TWI462500B - 利用相幅不平衡自動補償的差動感光器的光電裝置 - Google Patents

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Description

利用相幅不平衡自動補償的差動感光器的光電裝置
本發明係有關於光電領域，特別是有關於能夠至少提供感光功能或構成光接收器的光電裝置。
如同熟知此技藝之人士所知的，在某些技術領域中，例如光通訊，差動信號方式是一種對於某種數量寄生信號具有較佳抗擾性的有效載送資訊資料的方法。這些資訊資料可透過對於二互補信號進行減法而加以還原，而在進行減法必須對於相位及振幅保持良好的平衡。
在光通訊的情形中，這二個互補的信號通常是由一光組件自一個或多個光輸入信號中加以產生的。而後，可以用一光電裝置，其通常包含一光偵測機構，設置成可將該等第一及第二互補光信號轉換成第一及第二互補電流，以及一處理機構，通常是設置用來處理該等第一及第二互補電流，以輸出一正比於該等第一及第二互補電流間差值的電壓。選擇性地，取代唯一輸出電壓的是，如果在輸出處進一步需要差動信號，則可產生二個互補的輸出電壓。
前述的光電裝置可以有二種型式。第一種型式包含有所謂的平衡式光接收器，其光偵測機構通常包含一平衡式光偵測器，由二個光二極體所組成，其等係連接成能夠輸出一個正比於該二互補輸入光信號間之差值的單端電流，且其處理機構包含一轉阻放大器，具有一連接至該二光二極體共用輸出端的輸入端，並可提供一單端輸出電壓，且如果輸出上進一步需要有差動信號的話，亦可選擇性地提供一互補輸出電壓。
第二種型式通常包含有所謂的差動光接收器，其光偵測機構包含二個獨立而相同的光二極體，且其處理機構包含一差動轉阻放大器，具有分別連接至該等光二極體之輸出端的第一及第二輸入端，並可提供一正比於該二互補輸入電流間之差值的單端輸出電壓，且如果輸出上進一步需要有差動信號的話，亦可選擇性地提供一第二互補輸出電壓。
但是，用以組合起來構成這些光電裝置的組件，以及這些組件及光電裝置的製程，常常會引入缺陷，造成該二互補信號在被減之前，其間有不平衡的情形，因之而使接收性能變差。
由於這些光電裝置通常無法進行不平衡的補償，因此對於要使用差動信號的組件及與該等組件有關的製程而言，可能會需要有特定而嚴苛的特性(例如說來自光解調器輸出，其提供該二互補光信號給光接收器的光偵測機構)。這會造成昂貴的組件及製程。再者，無論該等組件及製程的品質為何，該等光電裝置仍然有可能會其他的缺陷，且在他們的使用壽命可能會有特性偏移的情形，因此應該要提供差動偵測的最終性能優勢可能不容易達成。
本發明的某些實施例的目的係在於，要能在包含有一配置成可將第一及第二互補光信號轉換成第一及第二互補電流之光偵測機構及一配置成用來處理第一及第二互補電流而輸出至少一第一輸出電壓(並且在如果在輸出端進一步需要一差動信號時選擇性輸出一第二互補輸出電壓)之處理機構的光電裝置中，達成相幅不平衡的自動補償。
就此目的而言，該光電裝置的處理機構可包含：
-　一轉換機構，係設置成可分別將該等第一及第二互補電流轉換成第一及第二操作電壓，
-　一平衡機構，係設置成可平衡該等第一及第二操作電壓的相位及振幅，以及
-　一差動放大機構，係設置成可施加一減法功能於該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓上，以產生至少該第一輸出電壓，該輸出電壓係正比於該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓間之差值(以及選擇性地輸出第二互補輸出電壓)。
根據本發明的光電裝置可包含有附加的特點，可以個別或合併考量，而主要為：
-　其轉換機構可包含第一及第二獨立的轉阻放大機構，係設置成可將該等第一及第二互補電流分別轉換成該等第一及第二操作電壓；
-　其平衡機構可包含(i)第一及第二獨立的相位及振幅調整機構，係設置成為控制信號(電流或電壓)的函數來分別調整該等第一及第二操作電壓的相位及振幅，以及(ii)一相位及振幅誤差偵測器，係設置成可比較由該等第一及第二獨立的相位及振幅調整機構所輸出的該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓的相位及振幅，以決定相位及振幅的不平衡，以及產生該等控制信號(電流或電壓)，其等係代表要由該等第一及第二獨立的相位及振幅調整機構進行之相位及振幅的調整，以補償該等被決定的相位及振幅不平衡；
　該等第一及第二獨立的相位及振幅調整機構每一者可包含一可變延遲機構，係設置成可調整該相位，以及一可變增益機構，係設置成可調整該振幅；
