen Datensignal, das von der Takt- und Datenwiederherstellungs-Schaltanordnung bereitgestellt wird, ein paralleles Datensignal für den Abschnitt 108 der Schicht 2 bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Abschnitt 108 der Schicht 2 eine Medienzugriffssteuerung (MAC)-Vorrichtung umfassen, die mit dem PMA-Abschnitt 106 an einer medienunabhängigen Schnittstelle (MII) verbunden ist, die in dem Standard IEEE Std.802.3ae-2002, Bestimmung 46 definiert ist. In anderen Ausführungsformen kann der Abschnitt 108 der Schicht 2 eine Vorwärtsfehlerkorrekturlogik und einen Framer umfassen, um Daten gemäß einer Version des von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) publizierten Standards Synchrones Optisches Netzwerk/Synchrone Digitale Hierarchie (SONET/SDH) zu übertragen und zu empfangen. Dies sind jedoch nur Beispiele von Vorrichtungen der Schicht 2, die ein paralleles Datensignal zur Übertragung auf einem optischen Übertragungsmedium bereitstellen können, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Der Abschnitt 108 der Schicht 2 kann ebenfalls mit irgendeinem von mehreren Eingangs/Ausgangs- (I/O) Systemen (nicht dargestellt) zur Kommunikation mit anderen Vorrichtungen auf einer Verarbeitungsplattform verbunden werden. Solch ein I/O-System kann zum Beispiel einen Multiplex-Datenbus aufweisen, der mit einem Verarbeitungssystem oder einem Multi-Port-Schaltgewebe verbunden ist. Der Abschnitt 108 der Schicht 2 kann ebenso durch eine Paketklassifizierungsvorrichtung mit einem Multi-Port-Schaltgewebe verbunden werden. Dies sind jedoch nur Beispiele eines I/O-Systems, die mit einer Vorrichtung der Schicht 2 verbunden werden können, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
Die Vorrichtung 108 der Schicht 2 kann ebenfalls durch eine Rückwandplatinenschnittstelle (nicht dargestellt) über eine gedruckte Schaltung mit dem PMA-Abschnitt 106 verbunden werden. Solch eine Rückwandplatinenschnittstelle kann Vorrichtungen umfassen, die eine XAUI-Schnittstelle (10 Gigabit Ethernet Attachment Unit Interface = XAUI) bereitstellen, die in dem Standard IEEE Std. 802.3ae-2002, Bestimmung 47 definiert ist. In anderen Ausführungsformen kann solch eine Rückwandplatinenschnittstelle irgendeine von mehreren Versionen der Systempaketschnittstelle (System Packet Interface = SPI) umfassen, die von dem Optical Internetworking Forum (OIF) definiert worden ist. Dies sind jedoch nur Beispiele einer Rückwandplatinenschnittstelle, um eine Vorrichtung der Schicht 2 mit einem PMA-Abschnitt zu verbinden, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
3 stellt ein schematisches Diagramm eines Systems 200 zur Übertragung von Daten in einem optischen Übertragungsmedium und zum Empfang davon gemäß einer Ausführungsform des in 2 dargestellten Systems dar. Ein optischer Sender-Empfänger 202 umfasst eine Laservorrichtung 208, um ein optisches Signal 210 in einem optischen Übertragungsmedium zu übertragen, und einen Fotodetektorabschnitt 214, um ein optisches Signal 212 von dem optischen Übertragungsmedium zu empfangen. Der Fotodetektorabschnitt 214 kann eine oder mehrere Fotodioden (nicht dargestellt) umfassen, um das empfangene optische Signal 212 in ein oder mehrere elektrische Signale umzuwandeln, die für eine Transimpedanzverstärker/Begrenzungsverstärker (TIA/LIA) -Schaltung 220 bereitgestellt werden sollen. Eine Lasertreiberschaltung 222 kann ein Stromsignal 216 in Antwort auf ein Datensignal von einem PMA-Abschnitt 232 modulieren. Eine Laservorrichtung 208 kann dann das übertragene optische Signal 210 in Antwort auf das Stromsignal 216 modulieren und antreiben.
