TWI542100B - 封閉迴路光學調變振幅控制 - Google Patents

Description

封閉迴路光學調變振幅控制

本文中描述之技術大體上係關於資料傳輸且更特定言之係關於光學資料傳輸器控制。

光通信涉及藉由(諸如)透過一光纖發送光脈衝而將資訊自一位置傳輸至另一位置。光形成經調變以攜載資訊之一載波。光通信因其等低損耗性質及高資料攜載能力而眾所周知。然而，當未適當控制光學資料信號產生之品質時，可減輕一光學通信系統之此等感知優點。

根據本文中之教示，提供用於一低頻比較電路之系統及方法。該低頻比較電路包含經組態以接收由一光學偵測器產生之一監測信號之電路，該監測信號與基於由一光學驅動器接收之一資料信號而傳輸之由一光學傳輸裝置產生之一光量成比例。該比較電路進一步經組態以基於該監測信號之一低頻分量與該資料信號之一低頻分量之一比較而產生傳輸至該光學驅動器之一調變電流控制信號。

作為另一實例，一光學模組包含經組態以基於一經接收資料信號輸出一驅動器信號之一光學驅動器，其中根據一經接收調變電流控制信號控制該驅動器信號之一調變振幅。一雷射二極體經組態以基於該驅動器信號而傳輸光。一光學偵測器經組態以產生與由光學傳輸裝 置產生之一光量成比例之一監測信號。一低頻比較電路包含經組態以接收由一光學偵測器產生之監測信號且基於該監測信號之一低頻分量與該資料信號之一低頻分量之一比較而產生傳輸至該光學驅動器之該調變電流控制信號之電路。

