CN112489410A - 一种用于光电信号的收发装置及其运行方法 - Google Patents

一种用于光电信号的收发装置及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于光电信号的收发装置，包括：输出驱动器，其输入端连接到信号输入端(A)以及延时单元的输入端并且其输出端连接到输入输出端(AUX)以及比较器的第一比较输入端，其中所述输入驱动器具有第一时延和第一增益；延时单元，其输出端连接到比较器的第二比较输入端，其中所述延时单元具有第一时延和第一增益；以及比较器，其输出端连接到信号输出端(B)，其中所述比较器被配置为确定第一比较输入端和第二比较输入端之间的差值。本发明还涉及一种***和一种方法。通过本发明，可以根据信号传输方向自适应地在发送和接收模式之间进行切换，而不会产生相互干扰或混乱。

Description

一种用于光电信号的收发装置及其运行方法
技术领域
本发明总的来说涉及光电集成电路领域，具体而言，涉及一种用于光电信号的收发装置。此外，本发明还涉及一种光电信号双向传输***、以及一种用于运行该收发装置的方法。
背景技术
随着计算机数据处理能力的提高，需要越来越高的数据传输速率来消除瓶颈效应。在长距离传输诸如视频之类的大数据量时，损耗是一个重要不利因素。传统的电缆连接方案由于铜线损耗大而无法长距离传输。激光在光纤中传输损耗小，非常适合长距离的信号传输。
然而，由于光电器件都是单向传输的，而一些数据接口、例如DP端口(DisplayPort)的AUX通道信号是半双工的，这就意味着需要光电驱动芯片能够自动识别信号的传输方向。
为此，需要一种能够自动识别接口的信号方向并且准确传输的方法。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于光电信号的收发装置、一种光电信号双向传输***、以及一种用于运行该收发装置的方法，通过该装置、该***和/或该方法，可以根据信号传输方向自适应地在发送和接收模式之间进行切换，而不会产生相互干扰或混乱。
在本发明的第一方面，该任务通过一种用于光电信号的收发装置来解决，该装置包括：
输出驱动器，其输入端连接到信号输入端(A)以及延时单元的输入端并且其输出端连接到输入输出端(Aux)以及比较器的第一比较输入端，其中所述输入驱动器具有第一时延和第一增益；
延时单元，其输出端连接到比较器的第二比较输入端，其中所述延时单元具有第一时延和第一增益；以及
比较器，其输出端连接到信号输出端(B)，其中所述比较器被配置为确定第一比较输入端和第二比较输入端之间的差值。
在此应当指出，在本发明中，术语“输出驱动器”、“延时单元”和“比较器”本身并不旨在限定其结构，而是其具体结构可由其功能来定义。例如，输出驱动器具有第一时延和第一增益，则其可具有相应的延时器件和放大器件；同理，延时单元具有第一时延和第一增益，则其也可以具有相应的延时器件和放大器件；而比较器由于其比较功能而可以具有减法器或者运算放大器等。也就是说，这些部件的具体实现可以根据具体需要进行调整。
在本发明的一个扩展方案中规定，该收发装置还包括：
放大器，其输入端连接到光电探测器的输出端并且其输出端连接到信号输入端(A)，其中所述放大器被配置为对输入信号进行放大。
通过该扩展方案，可以对光电探测器接收的信号进行前端放大，由此有利于后续处理。
在本发明的另一扩展方案中规定，该收发装置还包括：
激光驱动器，其输入端连接到信号输出端(B)并且其输出端连接到激光器，其中所述激光器被配置为将输入信号转换成适于输出到激光器的输出信号。
通过该扩展方案，可以将信号转换成适于由激光器发射或者适于在光纤中传输的信号。
在本发明的又一扩展方案中规定，该收发装置还包括：
激光器，其输入端连接到激光驱动器；以及
光电探测器，其输出端连接到放大器的输入端。
在本发明的另一扩展方案中规定，输入输出端(AUX)被配置为接收半双工信号。在此，“半双工”是指，在同一时间仅存在单个方向的通信，也就是说，当第一收发端向第二收发端发送信号时，其不能同时接收来自第二收发端的信号，反之亦然。
在本发明的第二方面，该任务通过一种光电信号双向传输***来解决，该***包括：
第一收发端和第二收发端，其中第一收发端和第二收发端被配置为通过光纤彼此通信，其中所述第一收发端和第二收发端具有根据本发明的收发装置；以及
光纤，其与第一收发端和第二收发端耦合以便在它们之间传输光电信号。
在本发明的一个扩展方案中规定，该***还包括一个或多个光电中继器，其被配置为中继光纤中的光信号。光电中继器例如包含光-电-光转换器，用于对各光纤中的信号先转换成电信号然后进行放大，再转换成光信号进行传输。根据具体应用要求，其它形式的光电中继器也是可设想的。
在本发明的第三方面，前述任务通过一种用于运行根据本发明的收发装置的方法来解决，该方法包括下列步骤：
从输入输出端(AUX)接收第一电信号，其中信号输入端(A)的信号为零，使得延时器的输出信号和输出驱动器的输出信号均为零；以及由比较器将输入电信号与延时单元的输出信号相比较并将比较结果输出到信号输出端(B)。