4 stellt ein schematisches Diagramm eines Lasertreibers 300 gemäß einer Ausführungsform des in 3 dargestellten PMD-Abschnitts dar. Daten können von einem PMA-Abschnitt an einem Eingangsverstärker 302 als ein Strom binärer Symbole wie "Einsen" und "Nullen" empfangen werden. Die binären Symbole können als doppelstufige Signale ausgedrückt werden. Eine Schaltung zur erneuten Taktgabe 304 kann die zeitliche Entfernung der binären Symbole in Antwort auf ein Taktsignal einstellen. Eine Arbeitszyklus-Steuereinheit 306 kann ein Impulsdaten-Ausgangssignal für einen Verstärker 308 in Antwort auf den erneut getakteten binären Strom bereitstellen. Während der Eingangsverstärker 302 und die Schaltung zur erneuten Taktgabe 304 als Teil eines PMD-Abschnitts angezeigt werden, versteht es sich, daß solch ein Eingangsverstärker und solch eine Schaltung zur erneuten Taktgabe in einem PMA-Abschnitt bereitgestellt werden können, der mit einem PMD-Abschnitt verbunden ist, der eine Lasertreiberschaltung aufweist. Eine Ausgangsstufenschaltung 310 kann ein Stromsignal bereitstellen, um in Antwort auf ein verstärktes Impulsdaten-Ausgangssignal von dem Verstärker 308 und basierend auf festgelegten Pegeln für einen Ruhestrom und Modulationsstrom, die von einer Ausgangsenergie-Steuerschaltung 312 bestimmt werden, eine Laserdiode 314 anzutreiben.
5 stellt ein schematisches Diagramm einer Arbeitszyklus-Steuerschaltung 400 gemäß einer Ausführungsform des in 4 dargestellten Lasertreibers dar. Die Arbeitszyklus-Steuerschaltung 400 kann in einer einzigen Halbleitervorrichtung oder in einer Vielzahl von Halbleitervorrichtungen ausgebildet sein. Alternativ kann die Arbeitszyklus-Steuervorrichtung 400 eine oder mehrere „chipexterne" Komponenten aufweisen, die mit den Vorrichtungen verbunden sind, die in einer Halbleitervorrichtung ausgebildet sind. In Antwort auf den Empfang eines binären Symbolstroms von einer Schaltung zur erneuten Taktgabe an Eingangsanschlüssen kann ein Verstärker 402 an Anschlüssen 408 und 410 eine Differenzspannung (V_a und V_b) erzeugen. Eine harte Begrenzungsschaltung oder Begrenzungsverstärker 404 kann an Differenzanschlüssen 414 in Antwort auf die Differenzspannung V_a – V_b ein Impulsdaten-Ausgangssignal erzeugen. Eine Stromlenkvorrichtung 406 kann den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals durch Abziehen von Strom von oder Hinzufügen von Strom zu den Ausgangsanschlüssen 408 (Abziehen oder Hinzufügen von Strom i_a) und 410 (Abziehen oder Hinzufügen von Strom i_b) beeinflussen. Zum Beispiel kann die Stromlenkvorrichtung 406 einen „Stromversatz" bewirken, bei welchem die Stromlenkvorrichtung eine Strommenge von einem Ausgangsanschluss 408 oder 410 abzieht und den abgezogenen Strom zu dem anderen Ausgangsanschluss hinzufügt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel dafür, wie eine Stromlenkvorrichtung benutzt werden kann, um einen Arbeitszyklus eines Impulsdaten-Ausgangssignals einzustellen, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in dieser Hinsicht nicht darauf beschränkt.
6A bis 7B zeigen, wie die Stromlenkvorrichtung 406 den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals durch Hinzufügen von Strom oder Abziehen von Strom von den Anschlüssen 408 und 410 gemäß den Ausführungsformen der Arbeitszyklus-Steuerschaltung 400 beeinflussen kann. Ein binäres Symbol (zum Beispiel "eins" oder "null") kann während jedes Signalzeitraums τ übertragen werden.
