KR102663758B1 - 내장형 자체 테스트를 갖는 하이-레인 카운트 광학 트랜시버 - Google Patents

Abstract

광학 디바이스, 이를테면 광학 트랜시버는 활성 전력 모드를 사용하여 테스팅 모드에서 구성될 수 있는 캐스케이드된 내장형 자체-테스트 구조를 포함할 수 있고 비활성 전력 모드에서 루프백 경로로부터 멀리 떨어진 광을 충분히 감쇠시킬 수 있다. 광학 디바이스는, 내장형 자체-테스트 구조가 활성 모드에 있는 동안 광학 컴포넌트들의 테스팅 및 교정을 위한 광 소스를 튜닝하는 데 사용될 수 있는 웨이퍼 상단 방출기를 포함할 수 있다.

Description

내장형 자체 테스트를 갖는 하이-레인 카운트 광학 트랜시버{HIGH-LANE COUNT OPTICAL TRANSCEIVER WITH BUILT-IN SELF TEST}

본 개시내용은 일반적으로 광학 디바이스들, 및 보다 구체적으로 광학-전기 디바이스들을 테스팅하는 것에 관한 것이다.

현대 고속 집적 회로(IC)들은 현대 통신 네트워크들에 의해 요구되는 멀티-기가비트 데이터 레이트로 데이터를 송신하기 위해 협력하여 동작하여야 하는 수백만 개의 컴포넌트들, 이를테면 트랜지스터들을 갖는 복잡한 아키텍처들을 가진다. 그런 디바이스들을 제조하는 중요한 단계들 중 하나는, 나중에, 예컨대 제품에 통합된 이후에 디바이스들이 실패하지 않는 것을 보장하기 위해 고속 디바이스들의 테스팅 및 교정이다. 전자 또는 반도체 디바이스들을 위해 일반적으로 구성된 현재의 테스팅 시스템들은 일부 현대 하이브리드 고속 디바이스들, 이를테면 더 높은 데이터 레이트들을 달성하기 위해 전기 및 광 둘 모두를 프로세싱하는 광학 트랜시버들의 빠른 테스팅 및 교정을 제공하도록 구성되지 않는다.

아래 설명은 본 개시내용의 실시예들의 구현들의 예로써 주어진 예시들을 갖는 도면들의 논의를 포함한다. 도면들은 제한이 아닌 예로써 이해되어야 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 "실시예"에 대한 언급들은 본 발명의 청구 대상의 적어도 하나의 구현에 포함된 특정 특징, 구조, 또는 특성을 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 나오는 "일 실시예에서" 또는 "대안적인 실시예에서" 같은 어구들은 본 발명의 청구 대상의 다양한 실시예들 및 구현들을 설명하고, 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하지 않는다. 그러나, 이들은 또한 반드시 상호 배타적이지 않다. 임의의 특정 엘리먼트 또는 행위의 논의를 더 쉽게 식별하기 위해, 참조 번호에서 최상위 자리 숫자 또는 숫자들은, 엘리먼트 또는 행위가 처음 소개되는 도면("도면") 번호를 지칭한다.
도 1a는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 광학 신호들을 송신 및 수신하기 위한 광학 트랜시버를 예시하는 블록도이다.
도 1b는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 광학 신호들을 송신 및 수신하기 위한 병렬 레인 광학 트랜시버를 예시하는 블록도이다.
도 2는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 루프백 모드(loopback mode)를 갖는 광학 트랜시버의 예시적인 기능 컴포넌트들을 도시한다.
도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 내장형 자체-테스트 아키텍처를 도시한다.
도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따른 내장형 자체-테스트 스위치에 대한 예시적인 스위치 아키텍처를 도시한다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 내장형 자체-테스트 스위치에 대한 예시적인 스위치 아키텍처를 도시한다.
도 6은 일부 예시적인 실시예들에 따른 내장형 자체-테스트 스위치를 튜닝하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 일부 예시적인 실시예들에 따른 하이 레인 카운트 내장형 자체-테스트 스위치(high lane count built-in self-test switch)를 사용하여 내장형 자체-테스트 스위치 모드를 인에이블링하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 일부 예시적인 실시예들에 따른 하나 이상의 광학 디바이스를 포함하는 광학-전기 디바이스의 예시이다.
아래에 설명된 실시예들의 일부 또는 모두를 묘사할 수 있는 도면들의 설명을 포함할 뿐 아니라, 본원에 제시된 본 발명의 개념들의 다른 잠재적인 실시예들 또는 구현들을 논의하는 소정의 세부 사항들 및 구현들의 설명들이 이어진다. 본 개시내용의 실시예들의 개요는 아래에 제공되고, 이어서 도면들을 참조하여 더 상세한 설명이 이어진다.

이하의 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 다수의 특정 세부사항은 본 발명의 청구 대상의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명의 청구 대상의 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 일반적으로, 잘-알려진 명령어 인스턴스들, 구조들, 및 기법들은 반드시 상세히 도시되지 않는다.

논의된 바와 같이, 현대 고속 네트워크 디바이스들, 이를테면 광학 트랜시버들은 종래의 테스팅 장치를 사용하여 테스트하기 어려울 수 있다. 이를 위해, 내장형 자체 테스트 광학 구조는 광학-전기 디바이스에 통합될 수 있어서, 제조 스테이지에서 웨이퍼-레벨 테스팅을 가능하게 하고 추가로 디바이스가 웨이퍼로부터 개별화되고 최종 제품에 통합된 이후 나중에 테스팅 및 교정을 가능하게 한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 광학 디바이스는 디바이스들로부터 (예컨대, 외부 광학 네트워크를 통해) 광학 데이터의 하나 이상의 레인을 전송 및 수신하기 위한 광학 송신기 및 수신기를 포함한다. 송신기 및 수신기는 루프백 테스팅을 위해 인에이블되고 미션 모드(예컨대, 디바이스가 광학 디바이스들, 이를테면 광학 네트워크를 사용하여 광을 송신 및/또는 수신하는 미션 모드 또는 트랜시버 모드)를 위해 디스에이블될 수 있는 통합 루프백 경로를 통해 연결될 수 있다. 광학 디바이스는 광을 루프백 경로로부터 드롭 포트(drop-port)(예컨대, 광학 흡수기 또는 비유도 모드에 커플링됨)로 멀리 지향시킴으로써 점점 감쇠되는 일련의 캐스케이드 필터(cascaded filter)들을 포함하는 스위치를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 필터들 각각은 필터에 의해 수신된 광을 루프백 경로로부터 멀리(예컨대, 드롭 포트들을 향해) 수동적으로 지향시키도록 구성된 전력 분배기를 포함한다. 필터들 각각은 필터의 광을 광학 루프백 경로를 향해 지향시키도록 필터의 광을 수정할 수 있는 튜너를 포함할 수 있고, 이에 의해 제조 동안 및 (예컨대, 최종 제품으로) 현장에서 동작 이후 루프백-기반 테스팅을 가능하게 한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 루프백 경로 상의 필터들 중 하나 이상은 광학 디바이스(예컨대, 광학 트랜시버)의 초기화에서 레이저 파장을 정확하게 설정하기 위해 활용된다.

일부 예시적인 실시예들에서, 트랜시버는 개별 섬유들(예컨대, 병렬 단일 모드)을 통해 상이한 채널들 상에서 데이터의 상이한 레인들을 송신하는 다중레인 광학 디바이스이다. 레인들의 수가 증가함에 따라, 각각의 레인은 광을 도파관으로부터 멀리 지향시키는 저전력 모드 또는 제로 전력 모드에서 동작할 수 있고 전력을 각각의 필터의 튜너들에 제공하여 활성 모드로 구성될 수 있는 통합 스위치를 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 광학 트랜시버 설계의 레인들의 수는 광을 레인들의 개별 루프백 경로들로부터 멀리 지향시키는 활성 제어들 또는 스위치들을 요구하지 않고 증가될 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, 통합 루프백 스위치는 제조 스테이지 동안 웨이퍼-레벨 테스팅 및 교정을 가능하게 하기 위해 광을 레인으로부터 출력할 수 있는 웨이퍼 상단 방출기(예컨대, 격자(grating))를 포함한다. 예컨대, 레이저는 광을 생성할 수 있는 웨이퍼 상단 방출기로부터 광학 테스팅 디바이스, 이를테면 파장 계측기 또는 광학 스펙트럼 분석기로 광을 출력하여 튜닝될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 주어진 레인에 대한 레이저는 소정의 파장으로 튜닝되고, 이어서 루프백 스위치에서 튜너들의 활성화가 대량의 광학 레인으로 확장될 수 있는 접근법에서 정확한 광학 디바이스의 내장형 자체-테스팅을 가능하게 한다.

