專利名稱：具有對板載診斷信息的雙重訪問的光電收發信機的制作方法
專利說明具有對板載診斷信息的雙重訪問的光電收發信機 本申請要求2001年2月5日提交的美國專利申請09/777917的優先權并且是它的部分繼續申請，通過引用將它結合于本文中。
背景技術：
發明領域一般來說，本發明涉及光電收發信機領域，具體來說，涉及光電收發信機中用來實現控制、設置、監測及標識操作的電路。·標識。這涉及通用存儲器、通常為EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)或其它非易失性存儲器。存儲器最好是采用串行通信標準可訪問的，它用來存儲標識收發信機類型、能力、序列號以及與各種標準的兼容性的各種信息。雖然不是標準，但希望在這種存儲器中還存儲附加信息，例如子組件修訂和工廠測試數據。·眼睛保護和一般故障檢測。這些功能用來識別異常及可能不安全的操作參數，以及向用戶報告這些情況和/或適當地執行激光關斷。另外，還希望在許多收發信機中讓控制電路執行以下附加功能中的一部分或全部·溫度補償功能。例如，補償關鍵激光特性、如斜度效率的已知溫度變化。·監測功能。監測與收發信機操作特性和環境相關的各種參數。希望監測的參數的實例包括激光器偏置電流、激光輸出功率、接收功率電平、電源電壓和溫度。理想情況是，這些參數應當被監測并向主機裝置報告或者可供主機裝置使用，因而也向收發信機的用戶報告或者可供收發信機的用戶使用。·通電時間。希望讓收發信機的控制電路跟蹤收發信機處于通電狀態的總小時數，以及向主機裝置報告這個時間值或者可供主機裝置使用。·加容限。“加容限”是一種機制，它允許終端用戶以與理想操作條件的已知偏差來測試收發信機的性能，一般是通過縮放用來驅動收發信機的有源元件的控制信號。·其它數字信號。希望使主機裝置能夠配置收發信機，以便使它與數字輸入和輸出的極性及輸出類型的各種要求相適應。例如，數字輸入用于發射機禁用和速率選擇功能，而輸出則用于表明發射機故障和信號丟失條件。配置值將確定二進制輸入及輸出信號中一個或多個的極性。在一些收發信機中，希望采用配置值來指定數字輸入或輸出值的一個或多個的標度，例如通過指定要與數字輸入或輸出值結合使用的縮放因子。這些附加功能中即使有也是極少數在大多數收發信機中實現，部分是因為這樣做的成本。通過在激光驅動器或接收機電路中包含一些功能(例如激光驅動器電路中的某種程度的溫度補償)或者借助于商業微控制器集成電路，這些功能的一部分采用分立電路來實現，例如為了標識而采用通用EEPROM。但是，至今不存在以節省成本方式提供支持所有這些功能以及這里沒有列出的其它功能的統一裝置體系結構的任何收發信機。本發明的目的是提供一種通用且靈活的集成電路，它采用簡單存儲器映射體系結構和簡易串行通信機構來實現上述功能性的全部(或者任何子集)。
圖1示出典型的先有技術光纖收發信機的主要特征的示意表示。主電路1至少包含發射和接收機電路通路以及電源19和接地連接18。接收機電路通常包括接收機光學部件(ROSA)2，它包含機械光纖插孔以及光電二極管和前置放大器(preamp)電路。ROSA又連接到后置放大器(postamp)集成電路4，其功能是產生固定輸出擺幅數字信號，該信號經由RX+和RX-引腳17連接到外部電路。后置放大器電路通常還提供表明適當強度的光輸入是否存在的稱作信號檢測或信號丟失的數字輸出信號。作為引腳18上的輸出提供信號檢測輸出。發射電路通常由發射機光學部件(TOSA)3和激光驅動器集成電路5組成。TOSA包含機械光纖插孔以及激光二極管或LED。激光驅動器電路通常向激光器提供AC驅動和DC偏置電流。AC驅動器的信號輸入從TX+和TX-引腳12獲得。激光驅動器電路通常要求某些參數、如對于激光器的偏置電流(或輸出功率)電平和AC調制驅動的單獨工廠設置。這通常通過調整可變電阻器或設置工廠選擇電阻器7、9(即具有工廠選取的電阻值)來實現。另外，往往還需要偏置電流和調制的溫度補償。這個功能可集成到激光驅動器集成電路中，或者通過采用外部溫度敏感元件、如熱敏電阻6、8來實現。除了上述最基本功能之外，一些收發信機平臺標準還包括附加功能性。這種情況的實例是GBIC標準中所述的TX禁用13和TX故障14引腳。在GBIC標準中，TX禁用引腳允許發射機由主機裝置關斷，而TX故障引腳則是對于主機裝置的關于在激光器或關聯激光驅動器電路中存在某種故障狀況的指示器。除了這種基本描述之外，GBIC標準還包括一系列時序圖，描述這些控制如何起作用并且彼此交互以便實現重置操作及其它動作。