102‧‧‧雷射二極體驅動器

104‧‧‧資料輸入信號

106‧‧‧雷射二極體

108‧‧‧驅動器信號

110‧‧‧光學調變振幅(OMA)控制回饋信號(I_MOD)/調變控制回饋信號

112‧‧‧監測光二極體

114‧‧‧監測信號

116‧‧‧低頻比較電路

302‧‧‧雷射二極體驅動器

304‧‧‧驅動器信號

306‧‧‧資料輸入信號

308‧‧‧光學調變振幅電流回饋信號/調變控制回饋信號

310‧‧‧雷射二極體

312‧‧‧監測光二極體

314‧‧‧監測信號

316‧‧‧減法器

317‧‧‧振幅定標器

318‧‧‧殘餘信號

320‧‧‧低通濾波器

502‧‧‧雷射二極體驅動器

504‧‧‧驅動器信號

506‧‧‧資料輸入信號

508‧‧‧光學調變振幅電流回饋信號/調變控制回饋信號

510‧‧‧雷射二極體

512‧‧‧監測光二極體

514‧‧‧監測信號

516‧‧‧減法器

518‧‧‧殘餘信號

524‧‧‧積分器

558‧‧‧低通濾波

562‧‧‧分支

564‧‧‧減法器

568‧‧‧監測信號

572‧‧‧減法器

602‧‧‧雷射二極體驅動器

604‧‧‧驅動器信號

606‧‧‧資料輸入信號

608‧‧‧光學調變振幅電流回饋信號/調變控制回饋信號

610‧‧‧雷射二極體

612‧‧‧監測光二極體

614‧‧‧監測電流信號

616‧‧‧減法器

617‧‧‧殘餘電流

618‧‧‧參考電流

620‧‧‧邏輯「0」電流

622‧‧‧差量電流

624‧‧‧開關

626‧‧‧轉阻放大器

628‧‧‧殘餘電壓

634‧‧‧積分器

702‧‧‧I_REF之例示性波形

704‧‧‧I_MPD之例示性波形

706‧‧‧I_RESIDUE之例示性波形

708‧‧‧I_REF之低通濾波版本

710‧‧‧I_MPD之低通濾波版本

712‧‧‧I_RESIDUE之低通濾波版本

714‧‧‧例示性波形

802‧‧‧I_REF之例示性波形

804‧‧‧I_MPD之例示性波形

806‧‧‧I_RESIDUE之例示性波形

808‧‧‧I_REF之低通濾波版本

810‧‧‧I_MPD之低通濾波版本

812‧‧‧I_RESIDUE之低通濾波版本

814‧‧‧例示性波形

902‧‧‧雷射二極體驅動器

904‧‧‧驅動器信號

906‧‧‧資料輸入信號

908‧‧‧光學調變振幅電流回饋信號/調變控制回饋信號

910‧‧‧偏壓電流控制信號

912‧‧‧雷射二極體

914‧‧‧監測光二極體

916‧‧‧監測電流信號

918‧‧‧減法器

920‧‧‧參考電流

922‧‧‧殘餘電流

924‧‧‧轉阻放大器

926‧‧‧殘餘電壓

928‧‧‧平均功率控制(APC)控制迴路

934‧‧‧積分器

1002‧‧‧雷射二極體驅動器

1004‧‧‧驅動器信號

1006‧‧‧調變電流控制信號

1008‧‧‧偏壓電流控制信號

1010‧‧‧資料輸入信號

1012‧‧‧作用時間循環調變器

1014‧‧‧低頻測試信號

1016‧‧‧光學調變器

1018‧‧‧減法器

1020‧‧‧轉阻放大器

1021‧‧‧濾波器

1022‧‧‧濾波器

1024‧‧‧乘法器

1026‧‧‧積分器

1028‧‧‧積分器

1202‧‧‧濾波器F1

1204‧‧‧濾波器F2

1206‧‧‧監測光二極體

1208‧‧‧監測信號/監測光二極體信號

1210‧‧‧乘法器

1212‧‧‧參考信號I_REF

1214‧‧‧低通濾波器F3

1216‧‧‧濾波器F4

1218‧‧‧積分器

1302‧‧‧作用時間循環調變器

1304‧‧‧經調變輸入資料信號

1306‧‧‧雷射二極體驅動器

1312‧‧‧乘法器/混合器

1314‧‧‧低頻測試信號

1402‧‧‧低頻測試信號

1404‧‧‧資料信號

1502‧‧‧V_{DATA_FILT}

1504‧‧‧V_LFTS

1506‧‧‧關聯器

1602‧‧‧雷射二極體驅動器

1604‧‧‧驅動器信號

1606‧‧‧調變電流控制信號/控制輸入

1608‧‧‧偏壓電流控制信號/控制輸入

1610‧‧‧資料輸入信號/控制輸入/經調變資料信號

1612‧‧‧作用時間循環調變器

1614‧‧‧低頻測試信號

1616‧‧‧開關

1618‧‧‧監測光二極體

1620‧‧‧雷射二極體

1622‧‧‧殘餘信號/殘餘電流

1624‧‧‧轉阻放大器

1626‧‧‧濾波器

1628‧‧‧經濾波殘餘信號

1630‧‧‧混合器

1632‧‧‧低通或帶通濾波器

1634‧‧‧經濾波、經混合信號

1638‧‧‧光學調變振幅(OMA)控制積分器

1640‧‧‧數位控制器

1642‧‧‧比較器

1644‧‧‧比較器

1646‧‧‧平均功率控制(APC)積分器

1648‧‧‧參考電流

1702‧‧‧數位控制器

1704‧‧‧調變電流控制信號/輸出/輸出信號/輸出值

1706‧‧‧偏壓電流控制信號/輸出/輸出信號/輸出值

1712‧‧‧光學調變振幅(OMA)迴路積分器

1714‧‧‧光學調變振幅(OMA)迴路比較器

1716‧‧‧回饋信號/光學調變振幅(OMA)迴路回饋路徑/光學調變振幅(OMA)迴路回饋信號

1718‧‧‧時脈信號

1720‧‧‧叢發啟用信號

1722‧‧‧時脈產生器

1724‧‧‧平均功率控制積分器

1726‧‧‧比較器

1728‧‧‧回饋信號/平均功率控制回饋信號

圖1係描繪包含封閉迴路光學調變振幅控制之一光學傳輸器組態之一方塊圖。

圖2係描繪執行光學調變振幅回饋控制之一方法之一流程圖。

圖3係描繪對一監測信號及一資料信號之一者或兩者進行濾波之一光學調變回饋電路之一方塊圖。

圖4係描繪執行光學調變振幅回饋控制之一方法之一流程圖。

圖5A及圖5B係描繪一監測信號與一資料信號之間之一比較之例示性細節之一光學調變回饋電路之方塊圖。

圖6係描繪一減法器電路之例示性細節之一光學調變回饋電路之一方塊圖。

圖7A至圖7G及圖8A至圖8G描繪圖6之組態中之特定點處之例示性資料信號之若干曲線圖。

圖9係包含平均功率控制之一光學調變回饋電路之一方塊圖。

圖10係描繪包含一作用時間循環調變器之一光學傳輸器之一方塊圖。

圖11係描繪執行包含作用時間循環調變之光學調變振幅回饋控制之一方法之一流程圖。

圖12描繪包含電路信號之額外濾波之一例示性光學傳輸器組態。

圖13係描繪一替代資料信號作用時間循環調變組態之一方塊圖。

圖14描繪一例示性低頻測試信號及該測試信號對資料信號之影響。

圖15描繪一混合架構。

圖16係描繪描繪包含一數位控制器之一光學調變回饋系統之另一例示性組態之一方塊圖。

圖17係描繪數位控制器之例示性輸入及輸出之一特寫之一方塊圖。

圖18係描繪用於產生I_MON0及I_MON1之一例示性機構之一圖。

一光學傳輸器(諸如一發光二極體(LED)傳輸器、一VCSEL傳輸器或一雷射二極體傳輸器)包含用於產生經調變以攜載資訊之光之組件。例如，一雷射二極體傳輸器包含一雷射二極體及一雷射二極體驅動器，該雷射二極體驅動器產生傳輸至該雷射二極體以產生攜載光信號之資料之一驅動器信號。

雷射二極體驅動器接收經處理以產生驅動器信號之一或多個輸入信號。例如，一雷射二極體驅動器可接收含有待調變為用於傳輸之光信號之資料之一資料輸入信號以及一或多個參數調整輸入(諸如一調變電流控制輸入及一偏壓電流控制輸入)。一調變電流控制輸入控制邏輯「1」與邏輯「0」之間之光學功率輸出之絕對差，且一偏壓電流控制輸入控制雷射二極體之一平均光學功率輸出。因為一光學傳輸器之效能可基於若干因素(諸如溫度之改變、傳輸器特性隨時間之變動等)而變化，所以控制機構可併入至一光學傳輸器組態中以確保一所要操作範圍內之光學傳輸器功能以便維持一高信號品質且最小化功率耗散。

圖1係描繪包含封閉迴路光學調變振幅(OMA)控制之一光學傳輸器組態之一方塊圖。一雷射二極體驅動器102接收一資料輸入信號 104，該資料輸入信號104供應待藉由一雷射二極體106根據由雷射二極體驅動器102傳輸之一驅動器信號108而調變成一光信號之資料。雷射二極體驅動器102亦接收一OMA控制回饋信號(I_MOD)110，其調節邏輯「1」與邏輯「0」之間之雷射二極體106之光學功率輸出之絕對差。經由封閉迴路監測控制產生調變控制回饋信號110。一光學偵測器(諸如一監測光二極體112)偵測由雷射二極體106產生之一光量且輸出與所偵測之光量成比例之一監測信號114。一低頻比較電路116接收監測信號114及資料信號104。該低頻比較電路比較監測信號114之一低頻分量與資料信號104之一低頻分量以產生傳輸至雷射二極體102以調節光學調變振幅之調變控制回饋信號110。

圖2係描繪執行光學調變振幅回饋控制之一方法之一流程圖。在202處，自一光學偵測器接收與基於由一光學驅動器接收之一資料信號而傳輸之由一光學傳輸裝置產生之一光量成比例之一監測信號。在204處，比較監測信號之一低頻分量與資料信號之一低頻分量，且在206處，基於該比較而產生一調變控制回饋信號且將其傳輸至光學驅動器。

圖3係描繪對一監測信號及一資料信號之一者或兩者進行濾波之一光學調變回饋電路之一方塊圖。一雷射二極體驅動器302基於一資料輸入信號306及一光學調變振幅電流回饋信號308而產生一驅動器信號304。驅動器信號304經傳輸至一雷射二極體310以用於資料傳輸。一監測光二極體312充當一光學偵測器，其產生與由雷射二極體310產生之一光量成比例之一監測信號314。監測信號314及資料信號306被傳輸至一減法器316，該減法器316自與由雷射二極體310傳輸之光成比例之監測信號314減去與資料信號成比例之一值(例如，經由振幅定標器317)以產生一殘餘信號318。若傳輸器之OMA達到目標值，則殘餘信號318將接近於零。若OMA大於目標值，則殘餘信號將與數位信 號同相，且若OMA小於目標值，則殘餘信號將與資料信號異相。