도 1a는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 광학 신호들을 송신 및 수신하기 위한 광학 트랜시버(100)를 예시하는 블록도이다. 광학 트랜시버(100)는, 효율적인 내장형 자체 테스트 루프백 경로가 구현될 수 있는 예시적인 하이-레인 카운트 광학 트랜시버이다. 광학 트랜시버(100)는 전기 디바이스들, 이를테면 전기 하드웨어 디바이스(150)로부터의 전기 데이터를 인터페이스하고, 전기 데이터를 광학 데이터로 변환하고, 그리고 하나 이상의 광학 디바이스, 이를테면 광학 디바이스(175)로 광학 데이터를 전송 및 수신하도록 구성된다. 설명 목적들을 위해, 아래의 설명에서, 전기 하드웨어 디바이스(150)는 광학 스위치 네트워크에 데이터를 전송 및 수신하는 플러그가능(pluggable) 디바이스로서 광학 트랜시버(100)를 "호스팅"하는 호스트 보드이고; 여기서, 예컨대, 광학 디바이스(175)는 광학 스위치 네트워크의 다른 컴포넌트들(예컨대, 외부 송신기(177))일 수 있다. 그러나, 광학 트랜시버(100)가 다른 타입들의 전기 디바이스들 및 광학 디바이스들과 인터페이스하도록 구현될 수 있다는 것이 인식된다. 예컨대, 광학 트랜시버(100)는 일부 예시적인 실시예들에 따라, 광으로부터 이진 전기 데이터로 변환된 이후 데이터를 프로세싱하는 온-보드 전기 칩들을 상호연결하기 위해 광학 버스로서 광학 네트워크(예컨대, 도파관들, 섬유들)를 사용하는 하이브리드 "마더보드" 상에 단일 칩으로서 구현될 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, 하드웨어 디바이스(150)는 광학 트랜시버(100)의 전기 인터페이스를 수용 및 짝을 이루기 위한 전기 인터페이스를 포함한다. 광학 트랜시버(100)는 통신 시스템 또는 디바이스 내에서 백엔드(backend) 모듈로서 동작하는 하드웨어 디바이스(150)에 의해 물리적으로 수용되고 이로부터 제거될 수 있는 제거가능 프런트-엔드(front-end) 모듈일 수 있다.

광학 트랜시버(100)의 데이터 송신기(105)는 전기 신호들을 수신할 수 있고, 이어서 전기 신호들은 PIC(110)를 통해 광학 신호들로 변환된다. 이어서, PIC(110)는 광학 링크들, 이를테면 PIC(110)와 인터페이스하는 섬유 또는 도파관들을 통해 광학 신호들을 출력할 수 있다. 이어서, 출력 광 데이터는 네트워크, 이를테면 WAN(wide area network), 광학 스위치 네트워크, 임베디드(embedded) 시스템의 광학 도파관 네트워크 등을 통해 다른 컴포넌트들(예컨대, 스위치들, 종점 서버들, 단일 임베디드 시스템의 다른 임베디드 칩들)에 의해 프로세싱될 수 있다. 비록 단일 데이터 송신기(105)가 예시되지만, 추가 데이터 송신기들이 광학 트랜시버(100)의 설계의 일부로서 포함된다(예컨대, 아래에 논의된 바와 같이, PSM4 시스템의 각각의 레인에 대해 1 개씩인 4 개의 개별 데이터 송신기)는 것이 인식된다.

수신기 모드에서, 광학 트랜시버(100)는 광학 디바이스(175)로의 하나 이상의 광학 링크를 통해 높은 데이터 레이트 광학 신호들을 수신할 수 있다. 광학 신호들은 데이터 수신기(115)에 의한 추가 프로세싱을 위해, 이를테면 전기 하드웨어 디바이스(150) 같은 다른 디바이스들에 출력을 위해 데이터를 더 낮은 데이터 레이트로 복조시키기 위해 PIC(110)에 의해 광으로부터 전기 신호들로 변환된다. 비록 단일 데이터 수신기(115)가 예시되지만, 추가 데이터 수신기들이 광학 트랜시버(100)의 설계의 일부로서 포함된다(예컨대, 아래에 논의된 바와 같이, PSM4 시스템의 각각의 레인에 대해 1 개씩인 4 개의 개별 데이터 수신기)는 것이 인식된다.

예컨대, 광학 트랜시버(100) 및 하드웨어 디바이스(150)는 광학 통신 디바이스 또는 시스템(예컨대, 네트워크 디바이스), 이를테면 파장 분할 다중화(WDM) 시스템 또는 병렬 단일 모드(parallel single mode)(PSM) 시스템의 컴포넌트들일 수 있다. 일반적으로, WDM 시스템들은 개별 섬유를 통해 상이한 파장들(예컨대, 상이한 반송파 파장들)에서 다수의 데이터 스트림을 송신한다. WDM 실시예들에서, 개별 섬유는 PIC(110)로부터 다수의 레인을 출력하고, 여기서 각각의 레인은 파장들의 채널(범위)에 대응한다. 예컨대, 도 1a에서, 광학 트랜시버(100)는 각각의 레인이 상이한 파장이기 때문에 혼합되지 않는 상이한 파장들을 갖는 광의 4 개의 상이한 WDM 레인을 포함할 수 있는 단일 모드 섬유를 통해 광학 디바이스(175)에 커플링된다. 또한, 광학 트랜시버(100)는 분리 및 프로세싱(예컨대, 광에서 전기 데이터로의 변환, 및 필터링, 및 하나 이상의 하드웨어 디바이스, 이를테면 하드웨어 디바이스(150)로의 출력)을 위해 광의 4 개의 상이한 WDM 레인을 수신하는 단일 모드 섬유로부터 WDM 광을 수신한다.

병렬 단일 모드에서, 각각의 레인은 각각의 레인을 개별적으로 유지하는 상이한 광 경로들 또는 섬유들로 분할된다. 예컨대, 도 1b를 참조하여, 광학 트랜시버(100)는 4 개의 상이한 레인을 갖는 PSM4 트랜시버이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 단일 레이저는 반송파 파장에서 광을 생성하고, 광은 각각의 레인에 대해 4 개의 상이한 수신기에 의해 분할 및 변조된다. 이어서, 4 개의 변조된 빔은 4 개의 송신 광섬유에서 광학 트랜시버로부터 출력된다. 유사하게, 4 개의 PSM 수신 섬유는 광학 트랜시버(100)에 커플링되고, 여기서 각각의 수신 섬유는 개별 레인의 광학 데이터를 반송하고 각각의 섬유 상의 레인들은 동일한 반송 파장을 사용한다. 추가 변조 경로들로 PIC(110)를 설계함으로써 추가 PSM 레인들이 구현될 수 있다. 예컨대, 광학 트랜시버(100)는 64 개의 레인 PSM 광학 트랜시버로 설계될 수 있고, 여기서 하나의 광 소스는 64 개의 상이한 광학 변조기에 대한 반송파들을 생성한다. 64 개의 변조기 각각은 데이터 송신기(105)(예컨대, 각각의 레인에 대해 1 개씩인 64 개의 변조기 구동기를 갖는 데이터 송신기)로부터의 데이터를 사용하여 광을 변조함으로써 데이터를 부여한다. 이어서, 64 개의 레인의 광은 (예컨대, 64 개의 상이한 원격 수신기 또는 디바이스로 라우팅되는) 출력 섬유들로 함께 그룹화되는 64 개의 상이한 섬유에서 출력된다. 유사하게, PSM 광의 64 개의 입력 레인은 광을 64 개의 입력 섬유를 통해 광학 트랜시버(100)에 입력할 수 있고, 이어서 광은 추가 라우팅을 위해 프로세싱되고 하나 이상의 하드웨어 디바이스, 이를테면 이더넷 스위치에 출력될 수 있다.

