CN103067090B - 用于光器件的加强接收信号功率指示器及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种光收发器和/或光网络，和监控光收发器的方法，可用于增大动态范围和/或确定光网络中的光收发器和/或不同光收发器的接收信号强度和/或链路预算。所述电路通常包含光电二极管，用于生成与光信号对应的第一电流，电流镜，用于生成等于第一电流或与其成比例的第二电流，和非线性元件，用于根据第一电流生成第一电压。

Description

用于光器件的加强接收信号功率指示器及使用方法

技术领域

本发明通常涉及光收发器，光数据通信和网络技术领域。更具体地说，本发明的实施例适用于监控包括光发射器和收发器在内的光器件的方法，架构，电路和 / 或***。

背景技术

如图 1 所示，无源光网络（ PON ） 100 规定了中心局和一个或多个用户间的数据光通信。通常，所述中心局包含光线路终端 (OLT)105 或光收发器，用于通过 OLT105 和用户节点（比如， 125a,125b, …或 125n ）间的光纤介质发送和接收光数据。所述光纤介质发送和接收光数据利用了通常被称为光网络单元 (ONU) 或光网络终端 (ONT) 的收发器。

在光网络 100 中， OLT105 和 ONU125a-n 试图使它们各自的收发器在稳定的功率水平上发射光信号。但是，除 (1) 所述收发器间的距离和 (2) 所述收发器和网络 100 中元件的正常工作之外，还存在可导致 OLT105 或 ONU125 的接收器 110 ， 130 接收的光信号功率水平各自变化的因素。通过举例说明，但非限制性的，某些链路损耗的原因包括发射器运行的变化，中介元件 140 的存在（比如，线缆，分光器，耦合器）和拼接片的使用。比如，链路损耗可能是由 OLT105 和 ONU125a-n 接收的光信号功率水平的变化导致的。如果 OLT105 和 / 或 ONU125a-n 以错误的功率水平接收光信号（比如，过高或过低），数据就不能正确地行进通信或处理。为确保通信正确和 / 或稳定， 就必须确保输入光信号的功率水平保持在 OLT105 和 ONU125 接收器的动态范围内。

被 OLT105 和 / 或 ONU125a-n 错误检测和 / 或处理的光信号会导致接收器电路 110 ， 130a-n 错误处理接收的数据。提高信号的增益可以改善光信号的检测和 / 或处理和 / 或接收的数据的准确性。但是，大信号不需要大增益；事实上，提升强信号的增益是不合适的，因为可能在随后信号处理阶段中导致饱和现象的出现。

为了确定光收发器是否在正确运行，就必须对光信号的各种运行参数进行监控。在光收发器中，输入和 / 或输出功率的检测可实现用户对收发器信息的监控并确保适当的性能和正常的运行。但是，对接收信号强度的测量必须较快执行。确定接受信号强度的传统功率测量电路会相对较慢，且它的准确度会在如低电流和 / 或短光数据传输时间范围的实例中降低。而且，任何添加到光电二极管电源的滤光器都可减慢功率测量电路的反映时间。典型的功率测量电路还趋向于线性的，并因此，可具有有限的动态范围。

本“背景技术”部分仅用于提供背景信息。“背景技术”的陈述并不意味着本“背景技术”部分的主旨构成了本发明了现有技术，并且本“背景技术”的任何部分，包括本“背景技术”本身，都不用于构成本发明现有技术。

发明内容

本发明的实施例适用于与监控包含光发射器和收发器在内的光器件和 / 或与其通信的方法，架构，电路，点收发器和 / 或接收器和 / 或***。

在一个实施例中，本电路可包含光电二极管（ PD ），用于生成与光信号对应第一电流，电流镜，用于生成等于所述第一电流或与其成比例的第二电流，和非线性元件，用于根据所述第二电流生成第一电压。在不同的实施例中，所述非线性元件可包含对数放大器，增益放大器，第一二极管，分段线性放大器，或分段非线性电阻器。所述分段非线性电阻器可包含第一和第二电阻式分段。所述第一电阻式分段通常包含第一电阻器，且所述第二电阻式分段可包含第二电阻器和二极管。所述分段非线性电阻器还可包含额外的电阻式分段，包含一个或多个电阻器和 / 或二极管。或者，所述非线性元件包含无源非线性元件和运算放大器（ op amp ）。在其他实施例中，所述电路还可包含跨阻放大器和 / 或射频探头。

本电路的另一个实施例可包含光电二极管，用于生成（ i ）电信号和（ ii ）与光信号对应的第一电流，非线性元件，其耦合至所述光电二极管并用于生成与所述第一电流成比例的第一电压，和第一放大器，用于放大所述电信号。在一个实施例中，所述非线性元件包含耦合至所述光电二极管一端的无源非线性器件和运算放大器。所述运算放大器用于检测贯穿所述无源非线性器件的电压差（比如，从所述无源非线性器件的第一端接收第一输入和从所述无源非线性器件的第二端接收第二输入）。在各种实施例中，所述无源器件包含二极管，及可选的电阻器。在其他实施例中，所述第一放大器可包含跨阻放大器和 / 或射频探头。