當激光器電路中存在故障狀況時，這種功能性的大部分旨在阻止非眼睛安全的放射等級。這些功能可集成到激光驅動器電路本身中，或者集成在可選附加集成電路11中。最后，GBIC標準還需要EEPROM 10來存儲可經由包括時鐘15和數據16線路的串行接口(采用EEPROM產品的ATMELAT24C01A系列的串行接口來定義)讀出的標準化串行ID信息。作為機械光纖插孔的替代物，一些先有技術的收發信機采用屬于標準陽性光纖連接器的光纖尾纖。類似的原理顯然適用于僅實現完全收發信機功能的一半的光纖發射機或接收機。此外，不同的外部主機可能采用不同的通信協議進行通信。另外，這類不同的外部主機可能要求訪問與當前光電收發信機所提供的不同的存儲位置。因此，極希望提供一種具有上述附加功能性的光電收發信機，同時提供對板載功能性和診斷數據的附加訪問。
發明內容
本發明優選地實現為單片集成電路、有時稱作控制器，用于控制具有激光發射機和光電二極管接收機的收發信機。控制器包括存儲器，用于存儲與收發信機相關的信息；以及模數轉換電路，用于接收來自激光發射機和光電二極管接收機的多個模擬信號，把所接收的模擬信號轉換為數字值，并把數字值存儲在存儲器內的預定位置中。比較邏輯把這些數字值的一個或多個與極限值進行比較，根據比較產生標志值，以及把標志值存儲在存儲器內的預定位置中。控制器中的控制電路根據存儲器中存儲的一個或多個值來控制激光發射機的操作。提供串行接口以使主機裝置能夠對存儲器內的存儲單元進行讀取和寫入。控制器的多個控制功能和多個監測功能由主計算機通過訪問控制器中的相應存儲器映射位置來實施。
在一些實施例中，控制器還包括累計時鐘，用于產生與收發信機的累計操作時間對應的時間值，其中，所產生的時間值是經由串行接口可讀取的。
在一些實施例中，控制器還包括電源電壓傳感器，它產生與收發信機的電源電壓電平對應的功率電平信號。在這些實施例中，模數轉換電路配置成把功率電平信號轉換為數字功率電平值，以及把數字功率電平值存儲在存儲器內的預定功率電平位置。此外，控制器的比較邏輯可以可選地包括用于把數字功率電平值與功率(即電壓)電平極限值進行比較、根據數字功率電平信號與功率電平極限值的比較產生標志值以及把功率電平標志值存儲在存儲器內的預定功率電平標志位置的邏輯。要注意，電源電壓傳感器測量收發信機電源電壓電平，它不同于所接收光信號的功率電平。
在一些實施例中，控制器還包括溫度傳感器，它產生與收發信機的溫度對應的溫度信號。在這些實施例中，模數轉換電路配置成把溫度信號轉換為數字溫度值，以及把數字溫度值存儲在存儲器內的預定溫度位置。此外，控制器的比較邏輯可以可選地包括用于把數字溫度值與溫度極限值進行比較、根據數字溫度信號與溫度極限值的比較產生標志值以及把溫度標志值存儲在存儲器內的預定溫度標志位置的邏輯。
在一些實施例中，控制器還包括“加容限”電路，用于根據存儲器中存儲的調整值來調整控制電路產生的一個或多個控制信號。
根據本發明，提供一種光電收發信機。光電收發信機包括第一控制器集成電路(IC)和第二控制器IC。每個控制器IC包括邏輯、存儲器、接口和至少一個輸入端口。存儲器配置成存儲數字診斷數據。數字診斷數據的至少一部分是第一控制器IC和第二控制器IC公共的。接口電氣耦合到存儲器，并且配置用于把診斷數據傳遞給光電收發信機外部的主機。至少一個輸入端口電氣耦合到存儲器，并且配置成接收來自光電收發信機內的其它組件的診斷數據。這類其它組件優選地包括發射機光學部件(TOSA)、接收機光學部件(ROSA)、激光驅動器IC、后置放大器IC、雪崩光電二極管(APD)電源、熱電冷卻器(TEC)驅動器IC以及功率控制器。
在一個優選實施例中，接口為串行接口，例如I2C、2Wire(雙線)或MDIO串行接口。光電收發信機還可包括發射機光學部件(TOSA)、接收機光學部件(ROSA)、激光驅動器、后置放大器、雪崩光電二極管(APD)電源、熱電冷卻器(TEC)驅動器、功率控制器、前置放大器、激光波長控制器、模數轉換器、數模轉換器或者上述組件的任何組合。診斷數據優選地存儲在第一控制器IC和第二控制器IC中的不同存儲器映射位置。而且在一個優選實施例中，第一控制器IC的至少一個輸出端口電氣耦合到雪崩光電二極管(APD)電源以提供APD控制信號，并且耦合到激光驅動器IC以提供直流(DC)偏置控制信號。類似地，第二控制器IC的至少一個輸出端口優選地電氣耦合到激光驅動器IC以提供交流(AC)控制信號，并且耦合到熱電冷卻器(TEC)驅動器IC以提供TEC控制信號。