도 2는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 루프백 모드를 갖는 광학 트랜시버(100)의 예시적인 기능 컴포넌트들을 도시한다. 논의된 바와 같이, 트랜시버(100)는 WDM 또는 PSM 시스템으로 구현될 수 있고, 여기서 단일 레인만이 간결함을 위해 도 2에 예시된다. 추가 루프백 경로들을 갖는 추가 레인들은 광학 트랜시버 설계에 포함될 수 있고, 여기서 각각의 루프백 구조는 효율적인 하이-레인 카운트들(예컨대, 64 개의 레인)을 가능하게 하기 위해 N 번 반복될 수 있다.

도 2의 예에서, 데이터 송신기(105)는 송신기(TX) 제어기(203)에 저장된 명령어들을 사용하여 전기 데이터를 수신하고 PIC(110)의 컴포넌트들을 제어하는 것을 관리한다. TX 제어기(203)의 예들은 디지털 신호 프로세서(DSP) 유닛, 범용 마이크로프로세서, ASIC, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 이들의 조합, 또는 실행을 위한 제어 명령어들을 저장하는 동반 메모리를 갖는 다른 등가의 통합 또는 별개의 논리 회로를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

일부 예시적인 실시예들에서, 데이터 송신기(105)는 외부 디바이스, 이를테면 외부 호스트 디바이스 또는 호스트 보드로부터 전기 데이터 입력을 수신한다. 이어서, 송신기 제어기(203)는 전기 데이터를, 변조기 구동기(205)가 PIC(110)의 광학 변조기(220)(예컨대, 위상 시프터, EAM(electro-absorption modulator), 마하-젠더 간섭계(MZI) 변조기)를 제어하는 데 사용하는 광학 변조 데이터로 변환하는 명령어들을 실행할 수 있다. 변조기(220)는 광 소스, 이를테면 레이저(213)로부터 광을 수신하고, 이어서 변조 명령어들(예컨대, 이진 전기 데이터를 PAM4 변조 또는 QPSK 변조 심볼 데이터로 변환함)에 따라 수신된 광을 변조하고, 이어서 PIC(110)로부터 출력 광(예컨대, 광학 스위치 네트워크를 통해 송신되는 출력 광)으로서 출력한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 광학 변조기(220)의 변조 특성에 영향을 줄 수 있는 환경 또는 디바이스 온도들을 보상하기 위해, 송신기 제어기(203)는 원하는 동작 범위에서 변조기(220)를 동적으로 유지하도록 히터(210)를 제어한다. 비록 도 2의 예가 간략성을 위해 포함되지 않은 다양한 컴포넌트들을 갖는 송신기(105)의 단순화된 버전을 예시하지만, 송신기(105)가 아래에 추가로 논의되고, 일부 예시적인 실시예들에 따른 추가적인 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.

PIC(110)는 아래에 더 상세히 논의된 바와 같이, 광학 엘리먼트, 이를테면 포토다이오드 및/또는 다른 엘리먼트들을 사용할 수 있는 광학 검출기(230)에 의해 검출되는 광학 입력 광을 (예컨대, 단일 모드 섬유로부터) 수신하여, 수신된 광에서 광자를 검출하고 데이터 수신기(115)에 의한 복조 프로세싱을 위해 광을 전기로 변환할 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, PIC(110)는 설계, 테스팅, 및 제조 스테이지들 동안, 및 현장에서(예컨대, 최종 제품에 통합 이후 내장형 자체-테스트(BIST)의 부분으로서) 트랜시버(100)를 분석 및 교정하기 위해 출력 광을 송신 컴포넌트들(예컨대, 변조기(220) 및 데이터 송신기(105)를 포함하는 송신기 광학 서브어셈블리)로부터 바로 수신 컴포넌트들(예컨대, 검출기(230), 데이터 수신기(115))로 지향시키는 광학 루프백 경로(225)(예컨대, 통합 도파관)를 포함한다.

루프백 경로(225)는 트랜시버(100)에 존재하는 비트 오류율(BER) 특성화, 수신된 전력, 및 감도 특성화, 및 필터들(예컨대, 멀티플렉서, 디-멀티플렉서 등)의 교정 같은 테스트들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 광학 트랜시버(100)의 온-칩 또는 인트라 모듈 특성화를 허용한다.

일부 예시적인 실시예들에서, PIC(110)는 송신 컴포넌트(예컨대, 변조기(220))의 출력을 수신 컴포넌트들(예컨대, 검출기(230))을 향해 지향시키기 위해 제어 신호를 수신할 수 있는 하이-레인 카운트 BIST 광학 스위치 아키텍처(222)를 포함한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 루프백 경로(225) 스위칭 엘리먼트들은 다음 광학 컴포넌트들, 즉 SOA, 열-광학 스위치, p-i-n 다이오드 스위치, 또는 하나 이상의 다중모드 간섭(MMI) 커플러 및 마하 젠더 간섭계(MZI)로 구성된 스위치 네트워크 모두 또는 서브세트를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)할 수 있다. 스위칭 엘리먼트의 추가는 송신기로부터 광학 신호의 라우팅을 결정하기 위해 전기 제어 신호의 부과를 허용한다. 특정 제어 조건의 경우, 스위치는 내장형 테스트 모드의 부분으로서, PIC(또는 모듈) 내에서 송신기로부터 수신기로 광학 신호의 라우팅을 가능하게 할 수 있다.

상이한 제어 조건의 경우, 동일한 스위칭 엘리먼트는, 광학 신호가 송신기로부터 외부 광학 링크로 라우팅되는 것을 보장할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, PIC는 수신 컴포넌트들(예컨대, 변조기(220), 스위치 아키텍처(222))로부터 루프백 경로(225) 상의 광을 수신하기 위해 제어 신호를 수신하는 추가 스위치 아키텍처(222)를 포함한다. 이런 방식으로, 광학 트랜시버(100)는 트랜시버의 송신 및 수신 경로들 사이에 광학 링크를 형성하기 위해 모듈에 대한 외부 광학 링크의 필요성을 제거하고, 이에 의해 외부 커플링 교정 동작들, 커플링 손실, 외부 섬유-대-스위치 연결들 등을 제거한다. 또한, 트랜시버의 개별 송신 및 수신 섹션들의 교정 및 기능 검증은 물리적 광학 연결이 유닛 외부에 만들어져야 하는 해결책들로 제한되지 않는다. 또한, 트랜시버가 "정상" 동작 모드로 설정될 필요가 있을 때, 통합 루프백 경로를 간단히 디스에이블할 수 있기 때문에 송신기와 수신기 사이의 외부 연결을 연결해제할 필요가 없다.

비록 도 2의 예가 간략성을 위해 포함되지 않은 다양한 컴포넌트들을 갖는 PIC(110)의 단순화된 버전을 예시하지만, PIC(110)가 광을 전송 및 수신하기 위한 추가적인 다양한 컴포넌트들(예컨대, MZI들, EAM(electro-absorption modulation)들, 멀티플렉서들, 디멀티플렉서들, 필터들)을 포함할 수 있다는 것이 인식된다.

데이터 수신기(115)는 PIC(110)로부터 전기 데이터를 수신하고 수신기(RX) 제어기(250)에서 실행 및/또는 저장되는 명령어들을 사용하여 수신기(115)의 컴포넌트들을 제어함으로써 전기 데이터를 프로세싱(예컨대, 증폭 필터링, 복조)하는 것을 관리한다. RX 제어기(250)의 예들은 DSP 유닛, 범용 마이크로프로세서, ASIC, FPGA, 이들의 조합, 또는 실행을 위한 제어 명령어들을 저장하는 동반 메모리를 갖는 다른 등가의 통합 또는 별개의 논리 회로를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)한다.

검출기(230)에 의해 생성된 전기(예컨대, 전기 신호, 전류)는 TIA(235)에 의해 증폭된 전기 전압으로 변환될 수 있고, 이어서 피드 포워드 등화기(FFE)(240)에 의해 프로세싱된다. FFE(240)는 신호를 필터링 및 강화시키기 위해 신호들의 지연된 버전을 생성 및 결합하기 위한 하나 이상의 지연부를 구현한다. 일부 예시적인 실시예들에서, FFE(240)는 (예컨대, 하나 이상의 눈 다이어그램(eye diagram)을 생성함으로써) 수신된 신호를 분석하기 위해 RX 제어기(250)에 의해 구현될 수 있는 수신기 눈 스캔 분석기(253)에 필터링된 전기 신호를 입력한다. 이어서, 또한, 일부 예시적인 실시예들에 따라, 필터링된 신호는 데이터의 타이밍/클록 특성을 프로세싱 및 복구(예컨대, 클록 신호를 추출하고 데이터 신호를 재타이밍함)하기 위해 클록 및 데이터 복구(CDR) 모듈(255)에 의해 프로세싱되고, 이어서 (예컨대, 외부 디바이스, 이를테면 하드웨어 디바이스(150)에 의한 추가 프로세싱을 위해) 추가로 프로세싱되거나 데이터로서 출력된다.