本发明还涉及光收发器，包含光接收器，用于接收光信息，上述电路中的一个，和逻辑电路，用于根据（ i ）所述第一电压和（ ii ）第二电压来确定或计算信号强度值和 / 或链路预算。其中，所述第二电压位于直接和 / 或间接从光电探测器接收电信号的放大器的输出上。

本发明还涉及监控一个或多个光收发器的方法。该方法包括接收和 / 或发送一个或多个光信号，转换所述光信号为第一电流，利用非线性元件将所述第一电流转换为第一电压，和计算接收信号强度，动态范围和 / 或基于所述第一电压的链路预算。在另一个实施例中，所述方法还可包含将与接收信号强度，动态范围或链路预算相关的标记和 / 或状态发射到网络或主机。

本发明的实施例有益地提供了能够产生宽动态范围的电路和一种光和 / 或光电接收器和 / 或收发器。所述宽动态范围用于成功接收和处理光信号和 / 或快速评估和 / 或确定接收光信号强度指示（ RSSI ）和 / 或链路预算（比如，作为数字诊断检测接口 [DDMI] ）。文中所披露的各种实施例和 / 或例子都可与其他实施例和 / 或例子组合，只要这样的组合是适宜，有必要或有利的。本发明的优点将会通过以下各实施例的描述展现。

附图说明

图 1 所示为无源光网络。

图 2A 所示为与本发明实施例相关的第一典型电路。

图 2B 的图表所示为图 2A 第一典型电路生成的典型电压反馈（作为电流的函数）。

图 2C 所示为与本发明实施例相关的典型非线性元件，包含分段线性增益放大器。

图 2D 的图表所示为图 2A 和 2C 典型电路生成的典型电压反馈（作为电流的函数）。

图 3A 所示为与本发明实施例相关的第二典型电路。

图 3B 的图表所示为图 3A 第二典型电路生成的典型电压反馈（作为电流的函数）。

图 4A 所示为与本发明实施例相关的第三典型电路。

图 4B 的图表所示为图 4A 第三典型电路生成的典型电压反馈（作为电流的函数）。

图 4C 所示为与本发明实施例相关的又一个分段非线性电阻器。

图 5 所示为与本发明实施例相关的第四典型电路。

图 6 所示为与本发明实施例相关的第五典型电路。

图 7A 所示为与本发明实施例相关的第五典型光收发器。

图 7B 所示为与本发明实施例相关的第二典型光收发器。

图 8 的流程图所示为与本发明实施例相关的监控光收发器一个或多个光信号的典型方法。

具体实施例

本发明的各种实施例都会有详细的参照。参照的例证会在附图中得到阐释。本发明会用随后的实施例说明，但本发明不仅限于这些实施例的说明。相反的，本发明还意欲涵盖，可能包括在由附加权利要求规定的本发明的主旨和范围内的备选方案，修订条款和等同个例。而且，在下文对本发明的详细说明中，指定了很多特殊细节，以便对本发明的透彻理解。但是，对于一个所属技术领域的专业人员来说，本发明没有这些特殊细节也可以实现的事实是显而易见的。在其他实例中，都没有详尽说明公认的方法，程序，部件和电路，以避免本公开的各方面变得含糊不清。

而且，本文件中披露的所有特征，措施或过程，除相互排斥的特征和 / 或过程外，都可以任何可能的方式和组合结合。除非另有说明，否则任何本说明书中披露的特征，权利要求，摘要和附图都可用其他等价的特征或具有类似目的，目标和 / 或功能的特征替换。每个特征通常都只是文中公开的本发明的一个实施例。

随后的一部分详细说明需要用到过程，程序，逻辑块，功能块，处理，和其他代码上的操作符号来表示，数据位，或计算机，处理器，控制器和 / 或存储器中的数据流方面的术语。数据处理技术领域的专业人员通常用这些说明和表述来把他们工作的实质有效地传达给所属技术领域的其他专业人员。此处的，过程，程序，逻辑块，功能，方法等等通常都被看作导向期望的和 / 或预期的结果的步骤或指令中的继发事件。步骤通常包括物理数量的物理操作。虽然未必，但这些数量通常以在计算机或数据处理***中的电子，磁力，光，或存储的，转移的，组合的，对照的量子信号及其他***控的形式表现。对普通用途而言，事实证明，参考这些信号，如位，流，值，要素，符号，特征，项，数字或类似的事物，和它们在计算机程序或软件中的表现形式，如代码 ( 可以是目标代码，源代码或二进制代码 ) 给这类说明和表述带来了便利。

不管怎样，我们都应该考虑到所有这些及类似的术语都与适当的物理量和 / 或信号有关，并且它们仅仅是适用于这些量和 / 或信号的符号而已。除非有特别说明和 / 或否则就如下所述一样显而易见，用贯穿本申请的论述术语诸如“处理”，“操作”，“处理”，“计算”，“判定”，“操纵”，“转化”或者诸如此类的涉及电脑或数据处理***的动作或步骤，或类似装置（如，电气，光学或量子计算，处理装置或电路）来处理或转换数据表示物理量（如，电子）都是允许的。这类术语涉及，在电路，***或构造（比如，寄存器，存储器，其他这样的信息存储，传输或显示装置等等）的部件范围内，把物理量处理或转换成在相同或者不同***或构造的其他部件范围中类似的物理量。