在320處，殘餘信號318及資料信號306之一者或兩者經濾波以移除信號之高頻分量且經AC耦合以移除信號之DC分量。例如，信號306、318可傳輸至一低通濾波器320，該低通濾波器320對具有接近或大於監測光二極體312之頻寬之一頻率之信號分量進行濾波，該監測光二極體312有時係具有ω_MAX之一最大頻寬之帶限裝置。在此一組態中，(若干)低通濾波器320可經組態以濾除接近或大於ω_MAX之高頻分量。在322處，比較低頻分量以產生傳輸至雷射二極體驅動器302之調變控制回饋信號308。例如，可藉由使經濾波殘餘信號318與資料信號306相乘(混合)或關聯而比較該兩個信號306、318以產生調變控制回饋信號308。

圖4係描繪執行光學調變振幅回饋控制之一方法之一流程圖。在402處，自一光學偵測器(諸如一監測光二極體)接收一監測信號，該監測信號與基於由一光學驅動器接收之一資料信號而傳輸之由一光學傳輸裝置產生之一光量成比例。在404處，自監測信號減去與資料信號成比例之一信號以產生一殘餘信號，且在406處，將殘餘信號及資料信號之一者或兩者傳輸至一低通濾波器。在408處，比較監測信號之低頻分量與資料信號之低頻分量。例如，可藉由使殘餘信號與資料信號相乘或關聯而執行該比較。在410處，產生傳輸至光學驅動器且基於408處之該比較之一調變控制回饋信號。

圖5A及圖5B係描繪一監測信號與一資料信號之間之一比較之例示性細節之一光學調變回饋電路之方塊圖。在圖5A中，一雷射二極體驅動器502基於一資料輸入信號506及一光學調變振幅電流回饋信號508而產生一驅動器信號504。驅動器信號504經傳輸至一雷射二極體510以用於資料傳輸。一監測光二極體512充當一光學偵測器，其產生與由雷射二極體510產生之一光量成比例之一監測信號514。監測信號 514及資料信號506被傳輸至一減法器516，該減法器516自與由雷射二極體510傳輸之光成比例之監測信號514減去與資料信號506成比例之一值以產生一殘餘信號518。

在520處，殘餘信號518及資料信號506之一者或兩者經濾波以移除信號之高頻分量且可經AC耦合以移除信號之DC分量。在522處，比較低頻分量。例如，可藉由使經濾波殘餘信號518與資料信號506相乘而比較該兩個信號506、518。相乘522之輸出被傳輸至一積分器524以產生調變控制回饋信號508。

圖5B描繪用於提供圖5A中之一監測信號與一資料信號之間之比較之替代組態。該等替代組態可提供與各其他替代組態類似或等效之效能。552處展示圖5A之比較組態。在554處，將資料信號之按比例調整移動至以下之一者：在資料信號之低通濾波558之前(556)；在資料信號之低通濾波558之後但在減法器564之分支562之前(560)；及在減法器564之分支562上。在566處，混合監測信號568之一經濾波形式及資料信號之一經按比例調整及濾波形式且接著將其等提供至一減法器572。

圖6係描繪一減法器電路之例示性細節之一光學調變回饋電路之一方塊圖。一雷射二極體驅動器602基於一資料輸入信號606及一光學調變振幅電流回饋信號608而產生一驅動器信號604。驅動器信號604經傳輸至一雷射二極體610以用於資料傳輸。一監測光二極體612充當一光學偵測器，其產生與由雷射二極體610(其經受一有限頻寬ω_MAX)產生之一光量成比例之一監測電流信號614(在圖7中之704處展示之例示性波形)。一減法器616自監測電流信號614減去與資料信號606成比例之一參考電流618(在圖7中之702處展示之例示性波形)以產生一殘餘電流617(在圖7中之706處展示之例示性波形)。參考電流618經產生作為一邏輯「0」電流620與一差量電流622之一總和，其中參考電 流618之邏輯「1」分量受控於回應於資料信號606之一開關624。邏輯「0」電流620及邏輯「1」電流可經選擇使得當雷射二極體612以所要OMA傳輸時，殘餘電流617之低頻分量將係零。

殘餘電流617經傳輸至一轉阻放大器626以將殘餘電流617轉換為一殘餘電壓628。(諸如)根據或低於監測光二極體612之一實際或估計頻寬，使殘餘電壓628及資料信號606在630、631處經低通濾波及AC耦合(在圖7中之712、708處分別展示之例示性波形)。在632處，使經濾波殘餘信號與經濾波資料信號相乘(在圖7中之714處展示之例示性波形)且藉由一積分器634偵測乘法之一DC分量或平均值以產生傳輸至雷射二極體驅動器602之調變控制回饋信號608。

圖7及圖8描繪圖6之組態中之特定點處之例示性資料信號之若干曲線圖。在圖7中，傳輸器之OMA低於目標值且應相應地增加。702處之曲線圖表示經產生且與資料信號成比例之I_REF信號。I_MON0及I_MON1量值經選擇使得當光學傳輸裝置以所要OMA操作時，I_RESIDUE信號之低頻分量將係零。704處之曲線圖指示由監測光二極體產生之監測電流信號，且706處之曲線圖表示藉由自I_MPD減去I_REF而產生之I_RESIDUE信號。708、710及712處之曲線圖分別表示I_REF、I_MPD及I_RESIDUE之低通濾波版本。在714處，使一經濾波資料信號(例如，I_REF之一電壓形式)與經濾波殘餘信號(例如，I_RESIDUE之一電壓形式)相乘以產生用以產生調變控制回饋信號之V_MULT信號。因為V_MULT信號平均值大於零，所以指示雷射二極體驅動器經由資料信號而成比例地提升OMA。