第一控制器IC優選地還包括至少一個輸入端口，它電氣耦合到雪崩光電二極管(APD)電源，以便接收光電二極管監測信號；后置放大器IC，以便接收所接收電力丟失(RxLOS)信號；以及激光驅動器IC，以便接收直流(DC)偏置信號和激光二極管監測信號。類似地，第二控制器IC優選地還包括至少一個輸入端口，它電氣耦合到雪崩光電二極管(APD)電源，以便接收光電二極管監測信號；激光驅動器IC，以便接收直流(DC)偏置監測信號和激光二極管監測信號；以及熱電冷卻器(TEC)驅動器IC，以便接收TEC溫度信號。
在使用中，第一控制器IC配置成控制提供給發射機光學部件(TOSA)的直流(DC)偏置電流，以及配置成控制提供給接收機光學部件(ROSA)的雪崩光電二極管(APD)功率。類似地，第二控制器IC配置成控制提供給發射機光學部件(TOSA)的交流(AC)電流，以及配置成控制發射機光學部件(TOSA)中的熱電冷卻器(TEC)。
根據本發明的另一個實施例，提供另一個光電收發信機，它包括光電發射機、光電接收機、激光驅動器、后置放大器以及第一和第二控制器IC。激光驅動器電氣耦合到光電發射機，而后置放大器則電氣耦合到光電接收機。第一控制器集成電路(IC)電氣耦合到激光驅動器。第一控制器IC配置成向激光驅動器提供直流(DC)偏置電流控制信號，從而使激光驅動器向光電發射機提供DC偏置電流。第二控制器IC電氣耦合到激光驅動器以便向激光驅動器提供交流(AC)電流控制信號，從而使激光驅動器向光電發射機提供AC電流。光電接收機優選地包括雪崩光電二極管(APD)。APD電氣耦合到與第一控制器IC電氣耦合的APD電源。第一控制器IC配置成向APD電源提供APD電源控制信號，從而使APD電源向APD提供APD電壓。光電發射機優選地包括熱電冷卻器(TEC)。TEC電氣耦合到與第二控制器IC電氣耦合的TEC驅動器。第二控制器IC配置成向TEC驅動器提供TEC控制信號，從而使TEC驅動器控制TEC。
因此，光電收發信機中的多個控制器IC向遠程主機提供對各控制器IC上的診斷數據的單獨訪問。這允許以不同方式預先配置成讀取不同控制器IC上的不同存儲器映射位置的主機獲得相同的診斷數據。此外，第一和第二控制器IC中的接口可配置成采用不同協議進行通信。這允許同一個光電收發信機與采用不同協議進行通信的主機配合使用，而無需對光電收發信機的任何重新設計或重新配置。
附圖簡介 通過以下結合附圖的詳細說明及所附權利要求書，本發明的其它目的和特征將更易于理解，附圖包括 圖1是先有技術的光電收發信機的框圖； 圖2是根據本發明的光電收發信機的框圖； 圖3是圖2的光電收發信機的控制器中的模塊的框圖； 圖4是根據本發明的另一個實施例的另一個光電收發信機的框圖；以及 圖5是圖4所示的第二控制器IC的更詳細框圖。
優選實施例的詳細說明 基于本發明的收發信機100如圖2和圖3所示。收發信機100包含接收機光學部件(ROSA)102和發射機光學部件(TOSA)103以及向外部世界傳遞高速電信號的關聯后置放大器104和激光驅動器105集成電路。但是，在這種情況中，其它所有控制和設置功能均采用稱作控制器IC的第三單片集成電路110來實現。
控制器IC 110處理與終端用戶的所有低速通信。它們包括標準化引腳功能，例如接收信號丟失(LOS)111、發射機故障指示(TX FAULT)14以及發射機禁用輸入(TXDIS)13。控制器IC 110具有又稱作存儲器接口的雙線串行接口121，用于訪問控制器中的存儲器映射位置。以下的存儲器映射表1、2、3和4是收發信機控制器的一個實施例的示范存儲器映射，在本發明的一個實施例中實現。注意，除了表示本文檔中所述的值和控制特征的存儲器映射之外，存儲器映射表1、2、3和4還表示本文檔的范圍以外的、因而不是本發明的組成部分的多個參數和控制機制。
接口121耦合到主機裝置接口輸入/輸出線，通常為時鐘(SCL)和數據(SDA)線路15和16。在優選實施例中，串行接口121根據還用于GBIC和SFP標準中的雙線串行接口標準工作，但是，其它串行接口同樣可良好地用于備選實施例。雙線串行接口121用于控制器IC 110的所有設置和查詢，以及允許對于作為存儲器映射裝置的光電收發信機的控制電路的訪問。也就是說，通過把值寫入控制器中的一個或多個非易失性存儲裝置120、122、128(例如EEPROM裝置)的預定存儲位置來設置表和參數，而診斷和其它輸出及狀態值則通過讀取相同非易失性存儲裝置120、121、122的預定存儲位置來輸出。這種技術符合許多收發信機的當前定義的串行ID功能性，其中雙線串行接口用來讀出EEPROM中存儲的標識和能力數據。