도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른, 내장형 자체 테스트 스위치 아키텍처(300)를 도시한다. 하이-레인 카운트 BIST 루프백 구조(305)는 일부 예시적인 실시예들에 따라, 도 2의 광학 스위치 아키텍처(222)의 예시적인 구성이다. 레이저(303)(예컨대, 도 2의 레이저(213))는 WDM 트랜시버(도 1a) 또는 PSM 트랜시버(도 1b)에 대한 내부 또는 외부 레이저로서 구성될 수 있고 루프백 구조(305)는 각각의 추가적인 변조 경로에 대해 다수 회 구현될 수 있다. 예컨대, 구조(305)는, 4 개의 레인이 루프백 구조(305)의 단일 인스턴스를 사용하여 송신기로부터 수신기로 루핑되는 단일 WDM 트랜시버 설계를 위한 PIC 설계에서 한 번 구현될 수 있다. 대안적으로, 트랜시버는 많은 수의 레인들, 이를테면 64 개의 레인 PSM 트랜시버를 포함할 수 있고, 루프백 구조(305)의 64 개의 인스턴스는 64 개의 송신기 사이의 BIST 루프백 기능을 개별 64 개의 PSM 레인의 64 개의 대응하는 수신기에 제공하도록 구성될 수 있다. 구조(305)의 하나의 이점은, BIST 모드일 때 BIST 스위치 전력을 소비하고, BIST 모드가 아닐 때(예컨대, 광학 트랜시버가 미션 모드일 때) 각각의 루프백 구조가 효율적인 제로-전력 스위치 구성을 사용하면서 루프백 경로들을 강하게 감쇠시킬 수 있다는 것이다. 또한, BIST 인에이블링 모드에서, 루프백 손실은 미션 모드 사용 또는 외부 광섬유 기반 루프백 미만이고, BIST 디스에이블 모드에서, 루프백 손실은 수신기 성능에 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 높다(예컨대, Tx에서 Rx로의 광학 누화로 인해 <0.1dB 전력 페널티).

레이저(303)는 반송파 광을 생성하는 튜닝가능 레이저일 수 있고, 이어서 광학 변조기(310)(예컨대, 도 2의 변조기(220))에 의해 변조된다. 이어서, 광학 변조기(310)는 반송파 광을 튜닝가능 필터(315)에 입력하고, 이어서 (예컨대, 도 1a 또는 도 1b에서와 같이, 광학 디바이스(175)로의 송신을 위해) 송신기 출력으로서 출력된다. 튜닝가능 필터(315)는 광자 집적 회로에 대한 기준 파장을 제공할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 루프백 구조(305)는 다수의 튜닝가능 필터를 포함하고, 튜닝가능 필터 각각은 상이한 자유 스펙트럼 범위를 갖는다. 다수의 튜닝가능 필터는 원하는 출력 파장에 대한 고유 결합된 송신 피크를 제공하기 위해 협력하여 동작할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 전력 감지 회로는, 튜닝가능 필터의 저항이 시간에 따라 변화함에 따라 주어진 필터의 반복가능한 포지션을 제공하기 위해 각각의 튜닝가능 필터에 내장된다.

튜닝가능 필터(315)는 전력 분배기(320)(예컨대, 지향성 커플러, 다중-모드 간섭(MMI) 커플러)에 커플링되고, 전력 분배기(320)는 수신된 광을 탭(325)을 통해 웨이퍼 상단 방출기(335) 및 모니터 포토다이오드(MPD)(330)에 커플링한다. 전력 분배기(320)는 추가로 BIST 스위치(345) 및 모니터 포토다이오드(MPD)(350)에 커플링된 다른 튜닝가능 필터(323)에 광을 입력한다.

일부 예시적인 실시예들에서, 제조 시간 동안, 광학 트랜시버는 웨이퍼 상단 방출기(335)를 사용하여 웨이퍼 레벨에서 테스트될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 웨이퍼 상단 방출기(335)는 실리콘 질화물 또는 실리콘의 에칭된 격자로서 형성된다. 웨이퍼 상단 방출기(335)가 실리콘 질화물 격자인 일부 예시적인 실시예들에서, 테이퍼(taper)는 웨이퍼 상단 방출기(335)의 실리콘 질화물 격자 실시예에 입력되기 전에 광학 모드를 실리콘 도파관으로부터 실리콘 질화물 도파관으로 전환하는 데 사용된다.

주어진 레인에 대해 웨이퍼 상단 방출기(335)를 사용하여 웨이퍼-레벨 테스팅을 구현할 수 있는 하나의 광학 테스트 및 교정 절차는 레인에 대한 레이저 파장 측정을 포함한다. 많은 광학 웨이퍼 스케일 측정이 레이저에 기반하기 때문에, 파장을 조정하기 위해 웨이퍼 상단 방출기(335)에 커플링된 외부 광학 스펙트럼 분석기(OSA)를 사용하여 튜닝가능 레이저를 원하는 파장으로 설정하는 것은 매우 이익이다. 예로서, 레이저(303)는, 웨이퍼 상단 방출기(335)에 커플링된 외부 OSA가 1300nm의 값을 디스플레이할 때까지 튜닝될 수 있고; 그 후 BIST-인에이블링 모드에서 추가적인 측정들이 수행될 수 있다. 예컨대, 일부 예시적인 실시예들에 따라, 송신 체인(예컨대, MPD(365)) 상의 마지막 MPD의 송신 전력이 미리-설정된 최소치를 초과하고 BIST 루프백 모드에서 수신기 응답이 미리-설정된 최소치를 초과하면, 광학 트랜시버(또는 트랜시버의 특정 레인)는 교정 및 기능하는 것으로 고려된다. 상이한 레이저 파장에 따라 크게 변화하는 송신 전력 및 수신기 응답으로 인해, 레이저(303)를 방출기(335)를 통해 목표 테스트 파장으로 설정하는 것은 디바이스의 정확한 테스팅을 보장할 수 있다.

또한, 외부 광학 스펙트럼 분석기는 또한 레이저 튜닝 성능의 임의의 예상되지 않은 편차들을 식별함으로써 레이저(303)의 품질을 측정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 레이저(303)가 1300nm에 도달할 수 없고 단지 1298nm에만 도달할 수 있다면, 트랜시버 디바이스는 불량 레이저로 인해 결함이 있는 것으로 고려될 수 있는 반면, 레이저(303)가 1300nm에 도달하지만, 1290nm에서 1300nm로 빠르게 점프하면, 레이저(303)는 튜닝 불안전성으로 실패될 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, 높은 처리량 테스팅의 경우, 외부 광학 스펙트럼 분석기는, 이것이 추가적인 테스팅 시간을 초래하기 때문에 레이저(303)를 직접 제어하도록 구현되지 못하고, 오히려 레이저(303)는 목표 레이저 파장 가까이 있는 미리 정의된 교정 설정들로 설정될 것이다. 추가적으로, 일부 예시적인 실시예들에 따라, 하나 이상의 MZI 및 MPD는 레이저(303)의 파장을 목표로 하도록 구현된다. 이들 예시적인 실시예에서, 외부 광학 스펙트럼 분석기는 여전히 레이저 파장을 기록하도록 구현될 수 있고, 파장이 목표로부터 멀면, 광학 트랜시버는 실패로서 버려질 것이다. 특히, 이런 접근법은 방출기(335)를 사용하여 레이저를 제어 루프와 정렬하기 위해 다수의 판독치가 아닌, 광학 스펙트럼 분석기로부터의 단지 하나의 파장 판독치만을 요구하기 때문에 OSA를 통해 레이저를 제어하기보다 더 효율적이다.

일부 예시적인 실시예들에 따라, 광학 스펙트럼 분석기를 사용하는 레이저 SMSR(side-mode-suppression ratio), 외부 포토다이오드 및 전기 스펙트럼 분석기를 사용하는 레이저 RIN(relative intensity noise), 및 포토다이오드 및 전기 스펙트럼 분석기와 함께 외부 광학 지연 라인 간섭계를 사용하는 레이저 광학 라인폭을 포함하는 웨이퍼 상단 방출기(335)를 사용하여 추가적인 가치있는 테스팅 파라미터들이 측정될 수 있다.