同样地，为了方便起见，虽然术语“光信号”和“光”通常是可交换的并且可以交替使用，且使用这些术语中任何一个也就涵盖了其他，除非上下文清楚地在其它方面做出了说明。同样，除非文中另有说明，否则为了简便，术语“光学的”和“光电的”，“光学器件”，“光电器件”；“发送器”和“收发器”；“接收器”和“收发器”都可以交替使用。

并且，为了简便，术语“连接到”，“与…耦合”，“耦合到”和“与…通信”可能会交替使用（指间接或者直接的连接，联结或相通，除非文中另有清晰的说明），但是赋予他们的含义通常是在此类技术上公认的。

本发明的所有优点都会通过下文中对各个实施例的详细描述得到体现。下面将结合典型实施例对本发明进行详细的说明。

一种典型电路

首先，在本发明中，所述电路可包含光电二极管，用于生成与光信号相对应的第一电流，电流镜，用于生成与所述第一电流相等或成比例的第二电流，和非线性元件，其用于根据所述第二电流生成第一电压。

图 2A 举例说明了与本发明相关的典型电路 200 。电路 200 可构成光接收器和 / 收发器元件和 / 或所述电路的一部分。电路 200 包含光电二极管（ PD ） 210 ，电流镜（ CM ） 220, 非线性元件 240 ，和放大器 230 。 PD210 可包含 P 型 / 本征 /n 型（ PIN ）二极管，雪崩二极管或任何其他用于接收光信号并转换接收光信号到电信号的元件或器件。 CM220 包含电路，用于在另一节点 215 （比如， ICM ）复制和 / 或重复第一电流（比如， IPD ）。

PD210 将来自网络中一个或多个外部元件（比如一个或多个 OLT 和 / 或 ONU ）的接收光信号 205 转换为电信号。或者， PD210 和 / 或另外的光电二极管将部分从光收发器的发射器发出的光信号转换为电信号。 CM220 复制或镜像来自 PD210 的输入电流（ IPD ）。来自 CM220 的镜像电流 (ICM) 可以等于来自 PD210 的第一电流（ IPD ）或与其成比例。在一个实施例中， CM220 耦合至 PD210 的阳极 212 。非线性元件 240 在节点 212 根据镜像电流（ ICM ）生成第一电压 V1 。在某些实施例中，电路 200 还可包含高阻抗器件，比如在节点 215 的电阻器或开关（比如，晶体管），用于在节点 215 保持电流的单向流动和减少电流的逆流。第一电压 V1 可发送到功率处理模块（比如，图 7 所示的 RSSI 计算器 714 ）和 / 或其他电路（未示出），来确定和 / 或评价光信号的接收信号强度值。

在图 2A 的实施例中，放大器 230 耦合至 PD210 的阴极端 214 。放大器 330 放大来自 PD210 的电信号并生成第二电压 V2 。所述第二电压 V2 可向下发送用于光收发器中进一步的放大和 / 或处理。放大器 230 可以是任何适合的放大器，比如跨阻放大器（ TIA ），限幅放大器，或它们的组合。或，放大器 230 可实现电流到电压的转换功能和 / 或包含用于提供正弦波输出的单级放大器，比如源极跟随器，发射极跟随器，栅阴放大器或达林顿放大器。

非线性元件 240 的非线性响应实现了光接收器和 / 或收发器的改进型动态范围。如图 2B 所示，图表 250 所示为利用电路 200 提升镜像电流（ ICM ）时，表示第一电压 V1 增益（比如，斜率）的线 260 。在图 2A-B 的实施例中，基于镜像电流的增益函数是对数型的。如图表 250 所示，对应较低镜像电流（ ICM ），具有较低功率的光输入信号以较高的增益水平由非线性元件 240 放大，而对应较高镜像电流（ ICM ），具有较高功率的光信号则以较低的增益水平由非线性元件 240 放大。利用非线性元件 240 生成第一电压 V1 实现了较大的运行动态范围，并可改善光接收器的速度和准确性，以便确定接收信号强度。

非线性元件可以是任何适合的非线性放大器（比如，射频传感器），用于生成第一电压 V1 。在其他实施例中，非线性元件 240 可包含分段线性增益放大器。图 2C 举例说明了包含分段线性增益放大器的典型非线性元件 240' 。非线性元件 240' 可包含多个并联线性放大器 242 ， 244 和 246 ，和控制模块 250 。控制模块 250 包含控制元件 254 和 256 ，分别与线性放大器 244 和 246 串联，及可选地，与线性放大器 242 串联的控制元件 252 。在一个实施例中，控制元件 254 和 256 各自包含一个二极管。在另一个实施例中，控制元件 252 不一定存在，而所述二极管也不一定接收相应的控制信号 253 ， 255 ， 257 。在另类实施例中，控制元件 252 ， 254 和 256 各自包含开关或旁通闸阀（比如，晶体管），分别用于接收控制信号 253 ， 255 和 257 。