注意，存儲裝置120、122、128中的存儲位置的一部分是雙端口的，或者在一些情況中甚至是三端口的。也就是說，雖然這些存儲器映射位置可經由串行接口121被讀取以及在一些情況中被寫入，但它們也由控制器110中的其它電路直接訪問。例如，存儲器120中存儲的某些“加容限”值由邏輯134直接讀取并用來調整(按比例擴大或縮小)發送給D/A輸出裝置123的驅動電平信號。類似地，還有存儲于存儲器128中的標志，它們(A)由邏輯電路131寫入，以及(B)由邏輯電路133直接讀取。不是在存儲裝置中而是有效地配置了雙端口的存儲器映射位置的一個實例是時鐘132的輸出或結果寄存器。在這種情況中，寄存器中的累計時間值是經由串行接口121可讀取的，但由時鐘電路132中的電路寫入。
除了時鐘132的結果寄存器之外，控制器中的其它存儲器映射位置也可實現為控制器的相應子電路的輸入或輸出上的寄存器。例如，用來控制邏輯134的操作的加容限值可存儲在邏輯134之內或者附近的寄存器中，而不是存儲在存儲裝置128中。在另一個實例中，ADC 127產生的測量值可存儲在寄存器中。存儲器接口121配置成每當存儲器接口接收到訪問相應預定存儲器映射位置上存儲的數據的命令時，使存儲器接口能夠訪問這些寄存器中的每個。在這些實施例中，“存儲器中的位置”包括整個控制器上的存儲器映射寄存器。
在一個備選實施例中，時鐘132的結果寄存器中的時間值或者與那個時間值對應的值定期存儲在存儲器128的存儲位置中(例如這可能在裝置工作的每分鐘進行一次或者每小時進行一次)。在這個備選實施例中，主機裝置經由接口121所讀取的時間值是存儲到存儲器128中的最后時間值，與時鐘132的結果寄存器中的當前時間值相反。
如圖2和圖3所示，控制器IC 110具有到激光驅動器105和接收機組件的連接。這些連接提供多個功能。控制器IC具有多個D/A轉換器123。在優選實施例中，D/A轉換器實現為電流源，但在其它實施例中，D/A轉換器可能采用電壓源來實現，在又一些實施例中，D/A轉換器可能采用數字電位計來實現。在優選實施例中，D/A轉換器的輸出信號用來控制激光驅動器電路105的關鍵參數。在一個實施例中，D/A轉換器123的輸出用來直接控制激光器偏置電流以及控制對激光的電平AC調制(恒定偏置操作)。在另一個實施例中，除了AC調制電平之外，控制器110的D/A轉換器123的輸出還控制激光驅動器105的平均輸出功率的電平(恒定功率操作)。在又一個實施例中，控制器110的D/A轉換器123的輸出用來控制激光器偏置電流以及控制雪崩光電二極管(APD)的偏置。
在一個優選實施例中，控制器110包括補償激光器的溫度相關特性的機制。這在控制器110中通過采用用于把值分配給控制輸出作為控制器IC 110中的溫度傳感器125所測量的溫度的函數的溫度查找表122來實現。在備選實施例中，控制器110可采用具有電壓源輸出的D/A轉換器，或者甚至可采用數字電位計來替換D/A轉換器123的一個或多個，以便控制激光驅動器105的特性。還應當注意，雖然圖2表示其中激光驅動器105具體設計成接收來自控制器110的輸入的系統，但是也能夠采用具有許多其它激光驅動器IC的控制器IC 110來控制其輸出特性。
除了溫度相關模擬輸出控制之外，控制器IC還可配備多個溫度無關(一個存儲器設置值)模擬輸出。這些溫度無關輸出提供許多功能，但是一個特別受關注的應用是作為對于激光驅動器105或后置放大器104的其它設定的微調，以便補償那些裝置的特性的過程引入變化。這種情況的一個實例可能是接收機后置放大器104的輸出擺幅。這種參數通常在設計時通過使用設置電阻器來固定為預期值。但是常常發現，與后置放大器集成電路104的制作關聯的常規過程變化引入以固定設置電阻器所得輸出擺幅的不希望的變化。采用本發明，附加D/A轉換器123所產生的控制器IC 110的模擬輸出用于在制造設置時逐個部分地調整或補償輸出擺幅設定。