在圖8中，傳輸器之OMA高於目標值且應相應地減少。802處之曲線圖表示經產生且與資料信號成比例之I_REF信號。804處之曲線圖指示由監測光二極體產生之監測電流信號，且806處之曲線圖表示藉由自I_MPD減去I_REF而產生之I_RESIDUE信號。808、810及812處之曲線圖分別表示I_REF、I_MPD及I_RESIDUE之低通濾波版本。在814處，使一經濾波資料 信號(例如，I_REF之一電壓形式)與經濾波殘餘信號(例如，I_RESIDUE之一電壓形式)相乘以產生用以產生調變控制回饋信號之V_MULT信號。因為V_MULT信號平均值小於零，所以指示雷射二極體驅動器經由資料信號而成比例地降低OMA。

在一些實施方案中，亦可期望將平均功率控制(APC)回饋併入至光學傳輸器中。圖9係包含平均功率控制之一光學調變回饋電路之一實例之一方塊圖。一雷射二極體驅動器902基於一資料輸入信號906、一光學調變振幅電流回饋信號908及一偏壓電流控制信號910而產生一驅動器信號904。驅動器信號904經傳輸至一雷射二極體912以用於資料傳輸。一監測光二極體914充當一光學偵測器，其產生與由雷射二極體912產生之一光量成比例之一監測電流信號916。一減法器918自監測電流信號916減去與資料信號906成比例之一參考電流920以產生一殘餘電流922。

殘餘電流922經傳輸至一轉阻放大器924以將殘餘電流922轉換為一殘餘電壓926。轉阻放大器924可對來自I_RESIDUE信號之一DC分量進行濾波且將該DC分量提供至一APC控制迴路928。APC控制迴路928基於I_RESIDUE信號之DC分量而產生偏壓電流控制信號910以迫使監測電流信號之DC分量達到一所要位準。(諸如)根據或低於監測光二極體914之實際或估計頻寬，在930、931處使殘餘電壓926及資料信號906經低通濾波。在932處，使經濾波殘餘信號與經濾波資料信號相乘或關聯且將其等傳輸至一積分器934以產生傳輸至雷射二極體驅動器902之調變控制回饋信號908。

在一些案例中，諸如當輸入資料在一重複短序列內呈具有一快速重複速率之相對靜態時，資料信號之低頻分量可不足以識別傳輸器OMA與所要OMA之偏差。為確保資料信號之一足夠低頻分量，可將一作用時間循環調變器併入至光學傳輸器中。圖10描繪包含一作用時 間循環調變器之一光學傳輸器。一雷射二極體驅動器1002基於一調變電流控制信號1006、一偏壓電流控制信號1008及一資料輸入信號1010(其具有藉由一作用時間循環調變器1012根據一低頻測試信號1014調變之一作用時間循環)而傳輸一驅動器信號1004，其中藉由根據低頻測試信號1014(例如，一偽隨機位元序列)差動地延遲資料信號之上升及下降邊緣而產生資料信號1010。可限制由作用時間循環調變器1012引入之作用時間循環失真量以(諸如)對光學鏈路之總抖動具有一可忽略影響。

經作用時間循環調變之資料信號1010及來自光學調變器1016之一監測信號經提供至一減法器1018、轉阻放大器1020、濾波器1021、1022、乘法器1024及積分器1026、1028以產生調變電流控制信號1006及偏壓電流控制信號1008。在缺乏作用時間循環調變器1012之實施方案可努力識別歸因於輸入資料信號1010之一小的低頻分量之OMA誤差之情況下，儘管重複資料之長週期(例如，一閒置型樣，諸如10101010...)，圖10之組態仍可提供強OMA控制。

可基於輸入資料信號之一監測而選擇性地啟動作用時間循環調變。例如，當觀察到資料信號呈靜態(例如，一重複閒置型樣)時，可啟動作用時間循環調變以強調資料信號之低頻分量。當資料信號呈動態使得一低頻分量僅完全基於資料信號波形時，可停用作用時間循環調變。

圖11係描繪執行包含作用時間循環調變之光學調變振幅回饋控制之一方法之一流程圖。在1102處，使一接收資料信號之一作用時間循環變化以增加資料信號之一低頻分量。在1104處，自一光學偵測器接收與基於經調變資料信號而傳輸之由一光學傳輸裝置產生之一光量成比例之一監測信號。在1106處，自該監測信號減去與經調變資料信號成比例之一信號以產生一殘餘信號。在1108處，對殘餘信號及經調變 資料信號之一或兩者進行低通濾波，且在1110處，使(經濾波)殘餘信號與資料信號關聯或相乘以在1112處產生一調變電流控制信號。

先前組態係例示性的，且本發明之範疇涵蓋上文未明確描述之額外變動。例如，圖12描繪包含電路信號之額外濾波之一例示性光學傳輸器組態。在圖12之實例中，濾波器F1 1202及F2 1204之上截止頻率經選擇以低於可由監測光二極體1206精確地偵測之監測光二極體1206信號之一頻率範圍。因為1210處之比較包含因監測光二極體1206而衰減之一些頻率分量，所以在1202、1204處設定過高截止頻率可減小監測信號1208之一表觀振幅。可藉由在接近監測光二極體1206頻寬限制之頻率處增加監測光二極體信號1208之相移而加劇此表觀衰減，從而減小資料信號與監測光二極體信號1208之同相分量之間之一關聯。

在減法之前對參考信號I_REF 1212濾波可改良關聯判定。低通濾波器F3 1214在某種程度上補償監測光二極體1206之有限頻寬。濾波器F4 1216將一匹配相移引入至由包括乘法器1210及積分器1218之關聯器使用之資料信號。當F3 1214匹配監測光二極體1206之頻率回應時，則I_RESIDUE在OMA達到目標值時將係零。雖然通常無法高精確度地獲知監測光二極體1206頻寬，但包含濾波器F3 1214及F4 1216容許系統容忍監測光二極體1206頻寬之一較寬範圍，同時維持振幅控制之精確度。

例如，若監測光二極體1206頻寬高於F3 1212頻寬，則監測光二極體信號1208之振幅將超過接近F3 1214頻寬之頻率處之參考信號之振幅。可預期此引起系統高估當前OMA。然而，在此等頻率處，歸因於由濾波器F3 1212引入之增加的相移，亦存在監測信號1208與參考信號1212之間之增加的相差。此再次減小(經類似濾波)資料信號與監測光二極體信號1208之同相分量之間之關聯。因此，相差趨向於在 某種程度上補償振幅差。此與其中相差可強化振幅差之其他情境形成對比。