　該相位及振幅誤差偵測器可包含一相位比較器，其包含有一XOR機構，係設置成可施用一XOR邏輯功能至該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓，以及一振幅比較器，其包含一峰值偵測器及一差動放大器，係設置成可比較該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓的振幅；
-　其光偵測機構可包含第一及第二獨立的光二極體，係設置成可將該等第一及第二互補光信號分別轉換成該等第一及第二互補電流；
-　其可構成一差動光接收器。
本發明的其他特點及優點可自檢視以下的詳細說明及後附之圖式而得知，其中第1圖示意而功能性地顯示出一光解調器連接至根據本發明實施例的一光電裝置的一實施例範例。
後附的圖式不僅是用以使本發明更為完整，在有必要時亦可有助於其定義。
本發明的實施例係要提供一種能自動補償相幅不平衡的光電裝置OD。
在下面的說明中，其係以舉例方式考量以一差動光接收器做為該光電裝置OD。但是，光電裝置OD亦可為一種能提供數種功能而最主要為光感受的裝置。
如第1圖中所示，一根據本發明的光電裝置OD，包含至少一光偵測機構PDM及一處理機構PM。
該光偵測機構PDM包含第一及第二輸入端，其等可分別連接至一光解調器DM的第一及第二輸出端。光解調器DM是設置用來解調於其輸入端所接收到的每一輸入光信號，以產生將由其第一及第二輸出端加以輸出的第一DS1及第二DS2光互補信號。
該光偵測機構PDM係可設置成來將該等第一DS1及第二DS2互補光信號(分別於其第一及第二輸入端接收到)轉換成第一C1及第二C2互補電流。
例如說，如第1圖中所示，光偵測機構PDM可包含第一PD1及第二PD2獨立而(最好)相同的光二極體PD1及PD2。在此所用的“獨立”一詞，可以理解是指該二光二極體PD1及PD2並未耦接在一起的情形。
這些第一PD1及第二PD2光二極體係設置成可將第一SD1及第二SD2互補光信號分別轉換成第一C1及第二C2互補電流。
光偵測機構PDM可進一步包含有其他的補助性組件，例如偏壓及觸耦網路，其等本身即可能包含電容器以及電阻器。
處理機構PM可以是一電子電路或一集積組件。其係設置用以處理第一C1及第二C2互補電流(由光偵測機構PDM輸出者)而輸出至少一第一輸出電壓V1，以及如果在輸出端需要有一差動信號時，選擇性地輸出一第二互補輸出電壓V2。
例如說，第二輸出電壓V2，係互補於第一輸出電壓V1，是等於與該第一輸出電壓V1相反者(亦即V2=-V1)。
更精確地說，根據本發明的一些實施例，如第1圖中所示，處理機構PM可包含一轉換機構CM、一平衡機構BM、以及一差動放大機構DAM。
轉換機構CM可包含第一及第二輸入端，其等分別連接至光偵測機構PDM的輸出端，以供分別被饋以第一C1及第二C2互補電流。其係設置成將所接收到的第一C1及第二C2互補電流分別地轉換成將在其第一及第二輸出端上分別輸出的第一SV1及第二SV2操作電壓。在此所用的“操作電壓”一詞，可以理解是指其值係涵蓋於可供在其各輸入處接收到該電壓的機構做正常操作的範圍內的電壓。
例如說，如第1圖中所示，轉換機構CM可包含第一TA1及第二TA2獨立而最好相同的轉阻放大機構，其等係設置成可將第一C1及第二C2互補電流分別轉換成第一SV1以及第二SV2操作電壓。例如說，每一轉阻放大機構TA1、TA2均是一單端轉阻放大器。
轉換機構CM可包含額外的處理機構，位於該二轉阻放大機構TA1及TA2下游，以供進一步最佳化該等信號，以及，最主要的，一平衡機構BM。
此平衡機構BM包含第一及第二輸入，其等分別連接至轉換機構CM的第一及第二輸出，以供分別被饋以第一SV1及第二SV2操作電壓。其係設置成可使這些第一SV1及第二SV2操作電壓的相位及振幅平衡。
例如說，如第1圖中所示，平衡機構BM可包含第一PAA1及第二PAA2獨立而最好相同相位及振幅調整機構，以及一相位及振幅誤差偵測器ED。
第一相位及振幅調整機構PAA1具有一第一輸入，連接至轉換機構CM的第一輸出端，以供被饋以第一操作電壓SV1，以及一第二輸入端，連接至相位及振幅誤差偵測器ED的一第一輸出端，以供被饋以一第一控制信號(電流或電壓)CC1。第二相位及振幅調整機構PAA2具有一第一輸入端，連接至轉換機構CM的第二輸出端，以供被饋以第二操作電壓SV2，以及一第二輸入端，連接至相位及振幅誤差偵測器ED的一第二輸出端，以供被饋以一第二控制信號(電流或電壓)CC2。
這些第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構係設置成能以第一CC1及第二CC2控制信號(電流或電壓)的函數來分別調整第一SV1及第二SV2操作電壓的相位及振幅，並分別包含有輸出端，以供輸出具有調整過相位及振幅第的一SV1’及第二SV2’操作電壓。