除了從控制器到激光驅動器105的連接之外，圖2還示出從激光驅動器105到控制器IC 110的多個連接，以及從ROSA 106和后置放大器104到控制器IC 110的類似連接。它們是控制器IC 110用于經由控制器IC中的存儲器映射位置向主機裝置提供診斷反饋的模擬監測連接。優選實施例中的控制器IC 110具有多個模擬輸入。模擬輸入信號表明收發信機和/或接收機電路的工作條件。這些模擬信號由復用器124進行掃描，并采用模數轉換器(ADC)127進行轉換。ADC 127在優選實施例中具有12位分辨率，但具有其它分辨率等級的ADC可用于其它實施例中。已轉換值存儲在預定存儲位置、例如在圖3所示的診斷值和標志存儲裝置128中，并且是主機裝置經由存儲器讀取可訪問的。這些值被校準到標準單位(例如毫伏或微瓦)，作為工廠校準程序的一部分。
控制器IC內的存儲器映射位置中存儲的數字化量包括但不限于激光器偏置電流、發射激光功率以及接收功率(由ROSA 102中的光電二極管檢測器測量)。在存儲器映射表(例如表1)中，所測量的激光器偏置電流表示為參數Bin，所測量的發射激光功率表示為Pin，以及所測量的接收功率表示為Rin。存儲器映射表表明在一個示范實現中這些測量值存儲在其中的存儲位置，并且還表示相應極限值、標志值和配置值(例如用于表明標志的極性)所存儲的位置。
如圖3所示，控制器110包括電源電壓傳感器126。這個傳感器產生的模擬電壓電平信號由ADC 127轉換為數字電壓電平信號，以及數字電壓電平信號存儲在存儲器128中。在一個優選實施例中，A/D輸入復用器124和ADC 127通過時鐘信號來控制，以便把被監測信號自動地定期轉換為數字信號，以及把那些數字值存儲在存儲器128中。
此外，當產生數字值時，控制器的值比較邏輯131比較這些值與預定極限值。極限值優選地在工廠中存儲在存儲器128中，但是，主機裝置可采用新的極限值改寫原始編程的極限值。每個被監測信號自動與下限和上限值進行比較，從而引起兩個極限標志值的產生，它們然后被存儲在診斷值和標志存儲裝置128中。對于其中不存在有意義的上限或下限的任何被監測信號，對應極限值可設置為決不會使相應標志被設置的值。
極限標志有時又稱作告警和警告標志。主機裝置(或終端用戶)可監測這些標志，以便確定是否存在可能導致收發信機鏈路出故障的條件(告警標志)或者是否存在預測不久很可能出故障的條件。這類條件的實例可能是已經下降為零的激光器偏置電流，它指示發射機輸出的即時故障，或者可能是超過其標稱值50％以上的恒定功率模式中的激光器偏置電流，它是激光器壽命終止條件的指示。因此，自動生成的極限標志是有用的，因為它們根據內部存儲的極限值提供對收發信機功能性的簡易合格-故障判定。
邏輯131優選地包括用于執行控制功能的多個狀態機，它們需要執行操作序列，例如把溫度傳感器讀數轉換為索引值以及采用圖3未示出的連接把那個索引值傳遞給溫度查找表122。ADC127進行的模數轉換、信號與極限值的比較以及極限標志的產生也部分由邏輯131中的狀態機處理。邏輯131中的狀態機經過配置，以便定期重復控制器110的所有基本操作。
在一個優選實施例中，故障控制和邏輯電路133對告警和警告標志以及內部LOS(信號丟失)輸入和故障輸入信號進行邏輯“或”，以便產生二進制收發信機故障(TxFault)信號，它被耦合到主機接口，因而使主機裝置可用。主機裝置可編程為監測TxFault信號，以及通過自動讀取收發信機中的所有告警和警告標志以及相應的被監測信號來響應TxFault信號的斷言，以便確定告警或警告的原因。
故障控制和邏輯電路133此外還向主機接口傳遞從接收機電路(ROSA，圖2)接收的信號丟失(LOS)信號。
故障控制和邏輯電路133的另一個功能是在需要確保眼睛安全時禁用發射機(TOSA，圖2)的操作。在激光驅動器的狀態與Tx禁用輸出之間存在標準定義的交互，它由故障控制和邏輯電路133來實現。當邏輯電路133檢測到可能導致眼睛安全風險的問題時，通過激活控制器的Tx禁用信號來禁用激光驅動器。主機裝置可通過在主機接口的TxDisableCmd線上發送命令信號來重置這種條件。
故障控制和邏輯電路133的又一個功能是根據存儲器128中存儲的一組配置標志來確定其輸入和輸出信號的極性。例如，電路133的信號丟失(LOS)輸出可能是邏輯低電平或者邏輯高電平信號，由存儲器128中存儲的相應配置標志來確定。
存儲器128中存儲的其它配置標志(參見表4)用來確定警告和告警標志中每一個的極性。在把每個被監測模擬信號轉換為數字值時，存儲器128中存儲的其它配置值用來確定ADC 127應用的定標。