Der Einfachheit halber wird angenommen, daß eine binäre „Eins" bei jedem Signalzeitraum τ übertragen wird, so daß die harte Begrenzungsschaltung 404 während des Impulszeitraums in jedem Signalzeitraum τ eine hohe Signalspannung erzeugen kann. Es versteht sich jedoch, daß ein Strom binärer Signale zufällig gemischte "Eins"- und "Null"-Symbole umfassen kann. Die Länge eines Impulszeitraums innerhalb eines Signalzeitraums τ können durch die Dauer bestimmt werden, für die V_a – V_b in Antwort auf ein binäres Symbol „eins" während des Symbolzeitraums τ eine Schwellenspannung V₀ überschreitet. Dementsprechend kann die harte Begrenzungsschaltung 404 eine festgelegte, hohe Signalspannung auf den Anschlüssen 414 erzeugen, wenn V_a – V_b eine Schwellenspannung V₀ überschreitet.
6A stellt ein Diagramm dar, welches das Verhalten eines Differenzsignals über die Anschlüsse 408 und 410 zum Erzeugen eines Impulsdatensignals veranschaulicht, das einen Arbeitszyklus von etwa fünfzig Prozent aufweist. Die Stromlenkvorrichtung 406 kann i_a und i_b derart festlegen, daß V_a – V_b die Schwellenspannung V₀ über etwa die Hälfte des Signalzeitraums τ in Antwort auf eine "Eins" überschreitet, was zu einem Impulszeitraum führt, der sich auf über die Hälfte des Signalzeitraums τ erstreckt, und zu einem Arbeitszyklus von etwa fünfzig Prozent führt. 6B stellt ein Impulsdaten-Ausgangssignal dar, das in Antwort auf das in 6A dargestellte Differenzsignal erzeugt wird. Ein Impulszeitraum erstreckt sich über ½ τ, während dessen das Impulsdaten-Ausgangssignal eine hohe Signalspannung V_H aufweist. Über den verbleibenden Abschnitt des Signalzeitraums fällt das Impulsdaten-Ausgangssignal auf eine niedrige Signalspannung V_L ab.
7A stellt ein Diagramm dar, welches das Verhalten eines Differenzsignals zum Erzeugen eines Impulsdaten-Ausgangssignals veranschaulicht, das einen Arbeitszyklus von etwa sechzig Prozent aufweist. Die Stromlenkvorrichtung 406 kann i_a und i_b derart festlegen, daß V_a – V_b die Schwellenspannung V₀ über etwa sechzig Prozent des Signalzeitraums τ in Antwort auf eine "Eins" überschreitet, was zu einem Impulszeitraum führt, der sich auf über die Hälfte des Signalzeitraums τ erstreckt, und zu einem Arbeitszyklus von etwa sechzig Prozent führt. 7B stellt die Zeitsteuerung eines Impulsdaten-Ausgangssignals dar, das in Antwort auf das in 7A dargestellte Differenzsignal erzeugt wird. Ein Impulszeitraum erstreckt sich über 0,6τ, während dessen das Impulsdaten-Ausgangssignal eine hohe Signalspannung V_H aufweist. Über den verbleibenden Abschnitt des Signalzeitraums fällt das Impulsdaten-Ausgangssignal auf eine niedrige Signalspannung V_L ab. Es versteht sich, daß 6A bis 7B nur Beispiele dafür veranschaulichen, wie die Stromlenkvorrichtung 406 einen Arbeitszyklus so einstellen kann, daß dieser etwa bei fünfzig Prozent und sechzig Prozent liegt, und wie die Stromlenkvorrichtung 406 einen Arbeitszyklus so einstellen kann, daß dieser bei weniger als fünfzig Prozent oder mehr als sechzig Prozent liegt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Stromlenkvorrichtung 406 auf eine Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangssignals antworten, welches auf den Anschlüssen 414 bereitgestellt wird. In der gerade veranschaulichten Ausführungsform wird angenommen, daß das Impulsdaten-Ausgangssignal entweder eine „Eins" oder „Null" mit der gleichen Wahrscheinlichkeit übertragen kann. Dementsprechend kann das Impulsdaten-Ausgangssignal während eines Impulszeitraums auf jeglichem Signalzeitraum mit der gleichen Wahrscheinlichkeit bei der hohen Signalspannung oder der niedrigen Signalspannung liegen. Ein Differenzverstärker 412 kann das Impulsdaten-Ausgangssignal empfangen und eine Differenzspannung zum Umkehren und nicht Umkehren der Eingangsanschlüsse eines Operationsverstärkers 416 bereitstellen.