根据本发明实施例的分段线性增益放大器 240' 实现了根据接收光功率或由其生成的电流的差异建立增益差异。在电流超过预定阈值后，典型分段线性增益放大器 240' 中的二极管（比如， 254 和 256 ）或开关（比如， 252 ， 254 和 256 ）可切断通向各线性放大器的电流。在一个实施例中，分段线性增益放大器 240' 可包含以低功率提供较高增益的线性放大器（比如， 246 ），以中等功率提供中等增益的第二线性放大器（比如， 244 ），和以高功率提供低增益的第三线性放大器（比如， 242 ）。在这样的实施例中，当功率处于低水平时，控制信号 257 处于活跃状态，而信号 253 和 255 则未被激活。或者，控制元件 254 和 256 包含具有不同中断阈值的二极管。通常，所述二极管不接收控制信号 255 和 257 。

在又一个实施例中，线性增益放大器 240' 包含各自带有控制信号 255 和 257 的开关 254 和 256 （比如，开关 252 和信号 253 不存在），用于分别控制镜像电流流向放大器 244 和 246 。在这样有一个实施例中，放大器 242 始终处于工作状态。当功率水平较低时，控制信号 255 和 257 处于活跃状态，而开关 254 和 256 启动放大器 244 和 246 （除已经启动的放大器 242 之外），从而实现最大增益。当功率水平处于中等时，控制信号 255 处于活跃状态而控制信号 257 处于未激活状态，因此开关 254 启动放大器 244 ，而放大器 246 关闭。当功率水平相对较低时，控制信号 255 和 257 处于未激活状态，且只有放大器 242 开启，从而实现较低水平的增益。本技术领域的专业人员能在这样的实施例中确定（比如，根据经验）线性放大器 242 ， 244 和 246 中每一个所实现的增益值。

如图 2D 所示，图表 270 显示线 271 ，线 271 代表当电路 200 的镜像电流（ ICM ）提升时第一电压 V1 的增益（比如，斜率），其中所述非线性元件包含图 2C 的分段线性增益放大器 240' 。如图表 270 所示，当镜像电流（ ICM ）提升时，由分段线性增益放大器 240' 实现的增益则降低。在 272 ，相应于较低镜像电流（ ICM ）， PD210 接收低光功率水平。如图 2D 所示，当三个放大器 242 ， 244 和 246 都在工作时，分段线性增益放大器 240' 实现较高增益，如线段 272 所示。当 PD210 接收中等光功率水平时，相应于中等镜像电流（ ICM ），分段线性放大器 240' 中的放大器 242 和 244 实现相对中等水平的增益，如线段 274 所示。当 PD210 接收高光功率水平时，相应于高水平的镜像电流（ ICM ），分段线性放大器 240' 实现较低水平的增益，如图 2D 线段 276 所示。

第二典型电路

图 3A 举例说明了与本发明相关的典型电路 300 。电路 300 可构成部分所述电路和 / 或光接收器和 / 或收发器的元件。电路 300 与图 2A 电路 200 类似。但是，二极管 305 通过其与电流镜（ CM ） 220 相对的一端上与电流镜耦合。在一个实施例中，二极管 305 的另一端接地（比如，与地面电位相连）二极管 305 与 CM220 相对的一端可耦合和 / 或连接至任何节点或电势，其用于在节点 215 实现电流的单向流动。来自 CM220 的镜像电流（ ICM ）可等于来自 PD210 的第一电流（ IPD ）或与其成比例。如图 2A 所示，虽然第一电压 V1 在节点 215 产生，但是只把节点 305 用作非线性元件。

如图 3B 所示，图表 350 包含曲线 360 ，表示当镜像电流（ ICM ）利用电路 300 提升时第一电压 V1 的变化。当镜像电流（ ICM ）从 0 mA 开始提升时，第一电压 V1 就会相对快速地提升，使低电流产生高增益。但是，在二极管 305 打开的阈值上（即，在 365i 在镜像电流 ICM 或相应电压 365v 的数值），所述增益（比如，基于镜像电流 ICM 的第一电压 V1 斜率）通常会在二极管 305 内部电阻导通时大致处于 0 的水平（比如，通常就几欧姆），随后仅在所述电流继续提升时微量增加。镜像电流和电压的关系也是对数型的，类似于图 2B 所示。因此，第一电压的生成最初具有用于低镜像电流（ ICM ）的较高增益，而较低增益则用于高镜像电流（ ICM ）。

第三典型电路

本发明的另外一个实施例涉及第三典型电路，其中所述非线性元件包含分段非线性电阻器，用于根据镜像电流生成第一电压。在不同的实施例中，所述分段非线性电阻器可包含一个或多个二极管和多个电阻器。在一个实施例中，比如，所述分段非线性电阻器包含（ i ）与第二电阻器并联的第一电阻器和（ ii ）与第一和第二电阻器其中一个串联耦合的二极管。

如图 4A 所示，电路 400 举例说明了本发明的另一个实施例。电路 400 可构成电路的一部分和 / 或光接收器和 / 或收发器的元件。电路 400 包含 PD210 ， CM220 ，分段非线性电阻器 410 （如下所述）和放大器 230 。 PD210 ， CM220 和放大器 230 可如上所述用于图 2A 的电路 200 。