전력 분배기(320)는 추가로 광을 BIST 스위치(345)에 커플링하고, 이는 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에 더 상세히 설명된다. BIST 스위치(345)는 루프백 모드에서 수신기로부터 변조기로 광을 루핑하도록 활성화될 수 있는 수신기 스위치(355)에 커플링된다. BIST 스위치(345)는 BIST 스위치(345)의 각각의 필터에 대한 전력을 사용하지 않고, 미션 모드(예컨대, 외부/원격 디바이스들, 이를테면 광학 디바이스(175)에 송신 동안) 광이 수신기 스위치(355)에 커플링되는 것을 막는 높은 감쇠를 갖도록 구성된다. 추가적으로, 모니터 포토다이오드(MPD)(360)는 BIST 스위치(345)의 출력을 모니터링할 수 있고, 모니터 포토다이오드(365)는 미션 및 루프백 모드 동안 수신기 스위치(355)의 출력을 모니터링하고 위에서 논의된 바와 같이 테스트 광학 컴포넌트들, 이를테면 레이저(303)를 테스팅하는 데 사용될 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, 미션 모드를 루프백 모드로 스위칭하기 위해, 수신기 스위치(355)는 BIST 스위치(345)의 출력을 수신기 경로(예컨대, 도 2의 루프백 경로(225))에 커플링하도록 활성 튜너를 재구성한다. 추가로, BIST 스위치(345)는 하나 이상의 튜너를 활성화하여 전력 분배기(320)로부터의 광을 수신기 스위치(355)로 지향시키고, 이에 의해 광을 광학 수신기에 커플링한다.

도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따른, BIST 스위치에 대한 예시적인 스위치 아키텍처(400)를 도시한다. 아키텍처(400)는 BIST 필터(403), BIST 필터(423), 및 BIST 필터(437)를 포함하는 다수의 캐스케이드된 수동 스위치 또는 필터를 포함한다. 본원에 논의된 바와 같이, 각각의 BIST 필터는 2 개의 광학 경로 또는 도파관에 의해 연결되는 입력 커플러(예컨대, 2x2 분배기(405), 2x2 분배기(420), 2x2 분배기(435)) 및 출력 커플러(예컨대, 2x2 분배기(415), 2x2 분배기(430), 및 2x2 분배기(445))를 포함하고, 여기서 입력 및 출력 커플러들을 연결하는 경로들 중 하나는 BIST-디스에이블링 모드에서 제로 전력으로 동작하는 튜너를 가지며 테스팅 및 교정을 위해 BIST 모드에서 광을 통과시키도록 전기적으로 제어된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 분배기(405)는 (분배기(405)로서 1x2 스위치가 스위치를 턴 오프하기 위해 pi/2 전력 설정을 초래하는 구현으로서) 단지 하나의 포트만이 활용되는 제로-바이어스 오프-상태를 제공하기 위한 2x2 스위치(분배기)이다.

예시된 예에서, BIST 필터(403)는 광학 튜너(410) 및 광학 분배기(415)에 커플링된 광 전력 분배기(405)를 포함하고, 광학 분배기(415)는 다음 필터(예컨대, 필터(423))에 송신하는 송신 포트 및 다음 필터에 커플링된 광을 버리는(예컨대, 광을 드롭 포트에, 이어서 광학 흡수기 또는 비유도 모드에 커플링함) 드롭 포트를 갖는다. BIST 필터(423)는 광학 튜너(425) 및 광학 분배기(430)에 커플링된 광 전력 분배기(420)를 포함하고, 광학 분배기(430)는 다음 필터(예컨대, 필터(437))에 송신하는 송신 포트 및 다음 필터에 커플링된 광을 버리는(예컨대, 드롭 포트의 광을 광학 흡수기, 이를테면 SOA에 커플링함) 드롭 포트를 갖는다. BIST 필터(437)는 광학 튜너(440) 및 광학 분배기(445)에 커플링되는 광 전력 분배기(435)를 포함하고, 광학 분배기(445)는 스위치 아키텍처(400) 밖으로 송신하는 송신 포트, 및 광을 모니터 포토다이오드에 커플링하는 다른 출력 포트를 갖는다. 일부 예시적인 실시예들에서, 추가적인 BIST 스테이지들이 포함되고, 예컨대 BIST 필터(437)는 일부 예시적인 실시예들에 따라, 제로-전력 BIST 모드 동안 더 높은 감쇠를 제공하기 위해 추가 필터(묘사되지 않음)에 출력할 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, BIST 스위치들 각각은 제어 회로에 의해 전기적으로 제어되는 튜너를 포함하고: 튜너(410)는 제어부(413)에 의해 전기적으로 제어되고, 튜너(425)는 제어부(427)에 의해 전기적으로 제어되고, 튜너(440)는 제어부(443)에 의해 전기적으로 제어된다. 튜너들 각각은 전기적으로 제어되는 광학 위상 튜너, 이를테면 열-광학 효과를 통해 광 위상을 수정하는 도파관에 가까이 배치된 저항 히터로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 일부 예시적인 실시예들에서, 각각의 튜너는 전자-광학 효과, 이를테면 활성 재료의 광 흡수 또는 굴절률의 변화를 통해 전파되는 광의 광학 위상을 수정하는 도파관 영역에 형성된 다이오드이다.

분배기들(405, 415, 420, 430, 435, 및 445)은 통상의 기술자들에 의해 알려진 바와 같이, 커플링된 모드 이론에 따라 미리구성된 전력 분할 비율이 설정된 전력 분할 커플러들, 이를테면 다중모드 간섭(MMI) 또는 직접 커플러로서 제조될 수 있다. 예컨대, 분배기들(405, 420, 및 435)은 수신된 광량의 절반을 각각의 출력 포트에 커플링하는 50/50 분배기들로서 구성될 수 있다(예컨대, 절반은 주어진 필터의 튜너 또는 출력 커플러로 진행됨). BIST 디스에이블링 모드에서, 각각의 필터는 일부 예시적인 실시예들에 따라, 광이 루프백 경로를 따라 지향되는 것을 수동적으로 막도록 이상(out of phase) 및 해체 인터페이스(deconstructive interface)를 결합하는 MZI 경로들의 세트를 포함한다.

예컨대, BIST-디스에이블링 모드에서, 분배기(430)는 상단 아암(top arm)(분배기(420)로부터) 및 하단 아암(튜너(425)를 통해)으로부터 광을 수신하고, 해체 간섭(deconstructive interference)이 분배기(430)에서 발생하고, 이에 의해 필터(423)에서 광을 감쇠시킨다(예컨대, 해체 간섭에 의해 감쇠시킴).

BIST-인에이블링 모드에서, 필터들(403, 423, 437)은 광이 각각의 필터를 통과할 수 있도록 전력이 제공된다(예컨대, 여기서 각각의 필터의 출력 분배기에서 완전한 해체 간섭이 발생하지 않음). 예컨대, 필터(423)를 참조하여, 튜너(425)는 전력을 수신하여 하부 아암의 광의 위상 변화를 야기하고, 이어서 광은 분배기(430)에 커플링되고, 분배기(430)는 분배기(430)의 상단 포트를 통해 다음 필터(437)로 광을 통과시킨다.

이런 방식으로, 캐스케이드된 필터들(403, 423, 437)은 루프백 경로에 대해 능동적으로 제어되는 단일 스위치를 대체하기 위한 수동 스위치로 기능한다. 광학 아키텍처는 미세한 활성 제어에 대한 필요 없이 다수의 스테이지를 캐스케이딩함으로써 더 높은 스위치 감쇠를 제공한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 스위치들은, 교정 및 테스팅(예컨대, 레인에 대한 송신기의 변조기를 교정하고, 히터 바이어스를 교정하고, 광 소스 등을 교정함)하기 위한 루프백 모드 동안 스위치 전력이 BIST 모드 동안에만 요구되도록 제로 전력에서 최대 감쇠를 위해 정렬된다.