在本发明的一个扩展方案中规定，该方法还包括下列步骤：
从信号输入端(A)接收第二电信号；
将第二电信号输入到延时单元和输出驱动器；
由延时器的输出信号和输出驱动器输出相同的信号，使得比较器的输出信号为零并且信号输出端的信号为零；以及
由输出驱动器将信号输出到输入输出端(AUX)。
在本发明的另一扩展方案中规定，该方法还包括下列步骤：
由激光驱动器对信号输出端(B)处的信号进行处理并输出到激光器；以及
由放大器对光电探测器的输出信号进行放大并输出到信号输入端(A)。
通过该扩展方案，可以对光电探测器接收的信号进行前端放大，由此有利于后续处理，同时可以将信号转换成适于由激光器发射或者适于在光纤中传输的信号。
本发明至少具有下列有益效果：(1)本发明通过设置输出驱动器、延时单元和减法器，实现了输入模式和输出模式的自适应切换，使得可准确地执行相应模式下的相应操作，而不会触发相反模式下的错误操作；(2)本发明的硬件结构和逻辑简单，无需引入复杂的判断逻辑，因此可低成本地实现，且输入输出精度较高。
附图说明
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
图1示出了用于光电信号的收发装置的示意图；以及
图2示出了根据本发明的光电信号双向传输***的示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
最后应当指出，尽管本发明是以DP(DisplayPort)视频接口的差分AUX通道为例进行说明的，但是应当理解，本发明同样适用于其它半双工传输端口。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
图1示出了用于光电信号的收发装置100的示意图，其中以DP(DisplayPort)视频接口的差分AUX通道为例，其中输入和输出信号均为差分信号形式。但是本不限于此，而是可以根据需要应用于其它场景。
如图1所示，收发装置100包括下列部件：
·输出驱动器101，其差分输入端vi+、vi-连接到信号输入端A+、A-以及延时单元102的差分输入端vi+、vi-，并且输出驱动器101的差分输出端vo+、vo-连接到输入输出端AUX+、AUX-以及比较器103的第一比较输入端v1+、v1-，其中所述输入驱动器101具有第一时延和第一增益。
·延时单元102，其差分输出端vo+、vo-连接到比较器103的第二比较输入端v2+、v2-，其中所述延时单元102具有第一时延和第一增益。也就是说，延时单元102具有与输出驱动器101相同的时延和增益。在此，器件的时延和增益分别是指，该器件的输出信号相对于输入信号的时延和增益。
·比较器103、在此为减法器，其差分输出端vo+、vo-连接到信号输出端B+、B-，其中所述比较器103被配置为确定第一比较输入端v1+、v1-和第二比较输入端v2+、v2-之间的差值。
下面简述收发装置100的运行过程。
(1)所述信号输入输出端AUX+、AUX-的差分信号电压分别为Vaux+、Vaux-，那么所述差分信号的差分摆幅(或称幅度差)等于Vaux+-Vaux-；信号输入端A+、A-的差分信号电压分别为Va+、Va-，那么其差分摆幅等于Va+-Va-；延时单元102的差分输出端vo+、vo-的差分信号电压分别为Va1+、Va1-，那么其差分摆幅等于Va1+-Va1-；信号输出端B+、B-的差分信号电压分别为Vb+、Vb-，那么其差分摆幅等于Vb+-Vb-；
(2)根据比较器102的输出，可知Vb+-Vb-＝(Vaux+-Vaux-)–(Va1+-Va1-)；
(3)当信号输入输出端AUX+、AUX-的差分信号从右往左传输、即从输入输出端AUX+、AUX-向信号输出端B+、B-传输差分信号时，信号输入端A+、A-的差分信号的摆幅等于0，那么Vb+-Vb-＝Vaux+-Vaux-；由此实现了信号从AUX向B传输差分信号的无干扰传输；
(4)当信号输入输出端AUX+、AUX-的差分信号从左往右传输、即从信号输入端A+、A-向信号输入输出端AUX+、AUX-传输信号时，Vaux+-Vaux-正比于Va+-Va-(例如由于信号Va+-Va-受到了输出驱动器101的放大作用)，并且Vb+-Vb-＝0；由此实现了信号从信号输入端A+、A-向信号输入输出端AUX+、AUX-的无干扰传输。
图2示出了根据本发明的光电信号双向传输***200的示意图。
如图2所示，***200包括第一收发端201和第二收发端202以及光纤203。第一收发端201包括输出驱动器201a、延时单元201b、比较器201c、激光驱动器201d、放大器201e、激光器201f和光电探测器201g，第二收发端202包括输出驱动器202a、延时单元202b、比较器202c、激光驱动器202d、放大器202e、激光器202f和光电探测器202g。
下面阐述光电信号双向传输***200的运行过程。