在一個備選實施例中，在主機接口上的對控制器102的另一個輸入是速率選擇信號。在圖3中，速率選擇信號輸入到邏輯133。這個主機生成信號通常是指定要由接收機(ROSA 102)接收的數據的預計數據速率的數字信號。例如，速率選擇信號可能具有兩個值，表示高和低數據速率(例如2.5Gb/s和1.25Gb/s)。控制器通過產生把模擬接收機電路設置為對應于速率選擇信號所指定的值的帶寬的控制信號，來響應速率選擇信號。
圖4是根據本發明的另一個實施例的另一個光電收發信機400的框圖。光電收發信機400優選地包含在單個外殼401中。光電收發信機400包括光電接收機和光電發射機。光電接收機優選地組成接收機光學部件(ROSA)402的一部分，而光電發射機優選地組成發射機光學部件(TOSA)404的一部分，如上所述。
在一個優選實施例中，光電接收機是雪崩光電二極管(APD)406。APD是光電二極管，它通過結區的載流子的雪崩倍增呈現光電流的內部放大。這種放大要求通常在大約30V-70V的范圍內的較高電源電壓，在圖4中表示為APD電壓。這個電壓通過隔離APD電源410提供給APD。光電接收機還耦合到后置放大器412，如上所述。
ROSA 402中的光電接收機所接收的光信號沿著圖4中表示為數據+/數據-的接收功率連接傳送到后置放大器412。后置放大器412產生固定輸出擺幅數字信號，它經由RX+和RX-連接被連接到遠程主機，如上所述。
光電發射機優選地是LED或激光二極管405，并且電氣耦合到激光驅動器414。在使用中，TOSA 404中的光電發射機沒有被接通和斷開，而是在門限電流之上在高與低電平之間進行調制。圖4中表示為DC偏置的這個門限電流或DC偏置電流從激光驅動器414提供給TOSA 404。圖4中表示為輸出+/輸出-的調制電流或AC電流也從激光驅動器414提供給光電發射機。DC偏置電流的電平經過調整，以便保持適當的激光器輸出(即保持光電發射機指定或預定的光輸出功率的平均電平)以及補償溫度和電源電壓的變化。在使用中，主機經由TX+和TX-連接向激光驅動器414傳送信號輸入TX+和TX-，如上所述(但圖4中未示出)。
在一個優選實施例中，熱電冷卻器(TEC)408設置在TOSA 404中，以便驅散來自光電發射機的熱量，或者更一般地說是調節光電發射機405的溫度。TEC 408電氣耦合到TEC驅動器416并由其控制。
另外，一些光電收發信機還包括TOSA 404中的輸出功率監測器403，它監測從光電發射機輸出的能量。輸出功率監測器403優選地是激光器封裝中的光電二極管，它測量從激光二極管405的背小面發出的光。一般來說，激光二極管的背小面所產生的、由輸出功率信號所表示的光功率的大小與激光二極管405的前或主小面輸出的光功率成正比。背小面光功率與前小面光功率之比K對于不同的激光二極管不同，即使在相同類型的激光二極管之間。這個比率在裝置設置和校準期間確定。圖4中表示為LD功率的輸出功率監測信號從TOSA 404中的輸出功率監測器403提供給兩個控制器IC 418和420。
光電收發信機400還包括至少兩個控制器集成電路(IC)418和420。第一控制器IC 418優選地配置成控制提供給TOSA404的DC偏置電流以及控制提供給APD 406的電壓。第二控制器IC420優選地配置成控制提供給TOSA 404的AC電流以及控制TEC408。另外，第一以及第二控制器IC優選地配置成從各個光電收發信機組件收集診斷數據，存儲這種診斷數據，以及把這種診斷數據提供給遠程主機(未示出)。
第一控制器IC 418與以上對于圖2和圖3所述的控制器IC 110相同。如圖3所示，第一控制器IC 418包括內部模數轉換電路124(圖3)和數模轉換電路123(圖3)。因此，第一控制器IC 418能夠接收和發送模擬以及數字信號。雖然第一控制器48優選地與如上所述的控制器IC 110相同，但是在這個實施例中，其D/A轉換器之一的輸出用來控制雪崩光電二極管406的電源410。
第二控制器IC 420優選地包括與第一控制器IC 418相同的許多組件，其中的主要差別在于，第二控制器IC 420具有執行已存儲程序的中央處理器(CPU)502(圖5)，而不是第一控制器IC 418的固定邏輯和狀態機。這個第二控制器420的CPU 502比第一控制器IC 418的更有限狀態機邏輯更好地適合于控制TEC(即產生TEC控制信號，以便把TOSA 404中的溫度保持在指定目標溫度)。圖5是圖4所示的第二控制器IC 420的更詳細框圖。第二控制器IC 420包括CPU 502，如前面所述；至少一個輸入端口504；至少一個輸出端口；通用非易失性存儲器，例如EEPROM或FLASH，與上述EEPROM 120(圖3)相似；診斷值和標志存儲裝置508，與上述存儲裝置128(圖3)相似；以及串行接口430，與上述串行接口121(圖3)相似。