例如說，第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構每一者可包含一可變延遲機構，其係設置成可調整第一SV1或第二SV2操作電壓的相位，以及一可變增益機構，其係設置可調整第一SV1或第二SV2操作電壓的振幅。
在此所用的“可變延遲機構”一詞，可以理解是指一種能以一控制信號(電流或電壓)之函數關係來改變其導入至一信號內之延遲情形的電子組件。此種可變延遲機構可由例如說負責在輸入信號的多種延遲型式中依據一控制信號(電流或電壓)來進行選擇的“選擇器”來加以實施。另外，在此所用的“可變增益機構”一詞，可以理解是指一種能以一控制信號(電流或電壓)之函數關係來改變其增益的電子組件。此種可變增益機構可由例如說為人熟知的吉伯單元(Gilbert Cell)來加以實施。
相位及振幅誤差偵測器ED包含第一及第二輸入端，分別連接至第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構的輸出，以及第一及第二輸出，分別連接至第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構的第二輸入。相位及振幅誤差偵測器ED主要係設置用來比較分別由第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構的第一及第二輸出端所輸出而具有平衡相位及振幅的第一SV1’及第二SV2’的操作電壓的相位及振幅，以決定其間可能的相位及振幅不平衡。相位及振幅誤差偵測器ED亦設置成可產生第一CC1及第二CC2控制信號(電流或電壓)，其等係分別供用以控制第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構的作動，且其等係代表要由這些第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構所進行的相位及振幅調整，以針對他們所輸出之具有平衡相位及振幅的第一SV1’及第二SV2’操作電壓之間所確定的相位及振幅不平衡進行補償。
例如說，相位及振幅誤差偵測器ED可包含一相位比較器及一振幅比較器。該相位比較器可含一XOR(互斥或OR)機構，設置用來施用XOR邏輯功能於具有平衡相位及振幅的第一SV1’及第二SV2’操作電壓上。在此所用的“XOR機構”一詞，可以理解是指一種能夠輸出一代表著施用XOR邏輯功能於二輸入信號上之結果的信號的電子組件。該相位比較器在該XOR機構之後可進一步包含一些低通濾波器，具有一些常見的處理機構，以供最終產生一適當的信號(電壓或電流)，該信號係正比或是至少以某種方式代表第一SV1’及第二SV2’操作電壓間的相位差。
該振幅比較器可包含一峰值偵測器及一差動放大器，設置用來比較具有平衡相位及振幅的第一SV1’及第二SV2’操作電壓各自的振幅。該振幅比較器可包含電容器及二極體，用以產生一正比於或至少以某種方式代表每一第一SV1’及第二SV2’操作電壓之振幅的信號、一差動放大器，用以比較該等第一SV1’及第二SV2’操作電壓、以及可能另外的已知處理機構，用以產生一適當的振幅誤差信號。
因此，平衡機構BM係做為一自動回授迴路，能夠補償第一SV1及第二SV2操作電壓間的相幅不平衡。
差動放大機構DAM包含第一及第二輸入端，其等分別連接至平衡機構BM的第一及第二輸出端(亦即第一PAA1及第二PAA2相位及振幅調整機構的輸出端)，以供被分別饋以具有平衡相位及振幅的第一SV1’及第二SV2’操作電壓。
此差動放大機構DAM係設置用來施用減法功能於具有平衡相位及振幅的第一SV1’及第二SV2’操作電壓上，以產生正比於具有平衡相位及振幅之第一SV1’及第二SV2’操作電壓間之差值的第一輸出電壓V1，以及如果輸出端進一步需要有一差動信號時，選擇性地產生一第二互補輸出電壓V2。
本發明可提供多種優點，其中以下所列是特別值得一提的：
-　簡單而低成本的差動偵測，
-　一種有效率實施差動偵測而不需要有平衡式光偵測器的強效解決方案，
-　一種零組件及製造公差的改良，因此而減低成本。
本發明並不僅限於前面所述僅係做為範例的光電裝置實施例，而是函蓋所有會被熟知此技藝者視為屬於下附申請專利範圍內的變化替代實施例。
BM．．．平衡機構
C1．．．第一互補電流
C2．．．第二互補電流
CC1．．．第一控制信號
CC2．．．第二控制信號
CM．．．轉換機構
DAM．．．差動放大機構
DM．．．光解調器
DS1．．．第一光互補信號
DS2．．．第二光互補信號
ED．．．相位及振幅誤差偵測器
OD．．．光電裝置
PAA1．．．第一相位及振幅調整機構
PAA2．．．第二相位及振幅調整機構
PD1．．．第一光二極體