因此，可相當積極地設定F3 1214以補償一低監測光二極體1206頻寬，而在監測光二極體1206頻寬高於預期之情況下未顯著影響精確度。對於F1 1202及F2 1204(其等設定振幅比較之頻寬)之一給定頻寬，系統可容忍監測光二極體1206頻寬之一更寬範圍；及/或對於監測光二極體1206頻寬之一給定下限，可增加F1 1202及F2 1204之頻寬，從而容許在一較寬頻帶內進行振幅比較。後者容許在比較中使用更大比例之資料信號能量。此降低對雜訊及偏移之敏感度且容許在一更短時間窗內進行OMA誤差之偵測。此可用於其中可以短叢發傳輸資料之叢發模式光學驅動器。

作為另一實例，圖13係描繪一替代資料信號作用時間循環調變組態之一方塊圖。一作用時間循環調變器1302使一輸入資料信號之作用時間循環變化以產生傳輸至雷射二極體驅動器1306之一經調變輸入資料信號1304。不同於前述實例，代替性地將低頻測試信號1314作為輸入提供至乘法器/混合器1312，而非將資料信號1304提供至1312。在其中藉由作用時間循環調變提供資料信號1304之大部分低頻分量之案例中，直接使用低頻測試信號1314可提供改良的OMA控制。圖14描繪一例示性低頻測試信號1402及該測試信號對資料信號1404之影響。

作為另一實例，圖15描繪一混合架構。該混合架構組合本文中上述之某些特徵。在圖15之實例中，將V_{DATA_FILT} 1502及V_LFTS 1504兩者提供至關聯器1506。圖15之架構可提供與輸入資料信號中之低頻含量無關之品質OMA控制。

本文中所述之某些實施例可提供對L-I曲線中之非線性、扭曲及凸起之極佳免疫性，且可避免對雷射之詳細特性化之任何需要。所描 繪之架構可用一適中或低頻帶監測光二極體實施，可展現低功率消耗，且可用於具有非常高(理論上無限)位元速率之系統中。

應注意，可以多種組態提供光學調變振幅控制系統。例如，可以一獨立方式實施一光學調變回饋電路，其包含產生一調變控制回饋信號之一低頻比較電路。在另一組態中，一光學驅動器積體電路可包含一光學驅動器及一低頻比較電路。在另一組態中，一光學模組可包含一光學驅動器、一雷射二極體、一光學偵測器及一低頻比較電路。此外，某些元件可使用數位組件而非本文中描繪之類比版本。

已參考特定例示性實施例描述本發明。然而，熟習此項技術者將容易明白，可以除上述例示性實施例之形式外之特定形式體現本發明。例如，圖16係描繪描繪包含一數位控制器之一光學調變回饋系統之另一例示性組態之一方塊圖。一雷射二極體驅動器1602基於一調變電流控制信號1606、一偏壓電流控制信號1608及一資料輸入信號1610(其具有藉由一作用時間循環調變器1612根據一低頻測試信號1614調變之一作用時間循環)而傳輸一驅動器信號1604，其中藉由根據低頻測試信號1614(例如，一偽隨機位元序列)差動地延遲資料信號之上升邊緣及下降邊緣而產生資料信號1610。控制輸入1606、1608、1610可採取多種形式。在一實例中，偏壓電流控制信號1608表示在傳輸期間一邏輯0位準之一雷射電流。當使用此一定義時，平均雷射電流將係I_BIAS+I_MOD/2(假定資料信號之一50%平均作用時間循環)。在此一組態中，平均光學功率輸出受I_BIAS及I_MOD兩者影響，此可導致平均功率控制與OMA控制迴路之間之不必要干擾。為解決此潛在問題，在一些組態中，將I_BIAS定義為雷射邏輯0與邏輯1驅動電流之平均值。在此一實施方案中，雷射驅動器1602可經組態以使用以下公式計算邏輯0驅動電流：邏輯0雷射驅動電流=I_BIAS-I_MOD/2。在此一實施方案中，I_MOD藉由OMA控制迴路之變動對平均光學功率無影響，從而容許 平均功率控制迴路及OMA控制迴路獨立操作。

經作用時間循環調變之資料信號1610係用以控制一開關1616，該開關1616促進自由監測由驅動器信號1604驅動之雷射光二極體1620之輸出之監測光二極體1618輸出之一監測信號減去與資料信號1610成比例之一信號。該減法產生下游所使用之一殘餘信號1622。一轉阻放大器1624將殘餘信號1622自一電流轉換至一電壓，其中使用APC積分器1646提取該電壓之一DC分量，其中該DC分量係用於維持一所要平均功率。接著，在1626處藉由一低通或帶通濾波器對殘餘信號1622進行濾波(諸如)以移除殘餘信號1622之高頻分量及DC分量，以產生一經濾波殘餘信號1628以進行比較。比較經濾波殘餘信號與在1630處使用經作用時間循環調變之資料信號1610及低頻測試信號1614混合之一信號(前置濾波器F2與圖15中之後置濾波器F2形成對比)。在1630處(例如，經由加權混合)對該兩個信號1610、1614求和且將其提供至1632處之一低通或帶通濾波器(其可匹配於1626處之濾波器)以產生一經濾波、混合信號1634。在某些實施方案中，可將殘餘信號1622及來自1630處之混合器之信號提供至確切相同數目個濾波器1626、1632而嘗試最佳維持自該等濾波器1626、1632輸出之信號1628、1634之間之相位，此係因為一信號之各濾波可引起經濾波信號之一相移。藉由憑藉確切相同n數目個濾波器對兩個信號進行濾波，可最佳維持1628、1634處之相位。在1636處，諸如藉由使兩個信號1628、1634相乘而比較該等信號1628、1634以便偵測該兩個信號之間之關聯或逆關聯，此將產生乘法結果之一正或負平均值，且在1638處求得該比較結果之積分。

在圖16之實例中使用一數位控制器1640以產生調變電流控制信號1606及偏壓電流控制信號1608。在圖16之實例中，數位控制器1640分別基於來自比較器1642、1644之輸入而提供調變電流控制信號1606 及偏壓電流控制信號1608，其中比較器1642自OMA控制積分器1638接收輸入且比較器1644自一APC積分器1646接收輸入以便偵測各積分結果之正負號(亦即，至積分器之輸入是否具有一正或負平均值)。