도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른, BIST 스위치에 대한 예시적인 스위치 아키텍처(500)를 도시한다. 도 5의 예에서, 튜너들(410, 425, 및 440) 각각은 단일 전기 제어 회로(505)에 의해 전기적으로 제어된다. 튜닝 프로세스에서, 전기 제어 회로(505)는 다음 스테이지(예컨대, 다음 필터, 또는 분배기(445)의 경우 아키텍처(500) 외부)로 송신되는 광을 최대화하기 위해 튜너들(410, 425, 및 440)의 각각을 동시에 튜닝한다. 아키텍처(500)의 하나의 이점은, 일부 예시적인 실시예들에 따라, 전기 제어 회로들의 수가 감소되고, 이에 의해 전체 전력 소비를 감소시킨다는 것이다.

도 6은 일부 예시적인 실시예들에 따른 BIST 스위치를 튜닝하기 위한 방법(600)의 흐름도를 도시한다. 동작(605)에서, 광 소스가 활성화된다. 예컨대, 동작(605)에서, 4 개의 PSM 광학 트랜시버의 1 개의 레인에 대한 레이저(예컨대, 레이저(213))는 변조를 위한 반송파 광을 생성하도록 활성화된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 반송파 광은 필터들(예컨대, 필터(403), 필터(423), 및 필터(437)) 각각을 튜닝하기 위해 변조되지 않은 형태로 사용되는 반면; 일부 다른 실시예들에서, 광은 방법(600)의 튜닝 동작들 동안 광학 변조기를 통해 변조된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 반송파 광은 웨이퍼 상단 방출기(335)를 사용하여 활성화되고 목표 파장으로 튜닝된다.

동작(610)에서, 제1 필터는 최대 송신을 다음 스테이지에 제공하도록 튜닝된다. 예컨대, 동작(610)에서, 튜너(410)는, 분배기(415)의 출력 포트들에서의 해체 간섭에서, 필터(403)의 상부 파장 아암에서의 광과 커플링하는 위상을 통해 광의 95%-100%가 송신 포트를 향해 지향되는 것으로 분배기(415)의 광이 변화하도록 하부 아암 상의 광의 위상을 변경한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 튜너(410)는 분배기(415)의 드롭 포트에서의 모니터 포토다이오드(위의 도면들에 묘사되지 않은 드롭 포트들의 모니터 다이오드) 상의 전력을 최소화함으로써 튜닝된다. 다른 예시적인 실시예들에서, 튜너(410)는 전력 분배기(415)의 송신 포트(예컨대, 전력 분배기(415)의 상단 포트)에 연결된 탭 및 모니터 포토다이오드 상의 전력을 최소화함으로써 튜닝된다.

동작(615)에서, 하나 이상의 추가 필터는 송신 포트 상에서 최대 광을 송신하도록 튜닝된다. 예컨대, 튜너(425)는 분배기(430)의 송신 포트를 향해 지향되는 광량을 최대화하도록 튜닝되고, 이어서 분배기(435)를 통해 다음 스테이지 필터에 커플링된다. 추가적으로, 일부 예시적인 실시예들에 따라, 동작(615)에서, 튜너(440)는 분배기(445)의 출력 포트(상단 포트)에서 나오는 광량을 최대화하도록 전기적으로 제어되고, 여기서 (튜닝 없이) 분배기(445)의 디폴트 구성은 광을 수동적으로 감쇠시킨다(예컨대, 해체 간섭, 및/또는 대부분의 광을 하단 포트를 향해, 이어서 비유도 모드 또는 광학 흡수기, 이를테면 광을 흡수/감쇠시키기 위해 오프-모드의 SOA로 지향시킴). 각각의 필터 스테이지가 송신 포트에 대한 최대 전력을 위해 최적화된 이후, 필터 설정은 동작(617)에서 BIST 인에이블링 모드로 저장된다.

동작(620)에서, 제로 전력은 BIST 디스에이블링 모드로 필터들의 전기 제어부들에 저장된다. 디스에이블 모드에서, 분배기들(415, 430, 및 445) 각각은 해체 간섭을 통해 광을 감쇠시키고 그리고/또는 수신된 광을 하단 포트로 지향시키고, 하단 포트는 루프백 경로(예컨대, 정렬된 상단 포트들)가 아닌 광학 흡수기 또는 비유도 모드에 광을 커플링한다.

동작(625)에서, 광학 트랜시버는 BIST 스위치가 디스에이블링 구성의 미션 모드에서 동작하고, 이때 제로 전력이 스위치들 각각에 제공되고, 광은 감쇠 및/또는 드롭 포트들로 전환된다.

일부 예시적인 실시예들에서, 필터들을 설정하기 위한 하나 이상의 동작이 생략된다. 예컨대, 일부 예시적인 실시예들에서, 동작(615)은 생략되고 단일 전기 제어 회로(505)는 튜너들 각각(410, 425, 및 440)을 튜닝하는 데 사용되어, 그들 개별 송신 포트들부터의 광량을 최대화한다. 이들 예시적인 실시예에서, 전기 제어 회로(505)는, 분배기(445)의 하부 드롭 포트에서의 전력이 드롭 포트에서의 MPD에 따라 최소화될 때까지 튜너들을 동시에 변경할 수 있고, 그 후 제어 회로(505)는 BIST-인에이블링 모드에 대한 튜닝된 설정을 저장하고 모든 튜너들을 수동 고-감쇠를 위한 제로 전력으로 동시에 설정함으로써 BIST-디스에이블링 모드로 돌아간다.

일부 예시적인 실시예들에서, 방법(600)은 위에서 논의된 바와 같이 제로-전력 BIST 루프백 구조(305)를 각각 포함하는 N 개의 레인에 대해 N 번 수행된다. 다수의 BIST 구조가 튜닝된 이후, 레인들 각각은 제로 전력이 레인들 각각의 모든 스위치들에서 설정되는 BIST-디스에이블링 모드에서 루프백 모드를 효율적으로 감쇠시킬 수 있다.

도 7은 일부 예시적인 실시예들에 따른 하이 레인 카운트 BIST 스위치를 사용하여 BIST 모드를 인에이블링하기 위한 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 동작(705)에서, 광 소스는 광학 트랜시버를 위해 활성화된다. 동작(710)에서, 수신기 스위치는 루프백 모드로 구성된다. 예컨대, 도 3을 참조하여, 수신기 스위치(355)는 BIST 스위치(345)로부터 광을 수신하기 위해 수신기 입력 포트(예컨대, 외부 소스들, 송신기들로부터 수신됨)로부터 BIST 입력 포트로 스위칭한다.

동작(715)에서, BIST 스위치의 필터들은 도 6의 동작들(610 및 615)에서 저장된 자신의 튜닝된 필터 전압들로 설정된다. 동작들(715 및 720)에서, 스위치들은 BIST-인에이블링 모드이고 광을 필터들(403, 423, 및 437)의 송신 포트들 각각에 커플링하기 위해 전력을 수신한다.

동작(720)에서, BIST 스위치 전력이 활성화되는 루프백 모드 동안, 트랜시버의 하나 이상의 광학 컴포넌트는 테스트되고 교정될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 방법(700)은 광학 트랜시버의 각각의 레인(예컨대, 64 개의 PSM 광학 트랜시버의 각각의 레인)에 대해 반복된다. 레인들 각각이 BIST 모드에서 교정된 이후, 모든 스위치들은 제로 전력으로 설정되고, 이에 의해 불필요한 전력을 소비하지 않고 각각의 레인에 대해 루프백 경로를 효율적으로 억제한다.

도 8은 일부 예시적인 실시예들에 따른 하나 이상의 광학 디바이스를 포함하는 광학-전기 디바이스(800)(예컨대, 광학 트랜시버(100))의 예시이다. 이 실시예에서, 광학-전기 디바이스(800)는 인쇄 회로 기판(PCB) 기판(805), 유기 기판(810), ASIC(815), 및 광 집적 회로(PIC)(820)를 포함하는 것으로 도시된다. 이 실시예에서, PIC(820)는 위에서 설명된 하나 이상의 광학 구조(예컨대, PIC(110), 64 개의 레인을 갖는 다중레인 PSM PIC)를 포함할 수 있다.