PD2．．．第二光二極體
PDM．．．光偵測機構
PM．．．處理機構
SD1．．．第一互補光信號
SD2．．．第二互補光信號
SV1．．．第一操作電壓
SV1’．．．第一操作電壓
SV2．．．第二操作電壓
SV2’．．．第二操作電壓
TA1．．．第一轉阻放大機構
TA2．．．第二轉阻放大機構
V1．．．第一輸出電壓
V2．．．第二輸出電壓
第1圖示意而功能性地顯示出一光解調器連接至根據本發明實施例的一光電裝置的一實施例範例。
BM．．．平衡機構
C1．．．第一互補電流
C2．．．第二互補電流
CC1．．．第一控制信號
CC2．．．第二控制信號
CM．．．轉換機構
DAM．．．差動放大機構
DM．．．光解調器
DS1．．．第一光互補信號
DS2．．．第二光互補信號
ED．．．相位及振幅誤差偵測器
OD．．．光電裝置
PAA1．．．第一相位及振幅調整機構
PAA2．．．第二相位及振幅調整機構
PD1．．．第一光二極體
PD2．．．第二光二極體
PDM．．．光偵測機構
PM．．．處理機構
SV1．．．第一操作電壓
SV1’．．．第一操作電壓
SV2．．．第二操作電壓
SV2’．．．第二操作電壓
TA1．．．第一轉阻放大機構
TA2．．．第二轉阻放大機構
V1．．．第一輸出電壓
V2．．．第二輸出電壓

Claims (8)

  1. 一種光電裝置(OD)，包含一光偵測機構(PDM)，係設置成可將第一及第二互補光信號轉換成第一及第二互補電流，以及一處理機構(PM)，係設置成可處理該等第一及第二互補電流而輸出至少一第一輸出電壓(V1)，其中該處理機構(PM)包含(i)一轉換機構(CM)，係設置成可分別將該等第一及第二互補電流轉換成第一及第二操作電壓、(ii)一平衡機構(BM)，係設置成可平衡該等第一及第二操作電壓的相位及振幅、以及(iii)一差動放大機構(DAM)，係設置成可施加一減法功能於該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓上，以產生至少該第一輸出電壓(V1)，其係正比於該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓間之差值，其中，該操作電壓係具有包括在正常操作電壓值內的電壓，且其中，平衡操作電壓的相位及振幅包含分別調整該電壓的相位及振幅成為各別控制信號的函數。
  2. 如申請專利範圍第1項之光電裝置，其中該轉換機構(CM)包含第一(TA1)及第二(TA2)獨立的轉阻放大機構，係設置成可將該等第一及第二互補電流分別轉換成該等第一及第二互補操作電壓。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光電裝置，其中該平衡機構(BM)包含(i)第一(PAA1)及第二(PAA2)獨立的相位及振幅調整機構，係設置成為控制信號的函數來分別調整該等第一及第二操作電壓的相位及振幅、以及( ii)一相位及振幅誤差偵測器(ED)，係設置用以將該第一及第二操作電壓的各別相位與該平衡相位比較及將該第一及第二操作電壓的各別振幅與該平衡振幅比較，該平衡相位及該平衡振幅係由該第一(PAA1)及第二(PAA2)獨立的相位及振幅調整機構所輸出，以決定相位及振幅的不平衡，以及產生該等控制信號，其等係代表要由該等第一(PAA1)及第二(PAA2)獨立的相位及振幅調整機構進行之相位及振幅的調整，以補償該等被決定的相位及振幅不平衡。
  4. 如申請專利範圍第3項之光電裝置，其中該等第一(PAA1)及第二(PAA2)獨立的相位及振幅調整機構之每一者包含一可變延遲機構，係設置成可調整該相位，以及一可變增益機構，係設置成可調整該振幅。
  5. 如申請專利範圍第3項之光電裝置，其中該相位及振幅誤差偵測器(ED)包含一相位比較器，其包含有一XOR機構，係設置成可施用一XOR邏輯功能至該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓，以及一振幅比較器，其包含一峰值偵測器及一差動放大器，係設置成可比較該等具有平衡相位及振幅之第一及第二操作電壓的振幅。
  6. 如申請專利範圍第1項之光電裝置，其中該等光偵測機構(PDM)包含第一(PD1)及第二(PD2)獨立的光二極體(PD1、PD2)，係設置成可將該等第一及第二互補光信號分別轉換成該等第一及第二電流。
  7. 如申請專利範圍第1項之光電裝置，其中該等差動 放大機構(DAM)係設置成可輸出與該第一輸出電壓(V1)互補的一第二輸出電壓(V2)。
  8. 如申請專利範圍第1項之光電裝置，其中其係構成一差動光接收器。
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