圖17係描繪數位控制器之例示性輸入及輸出之一特寫之一方塊圖。數位控制器1702將調變電流控制信號1704及偏壓電流控制信號1706(其等在1708、1710處經受各自數位轉類比轉換)作為輸出提供至雷射二極體驅動器。數位控制器1702基於自回饋迴路接收之該等輸出及輸入之先前狀態而提供此等輸出1704、1706。例如，關於OMA控制回饋迴路，使監測信號之低頻分量與資料信號之低頻分量相乘(例如，在圖16之1636處)，且在1712處求得乘法結果之積分。1712處之該積分之結果被提供至一比較器1714(其判定該積分結果是否係正的或負的)。來自比較器1714之二進制向上或向下回饋信號1716由數位控制器1702使用以自其當前位準向上或向下調整調變電流控制信號1704。

在操作中，數位控制器1702及OMA迴路積分器1712回應於一時脈信號1718。當光學傳輸器處在作用中時(諸如在傳輸期間)，時脈信號1718被提供至數位控制器1702及積分器1712。基於來自時脈信號1718之脈衝(諸如在每一時脈循環結束時)，數位控制器1702自OMA迴路比較器1714取樣回饋信號1716。基於所取樣之回饋信號，數位控制器1702基於回饋信號1716之位準而判定是否將調變電流控制信號1704向上或向下調整一或多個位準。OMA迴路積分器1712亦接收時脈信號1718且基於時脈脈衝之接收(諸如每當接收一時脈脈衝時)而重設。積分器1712可保持在一零值達相對於時脈信號1718週期之一短週期以容許一先前調整對雷射二極體驅動器之影響傳播通過系統。在其中積分器1712藉由時脈信號1718重設之此一組態中，OMA迴路積分器1712監測一單一時脈循環內之低頻比較以判定該比較是否大體上為正 或負。將該積分結果提供至OMA迴路比較器1714，其沿OMA迴路回饋路徑1716提供指示數位控制器如何調整調變電流控制信號1704之一信號(例如，一二進制向上或向下信號或一向上或向下信號外加調整之一量值)。

如上文所述，除促進調變電流控制信號1704之數位調整外，結合數位控制器1702使用時脈信號1718可在其中資料傳輸係非連續之實施方案中提供益處。在許多非連續資料傳輸方案(諸如以叢發傳輸資料之非同步方案)中，在各叢發上必須顯著重調某些信號產生參數以嘗試滿足通道及其他系統特性。當光學傳輸器處於非作用中時，圖17之數位控制器1702可經組態以保持輸出信號1704、1706之一最後狀態，如藉由一休眠時脈信號1718指示。當重新啟動時脈信號1718時(諸如當將一叢發啟用信號1720提供至一時脈產生器1722時)，數位控制器1702輸出最後已知狀態作為起始輸出1704、1706。若叢發之間之時間週期相對較短，且若操作條件自最後叢發傳輸起未顯著改變，則由數位控制器1702提供之最後已知狀態可能接近雷射二極體驅動器之期望輸入。在用一作用中時脈信號1718操作期間，將(諸如)經由OMA迴路回饋信號1716進一步調整此等輸出值1704、1706。在一些組態中，當叢發長度短於時脈信號1718之時脈週期時，則在叢發結束時可產生一時脈事件(例如，一脈衝)以確保每一叢發始終存在至少一時脈循環以容許調整輸出1704、1706。

以與調變電流控制信號1704類似之一方式控制偏壓電流控制信號1706。藉由1724處之積分偵測殘餘信號(諸如來自圖16中之轉阻放大器1624)之DC分量，且將積分之結果提供至一比較器1726(其判定積分結果是否為正或負，且將一二進制向上或向下回饋信號1728提供至數位控制器1702)。數位控制器1702基於時脈信號1718取樣平均功率控制回饋信號1728且基於所接收之信號1728將偏壓電流控制信號 1706自其當前狀態向上或向下調整。在一些組態中，基於時脈信號1718(諸如基於各脈衝)重設平均功率控制積分器1724，使得平均功率控制回饋信號1728係基於自最後時脈循環起之殘餘信號之DC分量。

再次參考圖16，如上文所述，藉由自由監測光二極體1618產生之監測電流減去一參考電流1648而產生一殘餘電流1622。藉由一開關1616基於經調變資料信號1610控制參考電流1648，其中參考電流1648表示所傳輸之資料信號1610。在圖16之實例中之操作中，當傳輸一邏輯0時，將參考電流1648設定為I_MON0位準，且當傳輸一邏輯1時，將參考電流1648設定為I_MON0+(I_MON1-I_MON0)=I_MON1位準。在一些實施方案中，基於一經接收所要平均功率及一經接收所要光學調變振幅(例如，來自一使用者介面資料鍵入或一電腦可讀媒體)設定I_MON0及I_MON1位準。然而，在其他實施方案中，代替性地可更期望基於所要平均功率及一所要消光比(亦即，P₁/P₀：邏輯1光學功率位準對邏輯0光學功率位準之比)設定系統中之值(諸如I_MON0及I_MON1)，此係因為在一些情境中，與光學調變振幅相比，消光比可更直觀或更普遍被提及。假定監測光二極體線性回應於光學功率，則I_MON1/I_MON0=P₁/P₀=消光比。

在一實施方案中，提供接受光學傳輸裝置之一所要消光比及一所要平均功率之一使用者介面。在此一實施方案中，當資料信號表示一邏輯0值時，表示資料信號之參考電流1648處於一第一位準I_MON0，且當資料信號表示一邏輯1值時，參考電流1648處於一第二位準I_MON1。第一位準I_MON0係根據以下判定：I_MON0=2 * I_AVE/(ER+1)，其中I_MON0係第一電流位準，I_AVE係基於經接收所要平均功率之一電流(例如，待藉由APC迴路標定以便達成雷射二極體1620之所要平均光學功率輸出之平均監測光二極體1618電流；假定資料信號之50% 平均作用時間循環I_AVE=(I_MON1-I_MON0)/2))，且ER係經接收所要消光比。