分段非线性电阻器 410 在节点 215 根据镜像电流（ ICM ）生成第一电压 V1 。分段非线性电阻器 410 可包含多个电阻式分段，每个都包含一个或多个电阻，及可选的一个或多个二极管。但是，在此类实施例中，至少一个电阻式分段包括至少一个电阻和至少一个二极管。如电路 400 所示，分段非线性电阻器 410 可包含与第二电阻式分段（例如，第二电阻 420 和与其串联的二极管 425 ）并联的第一分段（比如，第一电阻 415 ）。本分段非线性电阻器 410 可包含任何数量的电阻式分段（比如，包含 N 个电阻和 N-1 个二极管 [N 等于分段的数量 ] ），其中每个并联于节点 215 且电压或电势间的分段用于保持电流在节点 215 的单向流动。在图 4A 中，分段（比如，第一电阻 415 和二极管 425 ）都接地。电阻 415 和 420 可包含电阻器，电阻式晶体管（比如，带有与固定电位相连的通道），或其他配备特有并固定（优选）电阻的器件。

如图 4B 所示，图表 450 所示为线段 460 和 465 ，表示电路 400 中镜像电流 ICM 提升时第一电压 V1 的变化。线段 460 代表，在二极管 425 关闭且增益（比如，斜率）较高并与第一电阻 415 的电阻成比例时，较低电流值的第一电压。随着镜像电流 ICM 提升，二极管 425 最终开启（即，达到电流值 470i 和 / 或相应电压 470v ），而增益则与第一和第二电阻器 415 和 420 的并联电阻成比例的减小，如线段 465 所示。

图 4C 举例说明了分段非线性电阻器 410' ，包含三个电阻式分段（比如，包含多个电阻器和多个二极管）。本分段非线性电阻器 410' 可包含任何数量的电阻式分段（比如，包含 N 个电阻和 N-1 个二极管 [N 等于分段的数量 ] 且每个分段都并联于节点 215 就地面电位之间）。如图 4C 所示，分段非线性电阻器 410' 包含第一电阻式分段（比如，电阻器 415' ），第二电阻式分段 422 （比如，串联的电阻器 420' 和二极管 425 ），和第三电阻式分段 430 （比如，串联的电阻器 432 和二极管 435 ）。二极管 425 和 435 具有不同的启动阈值来让不同电阻式分段 422 和 430 在不同时段工作。而且，电阻器 415', 420 和 432 的阻值通常各不相同，以便能将各分段提供的增益修正满足预定数值。分段非线性电阻器 410' 提供的增益 / 电流曲线通常遵循图 2D 的 3 段式曲线。

本发明的其他实施例，尤其是分段非线性电阻器的配置，实现所述电路的响应增益可修正，以便满足光网络，光接收器和 / 或收发器，和 / 或制造商和 / 或用户的工作需求。各种分段线性电阻器的配置都可通过添加额外分段来实施。所述分段（比如，二极管和电阻器）适用于预定增益和 / 或根据镜像电流 ICM 生成的第一电压 V1 的响应。

第四典型电路

本发明的另一个实施例涉及第四典型电路，其中所述非线性元件包含无源非线性器件和运算放大器，用于确定贯穿所述非线性器件的电压差。在一个实施例中，比如，所述无源非线性器件包含二极管，及可选的电阻器。

如图 5 所示，电路 500 举例说明了本发明的又一个实施例。电路 500 可构成部分电路和 / 或光接收器和 / 或收发器的元件。电路 500 包含 PD210 ， CM220, 放大器 230 ，无源非线性器件（比如，二极管 520 ），电阻器 510 和运算放大器 530 。 PD210 和放大器 230 可以是如上所述的设置，而二极管 520 包含一个或多个文中所述的二极管。作为本技术领域已知的情况，电阻器 510 还可包含一个或多个电阻式无源器件。运算放大器 620 可以是差分放大器，比较器，或其他电路。所述其他电路用于输出与贯穿所述无源非线性元件电压差相关的电压。

来自 CM220 的镜像电流（ ICM ）可以是与来自 PD210 的第一电流（ IPD ）相等或与其成比例的。运算放大器 530 根据镜像电流 ICM 生成与贯穿电阻器 510 和二极管 520 的电压差成比例的第一电压 V1 。或者，运算放大器 530 单独生成与贯穿二极管 520 电压差成比例的第一电压 V1 。二极管 520 保持启动状态直到镜像电流 ICM 达到阈值，随后二极管 520 关闭。利用二极管 520 的电压 / 电流图是对数型的，且遵循图 3B 的曲线发展。

第五典型电路

本发明的另一个实施例涉及第五典型电路，包含光电二极管，用于生成（ i ）电信号和（ ii ）与光信号相应的第一电流，耦合于所述光电二极管并用于根据第一电流生成第一电压的非线性元件，和用于放大来自所述光电二极管电信号的第一放大器。

图 6 举例说明了与本发明实施例相关的典型电路。电路 600 可构成部分电路和 / 或光接收器和收发器的元件。电路 600 包含 PD210 ，放大器 230 ，无源非线性元件，和运算放大器 620 。 PD210 和放大器 230 可以如上所述设置，而如文中所述。尽管图 6 未显示，但仍如图 5 所示，所述无源非线性元件还可包含一个或多个与二极管 610 串联的电阻器。运算放大器 620 可以是差分放大器，比较器，或另外的电路。所述另外的电路用于输出与贯穿所述无源线性元件电压差相关的电压。