如果第一控制器IC 418或第二控制器IC 420沒有足夠的內部靜態數模或模數轉換器，則可提供外部轉換器。在一個實施例中，輸出可采用脈寬調制(PWM)來實現，它是一種用于以處理器的數字輸出控制模擬電路的強大技術。
回到圖4，第一控制器IC 418優選地包括多個輸入端口124(圖3)。這些輸入端口優選地電氣耦合到APD電源410、后置放大器412和激光驅動器414。在這些輸入端口接收的輸入信號包括來自APD電源的光電二極管監測信號(PD監測)；來自后置放大器412的接收功率丟失(RxLOS)信號；以及來自激光驅動器的DC偏置監測信號(DS偏置)和激光二極管監測信號(LD監測)。光電二極管監測信號(PD監測)是接收功率的指示。接收功率丟失(RxLOS)信號是光電接收機沒有接收輸入光信號或者沒有起作用的指示。DC偏置監測信號(DC偏置)是提供給光電收發信機的DC偏置功率的指示。激光二極管監測信號(LD監測)是輸出功率監測器403所檢測的光電發射機功率的指示。
第一控制器IC 418還優選地包括多個輸出端口123(圖3)。輸出端口優選地電氣耦合到APD電源410和激光驅動器414。從這些輸出端口提供的輸出信號優選地包括提供給APD電源410的APD控制信號(APD控制)以及提供給激光驅動器414的DC偏置控制信號(DC偏置控制)。APD控制信號(APD控制)用來控制APD電源、因而控制提供給APD 406的電壓，而DC偏置控制信號(DC偏置控制)則用來控制激光驅動器414、因而控制提供給光電發射機的DC偏置電流。
第二控制器IC的輸入端口504(圖5)電氣耦合到APD電源410、激光驅動器414和TEC 408。在這些輸入端口接收的輸入信號包括來自APD電源的光電二極管監測信號(PD監測)；來自激光驅動器的DC偏置監測信號(DS偏置)和激光二極管監測信號(LD監測)；以及來自TEC的TEC溫度(TEC溫度)。光電二極管監測信號(PD監測)是接收功率的指示。DC偏置監測信號(DC偏置)是提供給光電收發信機的DC偏置電流的指示。激光二極管監測信號(LD監測)是輸出功率監測器403所檢測的光電發射機功率的指示。TEC溫度(TEC溫度)是TEC的溫度的指示。
第二控制器IC的輸出端口506(圖5)優選地電氣耦合到激光驅動器414和TEC驅動器416。從這些輸出端口提供的輸出信號優選地包括提供給激光驅動器414的AC控制信號(AC控制)以及提供給TEC驅動器416的TEC控制信號(TEC控制)。AC控制信號(AC控制)用來控制激光驅動器向光電發射機提供已調制AC電流。TEC控制信號(TEC控制)用來控制TEC驅動器416，因而控制TEC 408本身。第二控制器IC的CPU 502執行控制軟件，以便控制TEC 408，以便保持TOSA 404中的指定或目標溫度。CPU 502執行的控制軟件可采用TEC溫度反饋信號作為控制反饋信號，來實現用于控制TEC408的傳統PID控制環路。
由于在一個實施例中，第二控制器IC 420沒有包括足夠的內部模數和數模轉換器，因此，在第二控制器IC 420的外部優選地提供模數轉換器(ADC)422和數模轉換器(DAC)424。在DC偏置監測信號(DC偏置監測)和光電二極管監測信號(PD監測)進入第二控制器IC 420之前，ADC 422把這些信號從模擬信號轉換為數字信號。類似地，在數字AC控制信號到達激光驅動器414之前，DAC 424把該信號轉換為模擬等效信號。在備選實施例中，模數和數模轉換功能中的部分或全部在第二控制器IC 420中內部執行。
與包括其自己的內部溫度傳感器125(圖3)的第一控制器IC 418不同，第二控制器IC 420優選地從外部熱敏電阻426獲取光電收發信機400的溫度。在一個備選方案中，第二控制器IC 420包括內部溫度傳感器。
在使用中，第二控制器IC 420按照以下方式控制提供給TOSA 404的TEC驅動器。來自熱敏電阻426的溫度通過第二控制器IC 420中的ADC通道來讀取。第二控制器IC 420中的CPU502(圖5)則采用以軟件實現的數字伺服系統來計算TEC驅動命令，并采用用作一種DAC的脈寬調制來輸出TEC控制信號(TEC控制)。TEC驅動器416接收這個作為電壓的TEC控制信號，并相應地驅動TEC。在一個實施例中，控制激光器溫度的數字伺服系統采用非易失性存儲器500(圖5)中存儲的命令值、伺服增益設定和極限設定來產生TEC控制信號。