第二位準I_MON1係進一步根據以下判定：(I_MON1-I_MON0)=2 * I_AVE * (ER-1)/(ER+1)，其中(I_MON1-I_MON0)係第一電流位準與第二電流位準之間之差。光學傳輸裝置之經接收所要平均功率及經接收所要消光比可來自多種源，諸如來自一電腦記憶體或來自一使用者介面。在一實例中，一使用者介面接受光學傳輸裝置之一所要消光比及一所要平均功率作為輸入，但未接受一所要光學調變振幅之一值。

可經由多種機構產生圖16中描繪之電流I_MON0及(I_MON1-I_MON0)。圖18係描繪用於產生I_MON0及(I_MON1-I_MON0)之一例示性機構之一圖。在圖18中，在使用者控制下(諸如)藉由一數位轉類比轉換器基於一所要平均功率產生2 * I_AVE之一初始電流。基於一所要消光比判定待開啟之開關之數目。在一實例中，所開啟之開關之數目等於n-1，其中n係目標消光比。若全部所描繪之閘極連接PMOS電晶體裝置等效且開啟(n-1)個開關，則電流在總共(n+1)個電晶體之間均等地共用。因此，I_MON0經產生為在一單一電晶體裝置中具有2 * I_AVE/(n+1)之電流，且I_MON1-I_MON0=I_MON0 * (n-1)=2 * I_AVE * (n-1)/(n+1)。

如本文中所述，一OMA控制方案可藉由監測所傳輸信號之一低頻分量而控制光學振幅。假定光學傳輸器具有一平坦頻率回應，則此控制足以表示資料信號之全頻寬之振幅。若頻率回應不平坦，則當用一高頻寬設備量測時，目標OMA或目標消光比與實際值之間可存在某一偏移。可藉由一修整控制補償此一偏移，該修整控制調整I_MON0及I_MON1電流之值。例如，(I_MON1-I_MON0)之值可與根據修整控制設定之一比例因數(例如，大於或小於1之一比例因數)相乘，且可相應地調整I_MON0之值以使I_MON1及I_MON0之平均值保持恆定。此控制可使I_REF 之AC分量之振幅變化，同時維持相同DC分量，使得I_AVE及因此平均光學功率輸出不受影響。在一實例中，可基於一比例因數m根據以下判定經調整電流：I_MON0,ADJ=I_MON0-0.5(m-1)(I_MON1-I_MON0)，其中I_MON0,ADJ係經調整第一位準，I_MON0係預調整第一位準，且(I_MON1-I_MON0)係第一位準與第二位準之間之預調整差；及(I_MON1-I_MON0)_ADJ=m(I_MON1-I_MON0)，其中(I_MON1-I_MON0)_ADJ係第一位準與第二位準之間之經調整差。

所述實施例僅係闡釋性的且不應視為限制性。本發明之範疇反映於申請專利範圍中而非前述描述中，且落於申請專利範圍內之全部變動及等效物旨在涵蓋於其中。例如，系統及方法可利用經由網路(例如，區域網路、廣域網路、網際網路、其等之組合等)、光纖媒介、經調變載波、無線網路等傳遞之資料信號而與一或多個資料處理裝置通信。資料信號可攜載提供至一裝置或自一裝置提供之本文中所揭示任何或全部資料。

應瞭解，除非內容背景另有清楚指示，否則如本文描述及以下申請專利範圍中所使用，「一」、「一個」及「該」之含義包含複數個參考物。再者，除非內容背景另有清楚指示，否則如本文描述及以下申請專利範圍中所使用，「在...中」之含義包含「在...中」及「在...上」。此外，除非內容背景另有清楚指示，否則使用術語「各」不必意謂「每一個」。最後，除非內容背景另有清楚指示，否則如本文描述及以下申請專利範圍中所使用，「及」及「或」之含義包含連詞及轉折連詞兩者且可互換地使用；片語「互斥或」可用以指示其中僅可應用轉折連詞含義之情境。

102‧‧‧雷射二極體驅動器

104‧‧‧資料輸入信號

106‧‧‧雷射二極體

108‧‧‧驅動器信號

110‧‧‧光學調變振幅(OMA)控制回饋信號(I_MOD)/調變控制回饋信號

112‧‧‧監測光二極體

114‧‧‧監測信號

116‧‧‧低頻比較電路

Claims (32)