如图 2-5 ， PD210 将来自网络中一个或多个外部元件（比如，一个或多个 OLT 和 / 或 ONU ）的接收光信号 205 为（ i ）终端 214 上的电信号和（ ii ）贯穿无源非线性元件 610 的电流 IPD 。放大器 620 生成与贯穿二极管 610 的电压差相关的第一电压（即， PD210 产生的电流 [IPD] 的非线性函数）。贯穿无源非线性元件 610 的电流 IPD 产生贯穿二极管 610 的电压差。通常，本发明的基于电流 IPD 的输出电压 V1 曲线与图 2B 和 /3B 所示的类似。

典型的光收发器

本发明还涉及光接收器或收发器，包含（ i ）光接收器件或子器件，用于连接和 / 或耦合到运送光信息的光纤，（ ii ）上述电路中的一个，和（ iii ）逻辑电路，用于根据（ 1 ）第一电压和 / 或（ 2 ）第二电压，在放大器从光电二极管接收电信号时的输出上，确定或计算信号强度数值和 / 或链路预算。

图 7A 举例说明了与本发明实施例相关的典型光收发器 700 。光收发器 700 能够计算和 / 或监控自己的接收信号强度指示，动态功率，链路预算，和从其接收光通信和 / 或信号的网络中的其他光发射和 / 或收发器的类似参数。如图示，光收发器 700 包括发射器光子组件（ TOSA ） 710 ，激光驱动电路 720 ，微处理器 / 微控制器（ MCU ） 730 ，放大器 740 ，激光偏置电流控制电路 750 ，接口 760 ，接收器光子组件（ ROSA ） 770 ，非线性元件 240 和电流镜（ CM ） 220.

光收发器 700 通过光信号 712A 将光数据发送到光网络中的外部介质（比如，光线线缆）和 / 或元件（比如， 分光器，光收发器和 / 或其他适合的硬件）。 TOSA710 促进了来自收发器 700 的光信号的生成和传送。 TOSA710 包含激光二极管（ LD ） 715 及可选的 PD717 。在各种实施例中， PD717 可以是 PIN 二极管或雪崩光电二极管。光收发器 700 的发射器部分还可包含激光驱动器 720 和激光偏置电流控制电路 750 。激光驱动器 720 发送已调的电信号到 LD715 。耦合至 TOSA710 的激光偏置电流控制电路 750 控制流向 LD715 的偏置电流。

当 LD715 发射光信号 712A 时， PD717 可检测到光信号（比如，光）的一部分 712B 。 PD717 转换光信号部分 712B 到发射到 CM220 的电流。 CM220 发送镜像电流到非线性元件 240 用于生成第一电压 V1 。非线性元件 240 可以是图 2C 所示的分段线性放大器 240' ，图 3A 所示的二极管 305 ，图 4A 所示的分段非线性电阻器 410 和 / 或图 4C 所示的 410' ，或图 5 中的电阻器 510 ，二极管 520 和元算放大器 530 。

ROSA 770 转换输入光信号 205 到电信号。 ROSA 770 包含 PD214 并还可包含放大器 230 （详见，例，图 2A ， 3A ， 4A ， 5 和 6 ）。在一个实施例中，放大器 230 可包含 TIA 或单级放大器，用于提供正弦光波形，比如原极跟随器，射极输出器，串联或达林顿放大器。 PD214 还可生成随后被 CM220 复制或镜像的电流。再一个实施例中，电流镜 220 可配备独立的端子，用于来自或流向 TOSA710 和 ROSA770 的电流。或者， CM220 可包含独立的电流镜，用于分别处理来自 TOSA710 和 ROSA770 的电流，且非线性元件 240 可包含独立的检测器，用于确定第一电压 V1 ，在这种情况下正确配置的旁通闸阀和 / 或多路复用器可与独立的电流镜和 / 或检测器连接，以便分别启动对来自 TOSA710 和 ROSA770 信号的处理。

如上所述， PD214 生成第一电流（比如， IPD ）。所述第一电流随后由 CM220 复制用以生成与第一电流（ IPD ）相等或成比例的第二电流（ ICM ）。第一电压 V1 是利用非线性元件 240 生成的。 MCU730 可分别处理来自 TOSA 710 和 ROSA 770 的功率相关数据（比如，通过时分复用），或接收老子独立检测器和电流镜的信号。所述检测器和电流镜用于分别处理来自 TOSA 710 和 ROSA 770 的数据。

如图 7A 所示， ROSA770 还可通过节点 715 发送电信号到放大器 740 ，所述电信号包含等同于光信号 205 的电信号，所述放大器随后在节点 785 将放大的电信号发送至电气接口 760 。放大器 740 可用于放大和 / 或限制电信号 715 的电压（比如，在预定电压范围内）。在一个实施例中，虽然放大器 740 可以是限幅放大器，但是放大器 740 也可以是 TIA 或用于输出正弦波形的单级放大器。