Ein Kapazitator 422 kann mit einem ersten Eingangsanschluss der Stromlenkvorrichtung 406 und einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 416 verbunden werden. Der Kapazitator 422 kann ein verstärktes Signal von dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 416 empfangen und einbeziehen, um eine Spannung an dem ersten Eingangsanschluss der Stromlenkvorrichtung 406 beizubehalten, welche die durchschnittliche Energieannäherung (das heißt, des Impulsdaten-Ausgangssignals) repräsentiert. In Antwort auf eine Differenz zwischen einer Spannung an dem ersten Eingangsanschluss und einer Referenzspannung V_ref an einem zweiten Eingangsanschluss der Stromlenkvorrichtung 406 kann die Stromlenkvorrichtung 406 die Ströme i_a und i_b einstellen, um den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals wie oben beschrieben einzustellen und beizubehalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Kapazitator 422 eine derartige Größe aufweisen, daß er die Schleife basierend auf einer maximalen Frequenz stabilisieren kann, die mit dem Impulsdaten-Ausgangssignal in Verbindung steht (zum Beispiel bis zu 10, 40 oder 100 Gigahertz). Außerdem kann der Kapazitator 422 mit der Stromlenkvorrichtung 406 und dem Operationsverstärker 416 als ein chipexterner Kapazitator verbunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Potentiometer 418 benutzt werden, um einen Widerstand zwischen einer Spannungsquelle V_cc und Ausgangsanschlüssen des Differenzverstärkers 412 zuzuordnen. Durch Einstellen des Potentiometers 418 kann die Verstärkung des Differenzverstärkers 412 erhöht oder verringert werden, was eine entsprechende Erhöhung oder Verringerung der Spannung bewirkt, die von dem Operationsverstärker 416 für die Stromlenkvorrichtung 406 bereitgestellt wird. Wenngleich die Arbeitszyklus-Steuervorrichtung 400 in einer einzigen Halbleitervorrichtung ausgebildet sein kann, kann das Potentiometer 418 in einer Ausführungsform eine chipexterne Vorrichtung umfassen, die manuell eingestellt werden kann, um den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals zu beeinflussen.
87 stellt einen Differenzverstärker 500 gemäß einer Ausführungsform des Differenzverstärkers 412 aus 5 dar. Der Differenzverstärker 500 kann ein Impulsdaten-Ausgangssignal als ein Differenzsignal empfangen, das auf Basisanschlüsse von Transistoren 506 und 508 angewendet wird, und an den Ausgangsanschlüssen 502 und 504 ein Differenzausgangssignal (zum Beispiel für den Operationsverstärker 416) bereitstellen. In alternativen Ausführungsformen eines Differenzverstärkers kann das Impulsdaten-Ausgangssignal an Basisanschlüssen von bipolaren Transistoren empfangen werden, die an Differenzausgangsanschlüssen eine Ausgangsspannung bereitstellen. Ungeachtet dessen, ob Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren benutzt werden, um den Differenzverstärker 412 zu bilden, können die Transistoren ausgebildet sein, um auf das Impulsdaten-Ausgangssignal bei den beabsichtigten Betriebsfrequenzen (zum Beispiel 10, 40 oder 100 Gigahertz) zu antworten, um bei dem Kapazitator 422 eine genaue Annäherung der durchschnittlichen Energie zu erwirken.