1. 一種低頻AC比較電路，其包括：電路，其經組態以：接收由一光學偵測器產生之一監測信號，該監測信號與基於由一光學驅動器接收之一資料信號而傳輸之由一光學傳輸裝置產生之一光量成比例；產生該監測信號之一低頻AC分量，其不具有該監測信號之一DC分量且不具有該監測信號之信號分量，該監測信號具有大於該光學偵測器之頻率的一頻率；產生該資料信號之一低頻AC分量，其不具有該資料信號之一DC分量且不具有該資料信號之信號分量，該資料信號具有大於該光學偵測器之頻率的一頻率；及基於藉由關聯(correlating)該監測信號之該低頻AC分量與該資料信號之該低頻AC分量之一比較而產生傳輸至該光學驅動器之一調變電流控制信號。
2. 如請求項1之電路，其中該電路包括一數位控制器，其中該數位控制器經組態以：基於該監測信號之該低頻AC分量與該資料信號之該低頻AC分量之該比較而接收一回饋信號；及基於該回饋信號及該調變電流控制信號之一先前狀態而產生該調變電流控制信號。
3. 如請求項2之電路，其中該回饋信號係基於一單一時脈週期內該監測信號之該低頻AC分量與該資料信號之該低頻AC分量之該比較。
4. 如請求項3之電路，其中該回饋信號係一二進制向上或向下信 號。
5. 如請求項3之電路，其中該回饋信號係基於該單一時脈週期內該比較之一積分。
6. 如請求項5之電路，其中藉由一積分器執行該積分，其中該積分器及該數位控制器回應於一時脈信號，且其中當該光學傳輸裝置處於作用中時，該時脈信號處於作用中。
7. 如請求項6之電路，其中基於該時脈信號之經接收脈衝而重設該積分器，且其中該數位控制器基於該時脈信號之經接收脈衝而取樣該回饋信號。
8. 如請求項6之電路，其中如藉由一非作用中時脈信號指示，當該光學傳輸處於非作用中時，該數位控制器保持該調變電流控制信號之該先前狀態。
9. 如請求項2之電路，其中該數位控制器經組態以產生該調變電流控制信號之一數位版本且將該數位版本轉換至該調變電流控制信號之一類比版本。
10. 如請求項2之電路，其中該數位控制器進一步經組態以：基於該監測信號之一DC分量而接收一平均功率回饋信號；及基於該平均功率回饋信號及傳輸至該光學驅動器之一偏壓電流控制信號之一先前狀態而產生該偏壓電流控制信號。
11. 如請求項10之電路，其中該偏壓電流控制信號表示一邏輯0驅動電流及一邏輯1驅動電流之一所要平均值。
12. 如請求項10之電路，其中該偏壓電流控制信號係基於一單一時脈週期內該監測信號之該DC分量之一監測；其中該平均功率控制回饋信號係一二進制向上或向下信號；及其中該平均功率回饋信號係基於該單一時脈週期內之一積 分，該積分基於該監測信號之該DC分量。
13. 如請求項1之電路，其中該資料信號之該低頻AC分量之一頻寬低於該光學偵測器之一頻寬。
14. 如請求項1之電路，其中自該監測信號減去表示該資料信號之一信號；其中表示該資料信號之該信號係基於該光學傳輸裝置之一經接收所要消光比及一經接收所要平均功率。
15. 如請求項14之電路，其中當該資料信號表示一0值時，表示該資料信號之該資料處於一第一位準，且其中當該資料信號表示一1值時，表示該資料信號之該信號處於一第二位準。
16. 如請求項15之電路，其中該第一位準係根據以下判定之一第一電流位準：I_MON0=2 * I_AVE/(ER+1)，其中I_MON0係該第一電流位準，I_AVE係基於該經接收所要平均功率之一電流，且ER係該經接收消光比；其中該第二位準係根據以下判定之一第二電流位準：(I_MON1-I_MON0)=2 * I_AVE *(ER-1)/(ER+1)，其中(I_MON1-I_MON0)係該第一位準與該第二位準之間之差。
17. 如請求項16之電路，其中使用複數個閘極連接電晶體產生該第一電流位準及該第二電流位準，其中該等電晶體之某些電晶體受控於個別開關。
18. 如請求項14之電路，其中自一記憶體或經由一電腦使用者介面接收該所要平均功率及該所要消光比。
19. 如請求項18之電路，其中該電腦使用者介面未接受一所要光學調變振幅之一值。
20. 如請求項1之電路，其中自該監測信號減去表示該資料信號之一 信號；其中當該資料信號表示一0值時，表示該資料信號之該資料處於一第一位準，且其中當該資料信號表示一1值時，表示該資料信號之該信號處於一第二位準；其中該第一位準及該第二位準兩者基於一比例因數m而調整。
21. 如請求項20之電路，其中該第一位準係根據以下進行調整：I_MON0,ADJ=I_MON0-0.5(m-1)(I_MON1-I_MON0)，其中I_MON0,ADJ係經調整第一位準，I_MON0係預調整第一位準，且(I_MON1-I_MON0)係該第一位準與該第二位準之間之預調整差；其中該第二位準係根據以下進行調整：(I_MON1-I_MON0)_ADJ=m(I_MON1-I_MON0)，其中(I_MON1-I_MON0)_ADJ係該第一位準與該第二位準之間之經調整差。
22. 如請求項1之電路，其中該電路進一步經組態以自該監測信號減去與該資料信號成比例之一信號以產生一殘餘信號，其中該調變電流控制回饋信號係基於該殘餘信號與該資料信號之一關聯。
23. 如請求項22之電路，其中該電路進一步經組態以在產生該調變電流控制信號之前將該殘餘信號及該資料信號之一者或兩者提供至一低通濾波器。
24. 如請求項22之電路，其中當達成該光學傳輸裝置之一所要光學調變振幅時，該殘餘信號之一低頻AC分量係零。
25. 如請求項22之電路，其進一步包括一積分器或低通濾波器，其中該積分器或低通濾波器經組態以接收該殘餘信號與該資料信號之該關聯且產生該調變電流控制信號。
26. 如請求項1之電路，其進一步包括一平均功率控制電路，該平均 功率控制電路經組態以基於該監測信號之一DC分量而將一平均功率控制信號傳輸至該光學驅動器。
27. 如請求項1之電路，其中該光學傳輸裝置係一LED、一雷射二極體或一VCSEL。
28. 如請求項1之電路，其中將該調變電流控制信號傳輸至該光學驅動器以調整該光學驅動器之一調變振幅。
29. 如請求項1之電路，其中該資料信號之一作用時間循環根據一低頻AC測試信號動態地變化以將額外低頻AC含量引入至該資料信號中。
30. 如請求項29之電路，其中使該資料信號與該低頻測試信號混合以產生一混合關聯信號；其中該比較電路經組態以自該監測信號減去與該資料信號成比例之一信號以產生一殘餘信號；及其中基於該殘餘信號與該混合關聯信號之一關聯而產生該調變電流控制信號。
31. 如請求項30之電路，其中將該殘餘信號傳輸至一濾波器以產生一經濾波殘餘信號；其中將該混合關聯信號傳輸至一實質上相同濾波器以產生一經濾波混合關聯信號；其中基於該經濾波殘餘信號與該經濾波混合關聯信號之一關聯而產生該調變電流控制信號。
32. 一種光學模組，其包括：一光學驅動器，其經組態以基於一經接收資料信號而輸出一驅動器信號，其中根據一經接收調變電流控制信號控制該驅動器信號之一調變振幅；一雷射二極體，其經組態以基於該驅動器信號而傳輸光； 一光學偵測器，其經組態以產生與由一光學傳輸裝置產生之一光量成比例之一監測信號；及一低頻AC比較電路，其包括經組態以進行下列動作之電路：接收由一光學偵測器產生之該監測信號；產生該監測信號之一低頻AC分量，其不具有該監測信號之一DC分量且不具有該監測信號之信號分量，該監測信號具有大於該光學偵測器之頻率的一頻率；產生該資料信號之一低頻AC分量，其不具有該資料信號之一DC分量且不具有該資料信號之信號分量，該資料信號具有大於該光學偵測器之頻率的一頻率；及基於藉由關聯該監測信號之一低頻AC分量與該資料信號之該低頻AC分量之一比較而產生傳輸至該光學驅動器之該調變電流控制信號。