在其他实施例中， MCU730 可包含逻辑单元（比如， RSSI 计算器 714 ）来确定和 / 或计算各种测量值，比如接受信号强度，动态范围和 / 或链路预算。在其他实施例中， RSSI 计算器 714 可耦合至 MCU730 并确定接收信号强度和生成 RSSI 值，随后发送 RSSI 数据到 MCU730 。 MCU730 还可包含 CPU 或微处理器。再另一的实施例中， MCU730 可包含特定用途集成电路（ ASIC ），现场可编程逻辑器件（ PLD ），复杂可编程逻辑器件（ CPLD ），或片上***（ SOC ）。 MCU730 还可包含存储器 712 （比如，用于存储指令，配置数据，正在处理的参数数据，状态信息，等）。

在不同的实施例中， MCU730 可与 TOSA710 ， ROSA770 ，接口 760 ，激光驱动电路 720 和激光偏置电流控制电路 750 通信。 MCU730 可用于（ i ）控制数据的流向和引导数据在存储器中的存储（比如，存储器 712 ），（ ii ）确定或计算参数值（比如， RSSI ，动态范围，和链路预算），（ iii ）根据此类参数数据，设置和 / 发送代表收发器 700 运行状态的状态和 / 或标记，和 / 或（ iv ）控制处理光收发器 700 接收和发送的光数据的整个流程。

光收发器 700 可通过接口 760 与网络和 / 或主机通信。所述网络和 / 或主机可以是主处理器，电路板，独立的光网络器件（比如，中继器，光开光，机顶盒，等）或任何其他包含控制器或处理器的元件或器件，所述控制器或处理器用于控制收发器 700 和 / 或网络的至少一些方面。在一个实施例中，所述主机和 / 或网络可通过接口 760 通信，以便向光收发器 700 请求状态信息和 / 或标记和 / 或向光收发器 700 提供用于此类状态信息和 / 或标记的阈值。比如，除开潜在的不确定范围（比如，警告专题太或标记），所述状态信息和标记可能涉及功率相关参数数据的状态和 / 或工作范围，比如正常范围内的 RSSI ， RSSI ，预定运行阈值外的动态范围和 / 或链路预算，或可接受的参数数据。

在另一的实施例中，如图 7B 光收发器 700' 所示， PD717 将光信号部分 712B 转换为贯穿无源非线性元件 610 的电流（ IPD ）。贯穿无源非线性元件 610 的电流 IPD 产生贯穿非线性元件 610 的电压差。放大器 620 根据所述电压差生成第一电压。图 7B 的光收发器 700' 还可包含开关 780 ，其中开关 780 能在网络传输未出现时（即， ROSA770 未工作时）实现内部 LD715 的采样和 / 或测试。或者，在网络活动期间， PD214 和无源非线性元件 610 间的第二开关可（未示出）实现独立或单独的光信号（由 PD214 或光电二极管 717 接收的）采样和 / 或测试。

监控一个或多个光收发器的典型方法

本发明还涉及监控一个或多个光收发器的方法，该方法包含接收和 / 或发送一个或多个光信号，转换光信号到第一电流，利用非线性元件转换第一电流到第一电压，和至少根据所述第一电压计算接受信号强度，动态范围，和 / 或链路预算。

图 8 举例说明了本发明的监控一个或多个光收发器的典型方法 800 。本方法通常包含通过流程中各种循环进行的连续处理，尽管它还包含部分或整个流程的单程操作。比如，在此方法中，基于功率的稳定应用，光收发器可持续从包含该光收发器的网络接收光传输（比如，光路终端 OLT105 和 / 或光网单元 ONU125 ），并持续地处理接收信号强度指示和链路预算信息直到所述网络和 / 或光收发器关机。

如图所示，所述方法始于 802 ，并且在 804 ，所述光收发器接收或发送光信号。比如，光收发器可利用激光二极管发送光信号和 / 或利用光电二极管接收光传输。不同的波长通常用于发送和接收光信号。比如，在光网络中，光收发器可以在 1577nm 的波长将光信号向下传输至其他器件（比如， OLT105 和 / 或 ONU125 a-n ），同时以在 1310nm 的波长接收向上游传输的光信号。

在 806 ，所述光信号换转为电流。在一个实施例中，所述光信号通常由光电二极管转化为至少一个电流。在另一实施例中，该电流利用电流镜生成。或者，在 808 ，所述电流（比如，由 PD 生成的）通过电流镜进行复制或镜像。来自所述光电二极管的电信号还可利用放大器转换为第二电压（比如，跨阻放大器）。

在 810 ，所述光收发器利用非线性元件将所述电流转换为第一电压。在一个实施例中，被复制或镜像的电流可通过非线性元件转换为所述第一电压。这样的非线性元件可以是对数放大器，分段线性放大器，无源非线性器件，或分段线性电阻器。在另一个实施例中，所述电流贯穿无源非线性元件（比如，二极管 610 ），该无源非线性元件耦合至所述光电二极管一端，而所述第一电压是通过运算放大器生成的（比如，图 6 的放大器 620 ），所述运算放大器用于根据贯穿无源非线性元件的电压差生成第一电压。