일부 예시적인 실시예들에서, PIC(820)는 SOI(silicon on insulator) 또는 실리콘-기반(예컨대, 실리콘 질화물(SiN)) 디바이스들을 포함하거나, 실리콘 및 비-실리콘 재료 둘 모두로 형성된 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 비-실리콘 재료(대안적으로 "이종 재료"로 지칭됨)는 III-V 재료, 자기-광학 재료, 또는 결정 기판 재료 중 하나를 포함할 수 있다. III-V 반도체들은 주기율표의 III 족 및 V 족(예컨대, InGaAsP(Indium Gallium Arsenide Phosphide), GainAsN(Gallium Indium Arsenide Nitride))에서 발견된 원소들을 가진다. III-V 반도체들에서의 전자 속도가 실리콘에서의 전자 속도보다 훨씬 빠르기 때문에, III-V-기반 재료들의 캐리어 분산 효과들은 실리콘-기반 재료들보다 상당히 높을 수 있다. 게다가, III-V 재료들은 전기 펌핑으로부터 광의 효율적인 생성을 가능하게 하는 직접 밴드갭(bandgap)을 갖는다. 따라서, III-V 반도체 재료들은 광을 생성하고 광의 굴절률을 조절하기 위해 실리콘에 비해 증가된 효율성으로 광 동작들을 가능하게 한다. 따라서, III-V 반도체 재료들은 전기로부터 광을 생성하고 광을 다시 전기로 변환할 때 증가된 효율성으로 광 동작을 가능하게 한다.

따라서, 낮은 광학 손실 및 고품질의 실리콘 산화물들은 아래에 설명된 이종 광학 디바이스들에서 III-V 반도체들의 전자-광학 효율성과 결합되고; 본 개시내용의 실시예들에서, 상기 이종 디바이스들은 디바이스의 이종 도파관들과 실리콘-전용 도파관들 사이에 낮은 손실 이종 광학 도파관 전이들을 활용한다.

자기-광학 재료들은 이종 PIC들이 자기-광학(MO) 효과에 기반하여 동작하게 한다. 그런 디바이스들은 전기 신호와 연관된 자기장이 광학 빔을 변조하여, 높은 대역폭 변조를 제공하고, 광학 절연체들을 인에이블하게 하는 광학 모드의 전기장을 회전시키는 페러데이 효과를 활용할 수 있다. 상기 자기-광학 재료들은 예컨대 철, 코발트, 또는 YIG(yttrium iron garnet) 같은 재료들을 포함할 수 있다. 또한, 일부 예시적인 실시예들에서, 결정 기판 재료들은 높은 전자-기계적 커플링, 선형 전자 광학 계수, 낮은 송신 손실, 및 안정된 물리적 및 화학적 특성들을 갖는 이종 PIC들을 제공한다. 상기 결정 기판 재료들은 예컨대 리튬 니오베이트(LiNbO3) 또는 리튬 탄탈레이(LiTaO3)를 포함할 수 있다.

예시된 예에서, PIC(820)는 프리즘(825)을 통해 광을 섬유(830)와 교환하고; 상기 프리즘(825)은 일부 예시적인 실시예들에 따라 광학 모드를 단일-모드 광섬유에 커플링하는 데 사용되는 오정렬-허용 디바이스이다. 다른 예시적인 실시예들에서, 다수의 섬유는 다양한 광학 변조 포맷(예컨대, 4 개의 레인(PSM4)을 갖는 병렬 단일 모드)을 위해 프리즘(825)으로부터 광을 수신하도록 구현된다.

일부 예시적인 실시예들에서, PIC(820)의 광학 디바이스들은 적어도 부분적으로 ASIC(815)에 포함된 제어 회로에 의해 제어된다. ASIC(815) 및 PIC(820) 둘 모두는 유기 기판(810)을 통해 IC들을 통신가능하게 커플링하는 데 사용되는 구리 필러(pillar)(814)들 상에 배치되는 것으로 도시된다. PCB 기판(805)은 볼 그리드 어레이(BGA) 상호연결부(816)를 통해 유기 기판(810)에 커플링되고, 유기 기판(810)(및 따라서, ASIC(815) 및 PIC(820))을 도시되지 않은 시스템의 다른 컴포넌트들(예컨대, 상호연결 모듈들, 전력 공급부들 등)에 상호연결하는 데 사용될 수 있다.

이하는 예시적인 실시예들이다:

예 1. 송신기 및 수신기를 포함하는 광학 트랜시버를 테스팅하기 위한 방법으로서, 루프백 모드에서 광학 트랜시버의 루프백 경로를 따라 송신기로부터 수신기로 광을 송신하는 단계 - 루프백 모드는 루프백 경로를 따라 광을 제공하기 위해 비활성 전력 모드로부터 활성 전력 모드로 스위칭하는 필터들을 포함하는 통합 루프백 스위치에 의해 인에이블됨 -; 루프백 모드에서 루프백 경로를 따라 전파되는 광을 사용하여 광학 트랜시버의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 테스팅하는 단계; 통합 루프백 스위치를 활성 전력 모드로부터 비활성 전력 모드로 설정함으로써 광학 트랜시버를 미션 모드로 설정하는 단계 - 통합 루프백 스위치의 필터들은 비활성 전력 모드 동안 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키도록 구성됨 -; 및 광학 트랜시버가 미션 모드에 있고 통합 루프백 스위치의 필터들이 비활성 전력 모드 동안 송신기에 의해 출력 광을 송신하는 단계를 포함하는, 방법.

예 2. 예 1에 있어서, 광학 트랜시버는 복수의 송신기 및 수신기 쌍을 포함하는 다중레인 광학 트랜시버인, 방법.

예 3. 예 1 또는 예 2에 있어서, 각각의 송신기 및 수신기 쌍은, 광이 활성 전력 모드에서 동작하는 개별 통합 루프백 스위치를 사용하여 루프백 모드에서 하향 지향될 수 있는 개별 루프백 경로에 의해 커플링되는, 방법.

예 4. 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예에 있어서, 각각의 개별 통합 루프백 스위치는 개별 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키는 비활성 전력 모드로부터 개별 루프백 경로를 따라 광을 능동적으로 지향시키는 활성 전력 모드로 스위칭하는 필터들을 포함하는, 방법.

예 5. 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예에 있어서, 통합 루프백 스위치의 각각의 필터는 비활성 전력 모드에서 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키고 활성 전력 모드에서 루프백 경로를 향해 광을 능동적으로 지향시키도록 구성된 전력 분배기를 포함하는, 방법.

예 6. 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예에 있어서, 전력 분배기는 다중모드 커플러인, 방법.

예 7. 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예에 있어서, 전력 분배기는 직접 커플러인, 방법.

예 8. 예 1 내지 예 7 중 어느 한 예에 있어서, 각각의 필터의 각각의 전력 분배기는 각각의 필터의 드롭 포트(drop port)로부터 필터의 송신 포트로 광을 지향시키기 위해 필터에서의 광의 위상을 변경하는 전기적으로 제어되는 튜너를 포함하는, 방법.

예 9. 예 1 내지 예 8 중 어느 한 예에 있어서, 각각의 필터의 드롭 포트는 루프백 경로로부터 멀리 광을 송신하고 각각의 필터의 송신 포트는 루프백 경로를 향해 광을 송신하는, 방법.

예 10. 예 1 내지 예 9 중 어느 한 예에 있어서, 필터들은 각각의 필터에 의해 수신된 광을 루프백 경로로부터 필터의 드롭 포트로 멀리 수동적으로 지향시킴으로써 비활성 전력 모드에서 광을 순차적으로 점점 감쇠시키는, 방법.

예 11. 예 1 내지 예 10 중 어느 한 예에 있어서, 광 소스를 사용하여 광을 생성하는 단계; 및 통합 루프백 스위치의 웨이퍼 방출기를 사용하여 광 소스를 미리구성된 파장으로 튜닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.

예 12. 예 1 내지 예 11 중 어느 한 예에 있어서, 하나 이상의 광학 컴포넌트는 광 소스를 미리구성된 파장으로 튜닝한 이후 루프백 모드에서 테스트되는, 방법.

예 13. 예 1 내지 예 12 중 어느 한 예에 있어서, 광 소스는 튜닝가능 레이저이고, 루프백 모드에서 테스트되는 하나 이상의 광학 컴포넌트는 광 소스를 포함하는, 방법.

예 14. 예 1 내지 예 13 중 어느 한 예에 있어서, 광학 스펙트럼 분석기는 웨이퍼 방출기에 커플링되고 광 소스는 통합 루프백 스위치의 웨이퍼 방출기로부터 광학 스펙트럼 분석기에 의해 수신된 광에 따라 미리구성된 파장으로 튜닝되는, 방법.

예 15. 예 1 내지 예 14 중 어느 한 예에 있어서, 광학 트랜시버는 웨이퍼에 포함되고, 하나 이상의 광학 컴포넌트는 웨이퍼 방출기로부터 방출된 광을 사용하는 웨이퍼-레벨 테스팅을 사용하여 테스트되는, 방법.