Die Widerstände R₁ und R₂ können Widerstände repräsentieren, die zwischen der Spannungsquelle V_cc und jedem der Ausgangsanschlüsse 502 und 504 zugewiesen sind, um die Verstärkung des Differenzverstärkers 500 zu beeinflussen. Zum Beispiel kann ein Potentiometer (zum Beispiel das Potentiometer 418) eingestellt sein, um einen Gesamtwiderstand R_T (wobei in der vorliegend veranschaulichten Ausführuugsform R₁ + R₂ = R_T ist) zwischen der Spannungsquelle V_cc und jedem der Ausgangsanschlüsse 502 und 504 zuzuweisen. Die Anschlüsse des Gesamtwiderstands R_T können mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 412 verbunden werden und das Potentiometer 48 kann eingestellt werden, um die Spannungsquelle V_cc an einer Stelle zwischen den Anschlüssen des Gesamtwiderstands R_T zu positionieren.
9 stellt ein schematisches Diagramm eines Eingangsstufenverstärkers 600 gemäß einer Ausführungsform des in 5 dargestellten Eingangsstufenverstärkers 402 dar. Ein Differenzdaten-Eingangssignal kann an Basisanschlüssen von bipolaren Transistoren 602 und 604 empfangen werden, um Abschnitte eines Schweifstroms I₀ über Widerstände R zu leiten und die Spannungen V_a und V_b auf Differenzausgangsanschlüssen (zum Beispiel den Differenzanschlüssen 408 und 410) bereitzustellen. Die Stromquellen 606 und 608 können die Ströme i_a und i_b modellieren, die wie oben beschrieben von der Stromlenkvorrichtung 406 zu Versatzströmen auf den Anschlüssen 4085 und 410 gesteuert werden. In der gerade dargestellten Ausführungsform kann der Schweifstrom I₀ derart festgelegt werden, daß der Stromversatz (das heißt, i_a – i_b) den Schweifstrom I₀ nicht überschreitet.
Wenngleich vorstehend die Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, die als Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, wird der Fachmann verstehen, daß verschiedene andere Modifikationen vorgenommen werden können und Entsprechungen ersetzt werden können, ohne den wahren Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation an die Lehre der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne von dem hier beschriebenen, zentralen, erfinderischen Konzept abzuweichen. Folglich wird beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die einzelnen, offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche fallen.
ZUSAMMENFASSUNG
LASERTREIBERSCHALTUNG
Es werden eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitszyklus eines Impulsdatensignals offenbart. Ein Impulsdaten-Ausgangsignal kann in Antwort auf ein Eingangsignal erzeugt werden, bei dem das Impulsdaten-Ausgangsignal einen Arbeitszyklus umfasst. Der Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangsignals kann basierend auf mindestens einer Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangsignals angepasst werden.

Claims

Lasertreiberschaltung umfassend: eine Eingangsstufe zum Empfangen eines Eingangssignals; einen Begrenzungsverstärker zum Erzeugen eines Impulsdaten-Ausgangssignals in Antwort auf das Eingangssignal, wobei das Impulsdaten-Ausgangssignal einen Arbeitszyklus umfasst; eine Ausgangsstufe zum Modulieren eines Ausgangsstromsignals, das auf dem Impulsdaten-Ausgangssignal basiert; und eine Arbeitszyklus-Steuerschaltung zum Steuern des Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals, das mindestens teilweise auf einer Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangssignals basiert.
Lasertreiberschaltung nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal ein doppelstufiges Signal umfasst.
Lasertreiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Eingangsstufe ein Differenzsignal auf einem ersten und zweiten Anschluss erzeugt, die mit dem Begrenzungsverstärker verbunden sind, und wobei die Arbeitszyklus-Steuerschaltung eine Stromlenkschaltung umfasst, um auf mindestens einen des ersten und des zweiten Anschlusses in Antwort auf die Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangssignals einen Fehlstrom anzuwenden.
Lasertreiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Arbeitszyklus-Steuerschaltung ferner ein Potentiometer umfasst, das eingestellt werden kann, um den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals anzupassen.
Lasertreiberschaltung nach Anspruch 4, wobei die Arbeitszyklus-Steuerschaltung ferner einen Differenzverstärker umfasst, um in Antwort auf das Impulsdaten-Ausgangssignal eine Differenzspannung auf dem ersten und dem zweiten Anschluss zu erzeugen, und wobei das Potentiometer mit dem Differenzverstärker verbunden ist, um einen Widerstand zwischen einer Spannungsquelle und mindestens einem des ersten und des zweiten Anschlusses zu bestimmten, um die Differenzspannung zu beeinflussen.
Lasertreiberschaltung nach Anspruch 5, wobei das Potentiometer eingestellt werden kann, um einen Widerstand, der zwischen der Spannungsquelle und jedem des ersten und zweiten Anschlusses verbunden ist, zuzuordnen.
Verfahren umfassend: Erzeugen eines Impulsdaten-Ausgangssignals in Antwort auf ein Eingangssignal, wobei das Impulsdaten-Ausgangssignal einen Arbeitszyklus umfasst; Steuern des Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangsignals, das mindestens teilweise auf einer Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangssignals basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner umfasst: Erzeugen eines Differenzsignals auf einem ersten und einem zweiten Anschluss in Antwort auf das Eingangssignal; und Anwenden eines Fehlstroms auf mindestens einen des ersten und des zweiten Anschlusses in Antwort auf die Annäherung der durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangsignals.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner das Einstellen eines Potentiometers umfasst, um den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren ferner umfasst: Erzeugen einer Differenzspannung auf einem ersten und zweiten Anschluss in Antwort auf das Impulsdaten-Ausgangssignal; und Einstellen des Potentiometers, um einen Widerstand zwischen einer Spannungsquelle und mindestens einem des ersten und des zweiten Anschlusses zu bestimmen, um die Differenzspannung zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren ferner das Einstellen des Potentiometers umfasst, um einen Widerstand zuzuordnen, der zwischen der Spannungsquelle und jedem der ersten und zweiten Anschlüsse verbunden ist.
System umfassend: einen Serializer, um in Antwort auf ein paralleles Datensignal ein serielles Datensignal bereitzustellen; eine Laservorrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie mit einem optischen Übertragungsmedium verbindbar ist, um in Antwort auf ein Stromsignal ein optisches Signal in dem optischen Übertragungsmedium zu übertragen; und eine Lasertreibervorrichtung umfassend: eine Eingangsstufe, um ein Eingangssignal zu empfangen; einen Begrenzungsverstärker, um ein Impulsdaten-Ausgangssignal in Antwort auf das Eingangssignal zu erzeugen, wobei das Impulsdaten-Ausgangssignal einen Arbeitszyklus umfasst; eine Ausgangsstufe, um das Stromsignal, das auf dem Impulsdaten-Ausgangssignal basiert, zu modulieren; und eine Arbeitszyklus-Einstellschaltung, um den Arbeitszyklus des Impulsdaten-Ausgangssignals anzupassen, das mindestens teilweise auf einer Annäherung einer durchschnittlichen Energie des Impulsdaten-Ausgangssignals basiert.
System nach Anspruch 12, wobei das System ferner einen SONET-Framer umfasst, um das parallele Datensignal bereitzustellen.
System nach Anspruch 13, wobei das System ferner eine gewebeartige Schaltmatrix umfasst, die mit dem SONET-Framer verbunden ist.
System nach Anspruch 13, wobei das System ferner eine Ethernet-MAC umfasst, um ein paralleles Datensignal an einer medienunabhängigen Schnittstelle bereitzustellen.
System nach Anspruch 15, wobei das System ferner einen Multiplex-Datenbus umfasst, welcher mit der Ethernet-MAC verbunden ist.
System nach Anspruch 15, wobei das System ferner eine gewebeartige Schaltmatrix umfasst, das mit der Ethernet-MAC verbunden ist.