在 812 ，所述电压用于计算接收信号强度值（比如，“接收信号强度”表示光信号的功率，且还可以通过总功率方程 P = V x I 表示）和 / 或链路预算（比如，“链路预算”可计算发射器到接收器的增益和损失，且可利用通式：接收功率 = 发射功率 + 增益 - 损失 [ 比如，以 dB 为计算单位 ] 来确定）。在又一个实施例中，假如未从网络（比如，光网络）或主机接收到读取指令（比如，读取计算出的 RSSI 和 / 或链路预算），随后在 814 ，在连续循环中，方法 800 便继续在 804 接收和 / 或发送一个或多个光信号，在 806 将所述光信号转换为电流，在 810 利用非线性元件将所述电流转换为电压，并在 812 确定 RSSI 和 / 或链路预算信息。但是，当通过所述光收发器在 814 接收到读或提取指令时，在 816 所述光收发器就可发送与 RSSI 值范围和 / 或光信号链路范围相应的标记或状态。比如，状态控制器可提供一个在特殊范围内的状态（比如，参数值的位串表示，比如 RSSI ，动态范围，或预算范围），比如“普通”，“高”，“低”，等。

在其他实施例中，在 816 ，可将一个或多个参数值与一个或多个代表某一标记或状态的阈值比较，且相应的标记或状态被生成用于表示功率相关的参数的状态。所述标记或状态可在随后发送到网络或主机。所述状态可通过通信接口直接发送到主机，或从数据存储器恢复并随后发送至主机。所述方法随后回到 804 ，并可持续运行直到暂停（比如，断电）或结束（比如，关闭收发器和 / 或网络）。

结论

因此，本发明提供了一种电路，一种光收发器，和 / 或在一种光收发器中监控各种功率相关参数的方法。本发明的实施例通常涉及一种电路，光收发器和 / 或它们的元件，和确定和 / 或监控接收信号强度，动态范围，和 / 或链路预算和 / 或提高光收发器的动态范围的方法。本发明的实施例提供了一种电路，一种光收发器和 / 或它们的元件，和利用一种或多种非线性器件提升所述动态范围和改善各种功率相关参数监控的方法。包含此类电路和 / 或能实现此方法的所述光收发器可自我监控或监控遥控收发器。

本发明特具体实施例的前述事项是为了解释和说明。它们不会用已公开的确切形式限定本发明，且根据上述教义，可能还会出现许多修改和变化。所选实施例并对其进行说明，是为了更好的说明本发明的原理及其实际应用，从而本技术领域的专业人员能充分利用本发明和各种实施例，修改出适用于预期特殊用途的方案。本发明的范围是由此处添加的权利要求和它们的等同物所限定的。

Claims (22)

1.一种电路，包含：

a）光电二极管，用于生成与光信号对应的第一电流和电信号；

b）电流镜，用于生成等于第一电流或与其成比例的第二电流；

c）非线性元件，用于根据第一电流生成第一电压；

d）放大器，用于相应所述电信号生成第二电压；和

e）处理器，其耦合至接收所述第一电压和所述第二电压，用于根据所述第一电压和第二电压来确定或计算信号强度值和/或链路预算。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包含对数放大器。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包含增益放大器。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包含第一二极管。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包含分段线性放大器。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包含分段非线性电阻器。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述分段非线性电阻器包含多个并联的电阻式分段。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述分段非线性电阻器包含一个或多个二极管和多个电阻器。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述分段非线性电阻器包含：包含第一电阻器的第一电阻式分段；和第二电阻式分段，其包含第二电阻器和与所述第二电阻器串联的第二二极管。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包含耦合至所述处理器的激光二极管。

11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述放大器包含跨阻放大器。

12.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，激光器驱动电路耦合到所述处理器和激光二极管。

13.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包含无源非线性器件和用于确定贯穿所述非线性器件电压差的运算放大器。

14.根据权利要求13所述的电路，其特征在于，无源非线性器件包含二极管。

15.一种电路，包含：a）光电二极管，用于生成与光信号对应的(i)电信号和(ii)第一电流；b)非线性元件，耦合至所述光电二极管并用于根据所述第一电流生成第一电压；和c)第一放大器，用于放大所述电信号和产生第二电压；d) 处理器，其耦合至接收所述第一电压和所述第二电压，用于根据所述第一电压和第二电压来确定或计算信号强度值和/或链路预算。

16.根据权利要求15所述的电路，其特征在于，所述非线性元件包括：a)耦合在所述光电二极管一端和电源间的无源非线性器件；和b）运算放大器，用于检测贯穿所述无源非线性器件的电压差和输出所述第一电压。

17.根据权利要求16所述的电路，其特征在于，所述无源非线性器件包含二极管。

18.根据权利要求16所述的电路，其特征在于，还包含接收所述第一放大器输出的第二放大器。

19.根据权利要求18所述的电路，其特征在于，所述第一放大器和第二放大器中至少一个用于直接或间接由所述电信号生成第二电压。

20.一种光收发器，包含：a)光接收器，用于接收光信息；b）权利要求10所述的电路；和c)逻辑电路，用于根据(i)所述第一电压以及(ii)所述第二电压确定或计算链路预算。

21.一种监控一个或多个光收发器的方法，包括：a)接收和/或发送一个或多个光信号；b）转换所述光信号为第一电流以及电信号；c）用非线性元件将第一电流转换为第一电压；d)根据所述电信号生成第二电压；和e）利用所述第一电压和由所述电信号得到的所述第二电压计算链路预算。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，包含计算所述接收到的信号强度，其中所述方法还包含将与所述接收信号强度数值范围相应的标记和/或状态发送到网络或主机。