예 16. 광학 트랜시버로서, 변조된 광을 생성하도록 구성된 광학 송신기; 광을 수신하기 위한 광학 수신기; 및 루프백 경로를 따라 광학 트랜시버로부터 광학 수신기로 광을 커플링하기 위해 광학 송신기 및 광학 수신기에 커플링된 통합 루프백 스위치를 포함하고, 통합 루프백 스위치는 활성 전력 모드 동안 루프백 경로를 따라 광학 송신기로부터 광학 수신기로 광을 지향시키고 비활성 전력 모드 동안 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키는 하나 이상의 필터를 포함하는, 광학 트랜시버.

예 17. 예 16에 있어서, 통합 루프백 스위치의 각각의 필터는 비활성 전력 모드에서 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키고 활성 전력 모드에서 루프백 경로를 향해 광을 능동적으로 지향시키도록 구성된 전력 분배기를 포함하는, 광학 트랜시버.

예 18. 예 16 또는 예 17에 있어서, 비활성 전력 모드에서, 필터들은 오프 상태이고 동작 전력을 수신하지 않는, 광학 트랜시버.

예 19. 예 16 내지 예 18 중 어느 한 예에 있어서, 각각의 필터의 각각의 전력 분배기는 루프백 모드를 인에이블하게 하기 위해 필터의 드롭 포트로부터 송신 포트로 광을 지향시키기 위해 필터에서의 광의 위상을 변경하는 전기적으로 제어되는 튜너를 포함하는, 광학 트랜시버.

예 20. 예 16 내지 예 19 중 어느 한 예에서, 전력 분배기는 균일하지 않은 전력 분배 비율을 갖는 광학 커플러인, 광학 트랜시버.

전술한 상세한 설명에서, 본 발명의 청구 대상의 방법 및 장치는 이의 특정 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 청구 대상의 더 넓은 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변화들이 이에 대해 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적이기보다 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (20)

1. 송신기 및 수신기를 포함하는 광학 트랜시버를 테스팅하기 위한 방법으로서,
   루프백 모드(loopback mode)에서 상기 광학 트랜시버의 루프백 경로를 따라 상기 송신기로부터 상기 수신기로 광을 송신하는 단계 - 상기 루프백 모드는 상기 루프백 경로를 따라 광을 제공하기 위해 비활성 전력 모드와 활성 전력 모드 사이에서 스위칭하는 하나 이상의 필터를 포함하는 통합 루프백 스위치에 의해 인에이블되고, 상기 하나 이상의 필터의 각각의 필터는 상기 비활성 전력 모드에서 상기 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키고 상기 활성 전력 모드에서 상기 루프백 경로를 향해 광을 능동적으로 지향시키는 전력 분배기(power splitter)를 포함함 -;
   상기 루프백 모드에서 상기 루프백 경로를 따라 전파되는 광을 사용하여 상기 광학 트랜시버의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 테스팅하는 단계;
   상기 통합 루프백 스위치를 상기 활성 전력 모드로부터 상기 비활성 전력 모드로 설정함으로써 상기 광학 트랜시버를 미션 모드(mission mode)로 설정하는 단계 - 상기 통합 루프백 스위치의 상기 하나 이상의 필터는 상기 비활성 전력 모드 동안 상기 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키도록 구성됨 -; 및
   상기 광학 트랜시버가 상기 미션 모드에 있고 상기 통합 루프백 스위치의 상기 하나 이상의 필터가 상기 비활성 전력 모드에 있는 동안 상기 송신기에 의해 출력 광을 송신하는 단계
   를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광학 트랜시버는 복수의 송신기 및 수신기 쌍을 포함하는 다중레인 광학 트랜시버(multilane optical transceiver)인, 방법.
3. 제2항에 있어서, 각각의 송신기 및 수신기 쌍은, 광이 상기 활성 전력 모드에서 동작하는 개별 통합 루프백 스위치를 사용하여 상기 루프백 모드에서 하향 지향될 수 있는 개별 루프백 경로에 의해 커플링되는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 각각의 개별 통합 루프백 스위치는 상기 비활성 전력 모드에서 상기 개별 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키고 상기 활성 전력 모드에서 상기 개별 루프백 경로를 따라 광을 능동적으로 지향시키는 하나 이상의 전력 분배기(power splitter)를 포함하는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 전력 분배기는 다중모드 커플러인, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 전력 분배기는 직접 커플러(direct coupler)인, 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 전력 분배기는 광을 상기 전력 분배기의 송신 포트로 지향시키기 위해 광의 위상을 변경하는 전기적으로 제어되는 튜너를 포함하는, 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 전력 분배기의 드롭 포트(drop port)는 상기 루프백 경로로부터 멀리 광을 송신하고, 상기 송신 포트는 상기 루프백 경로를 향해 광을 송신하는, 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 필터는 광을 상기 루프백 경로로부터 복수의 필터의 각각의 필터의 드롭 포트들로 멀리 수동적으로 지향시킴으로써 상기 비활성 전력 모드에서 광을 순차적으로 점점 감쇠시키는 복수의 필터를 포함하는, 방법.
10. 제1항에 있어서,
    광 소스를 사용하여 상기 광을 생성하는 단계; 및
    상기 통합 루프백 스위치의 웨이퍼 방출기를 사용하여 상기 광 소스를 미리구성된 파장으로 튜닝하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 광 소스를 상기 미리구성된 파장으로 튜닝한 이후 상기 루프백 모드에서 테스트되는, 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 광 소스는 튜닝가능 레이저이고, 상기 루프백 모드에서 테스트되는 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 광 소스를 포함하는, 방법.
13. 제10항에 있어서, 광학 스펙트럼 분석기는 상기 웨이퍼 방출기에 커플링되고, 상기 광 소스는 상기 통합 루프백 스위치의 상기 웨이퍼 방출기로부터 상기 광학 스펙트럼 분석기에 의해 수신된 광에 따라 상기 미리구성된 파장으로 튜닝되는, 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 광학 트랜시버는 웨이퍼에 포함되고, 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 웨이퍼 방출기로부터 방출된 광을 사용하는 웨이퍼-레벨 테스팅을 사용하여 테스트되는, 방법.
15. 광학 트랜시버로서,
    변조된 광을 생성하도록 구성된 광학 송신기;
    광을 수신하기 위한 광학 수신기; 및
    루프백 경로를 따라 상기 광학 송신기로부터 상기 광학 수신기로 광을 커플링하기 위해 상기 광학 송신기 및 상기 광학 수신기에 커플링된 통합 루프백 스위치
    를 포함하고, 상기 통합 루프백 스위치는 하나 이상의 필터를 포함하고, 상기 하나 이상의 필터의 각각의 필터는 비활성 전력 모드에서 상기 루프백 경로로부터 멀리 광을 수동적으로 지향시키고 활성 전력 모드에서 상기 루프백 경로를 향해 광을 능동적으로 지향시키는 전력 분배기(power splitter)를 포함하는, 광학 트랜시버.
16. 제15항에 있어서, 상기 비활성 전력 모드에서, 상기 하나 이상의 필터는 오프 상태이고 동작 전력을 수신하지 않는, 광학 트랜시버.
17. 제15항에 있어서, 상기 전력 분배기는 상기 전력 분배기의 드롭 포트로부터 송신 포트로 광을 지향시키기 위해 광의 위상을 변경하는 전기적으로 제어되는 튜너를 포함하는, 광학 트랜시버.
18. 제15항에 있어서, 상기 전력 분배기는 균일한 분배 비율을 갖고, 해체 간섭(deconstructive interference)은 상기 비활성 전력 모드에서 상기 전력 분배기에서 발생하는, 광학 트랜시버.
19. 제15항에 있어서,
    상기 광을 생성하는 광 소스 - 상기 광 소스는 상기 통합 루프백 스위치의 웨이퍼 방출기를 사용하여 미리구성된 파장으로 튜닝가능함 - 를 더 포함하는, 광학 트랜시버.
20. 제19항에 있어서, 상기 광학 트랜시버는 웨이퍼 내에 있고, 상기 광학 트랜시버 내의 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 웨이퍼 방출기로부터 방출된 광을 사용하는 웨이퍼-레벨 테스팅을 사용하여 테스트되는, 광학 트랜시버.

Images