信号输入输出端AUX的信号是半双工信号，因此在同一个时间段内只会存在一个方向的信号传输。在图2中，当AUX的信号从信源(Source)、即第一收发端201往信宿(Sink)、即第二收发端202传输时，信源侧的光电探测器201g不会收到信宿侧的光信号，于是信源侧放大器201e的输出端、即信号输入端A+、A-的差分信号的差分摆幅为0；激光器201f的输出光功率摆幅因此正比于(也可能等于)AUX的差分信号的摆幅；同时信宿侧的光电探测器202g将信源侧的激光器201f通过光纤203传输过来的光信号转换成电流信号并通过放大器202e放大成信号输入端A+、A-的差分信号；由于信宿侧输出驱动器202a和延时单元202b的增益以及延时均相同，因此信宿侧比较器202c的两个差分输入信号差分摆幅相同，因此可以得到比较器202c的输出端、即信号输出端B+、B-的差分信号的差分摆幅等于0，由此信宿侧激光器202f不会在此时向信源侧发送光信号。
类似地，当AUX的信号从信宿、即第二收发端202往信源、即第一收发端201传输时，信宿侧光电探测器202g不会收到信源侧的光信号，于是信宿侧信号输入端A+、A-的差分信号差分摆幅为0；激光器202f的输出光功率摆幅正比于AUX的差分信号的摆幅；同时信源侧光电探测器201g将信源侧激光器202f通过光纤传输过来的光信号转换成电流信号并通过放大器201e放大成信号输入端A+、A-的差分信号；由于信源侧输出驱动器201a和延时单元201b的增益以及延时相同，因此信源侧比较器201c的两个差分输入信号差分摆幅相同，因此可以得到比较器201c的输出端、即信号输出端B+、B-的差分信号的差分摆幅等于0，由此信源侧激光器201f不会在此时向信宿侧发送光信号。
从该实施例可以得知，本发明的光电信号双向传输***200实现了AUX半双工信号方向的自动识别功能。
本发明至少具有下列有益效果：(1)本发明通过设置输出驱动器、延时单元和减法器，实现了输入模式和输出模式的自适应切换，使得可准确地执行相应模式下的相应操作，而不会触发相反模式下的错误操作；(2)本发明的硬件结构和逻辑简单，无需引入复杂的判断逻辑，因此可低成本地实现，且输入输出精度较高。
虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (10)

1.一种用于光电信号的收发装置，包括：
输出驱动器，其输入端连接到信号输入端(A)以及延时单元的输入端并且其输出端连接到输入输出端(AUX)以及比较器的第一比较输入端，其中所述输入驱动器具有第一时延和第一增益；
延时单元，其输出端连接到比较器的第二比较输入端，其中所述延时单元具有第一时延和第一增益；以及
比较器，其输出端连接到信号输出端(B)，其中所述比较器被配置为确定第一比较输入端和第二比较输入端之间的差值。
2.根据权利要求1所述的收发装置，还包括：
放大器，其输入端连接到光电探测器的输出端并且其输出端连接到信号输入端(A)，其中所述放大器被配置为对输入信号进行放大。
3.根据权利要求2所述的收发装置，还包括：
激光驱动器，其输入端连接到信号输出端(B)并且其输出端连接到激光器，其中所述激光器被配置为将输入信号转换成适于输出到激光器的输出信号。
4.根据权利要求3所述的收发装置，还包括：
激光器，其输入端连接到激光驱动器；以及
光电探测器，其输出端连接到放大器的输入端。
5.根据权利要求1所述的收发装置，其中输入输出端(AUX)被配置为接收半双工信号。
6.一种光电信号双向传输***，包括：
第一收发端和第二收发端，其中第一收发端和第二收发端被配置为通过光纤彼此通信，其中所述第一收发端和第二收发端具有根据权利要求1至5之一所述的收发装置；以及
光纤，其与第一收发端和第二收发端耦合以便在它们之间传输光电信号。
7.根据权利要求6所述的***，还包括一个或多个光电中继器，其被配置为中继光纤中的光信号。
8.一种用于运行根据权利要求1至5之一所述收发装置的方法，包括下列步骤：
从输入输出端(AUX)接收第一电信号，其中信号输入端(A)的信号为零，使得延时器的输出信号和输出驱动器的输出信号均为零；以及
由比较器将输入电信号与延时单元的输出信号相比较并将比较结果输出到信号输出端(B)。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括下列步骤：
从信号输入端(A)接收第二电信号；
将第二电信号输入到延时单元和输出驱动器；
由延时器的输出信号和输出驱动器输出相同的信号，使得比较器的输出信号为零并且信号输出端的信号为零；以及
由输出驱动器将信号输出到输入输出端(AUX)。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括下列步骤：
由激光驱动器对信号输出端(B)处的信号进行处理并输出到激光器；以及
由放大器对光电探测器的输出信号进行放大并输出到信号输入端(A)。
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