從第一和第二控制器IC中的輸入接收的數據優選地分別存儲在診斷值和標志存儲存儲器128(圖3)和508(圖5)中。在一個優選實施例中，第一控制器IC 418存儲電源電壓(Vcc)、內部溫度、DC偏置電流/功率、發射電流/功率、接收電流/功率等的值。類似地，在一個優選實施例中，第二控制器IC 418存儲電源電壓(Vcc)、熱敏電阻426所測量的溫度、DC偏置電流/功率、發射電流/功率、TEC溫度/負荷等的值。因此，同樣的診斷數據的一部分存儲在第一和第二控制器IC中。這種冗余度具有許多好處，下面將進行描述。
第一和第二控制器IC還優選地經由電源電壓Vcc耦合到電源。此外，第一和第二控制器IC 418和420各包括相應的接口428和430，以便與遠程主機(未示出)通信。接口428與上述接口121(圖3)相似。這個接口優選地是串行接口，例如I2C(IC間)、雙線或MDIO總線。I2C總線為雙向雙線串行總線，它提供集成電路之間的通信鏈路。MDIO總線是IEEE 802.3規范描述的管理數據輸入/輸出總線。或者，其它任何適當的串行接口也可同樣使用。
另外，第一和第二控制器IC優選地具有不同的串行裝置地址，在一個優選實施例中由A0和A2表示。這樣，主機可獨立地分開訪問這些控制器IC的每個。各控制器中的存儲器映射位置被映射到通過連接指定控制器的裝置地址和指定控制器之一中的存儲器映射位置的子裝置地址所形成的地址。主機裝置通常預先配置成讀取特定的存儲器映射位置以便獲取特定診斷數據。但是，不同的主機可預先配置成讀取不同的存儲器映射位置來獲取相同的診斷數據。但是，包括兩個控制器IC允許相同的診斷數據存儲在完全不同的存儲器映射位置中。這允許以不同方式預先配置成讀取不同控制器IC上的不同存儲器映射位置的主機獲得相同的診斷數據。在一個實施例中，兩個控制器IC上的存儲器映射位置模擬兩個不同的主機配置，對兩個控制器IC的每個具有不同的存儲器映射。在另一個實施例中，兩個控制器IC具有不同的裝置地址，但在兩個控制器IC中具有相同的存儲器映射(對于主機可訪問位置)。
在又一個實施例中，第一和第二控制器IC中的接口428和430可分別采用不同的通信協議進行通信。這允許同一個光電收發信機與采用不同協議進行通信的主機配合使用。例如，在第一系統配置中，第一主機可采用第一通信協議來訪問第一控制器IC 418上的診斷信息，而在第二系統配置中，第二主機可采用第二通信協議來訪問第二控制器IC 420上相同的診斷信息。這允許同一個光電收發信機用于兩種系統中，而無需對光電收發信機使用的通信協議的任何重新設計或重新配置。
雖然上述所有功能的組合在這個收發信機控制器的優選實施例中是符合要求的，但是，本領域的技術人員應當清楚，僅實現這些功能的子集的裝置也具有極大用途。類似地，本發明也適用于發射機和接收機，因而不只是適用于收發信機。應當指出，本發明的控制器適合于多信道光鏈路的應用。還應當理解，雖然本文中描述了兩個控制器IC，但是，一個以上的任何數量的控制器IC可用來提供上述功能性。最后，術語“控制器IC”的使用不是意在把控制器IC限制為執行控制功能。
表1收發信機控制器的存儲器映射
表2詳細存儲器描述-A/D值和狀態位
表3詳細存儲器描述-告警和警告標志位
表4
權利要求
1.一種光電收發信機，包括第一控制器集成電路(IC)和第二控制器IC，各包括邏輯部件；配置成存儲數字診斷數據的存儲器，其中所述數字診斷數據的至少一部分是所述第一控制器IC和所述第二控制器IC公共的；接口，電氣耦合到所述存儲器，并且配置用于把所述診斷數據傳遞給所述光電收發信機外部的主機；以及至少一個輸入端口，電氣耦合到所述存儲器，并且配置成接收來自所述光電收發信機內的其它組件的所述診斷數據。
2.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述接口是串行接口。
3.如權利要求2所述的光電收發信機，其特征在于，所述串行接口是從包括I2C串行接口、2Wire串行接口和MDIO串行接口的組中選取的。
4.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述其它組件是從包括發射機光學部件(TOSA)、接收機光學部件(ROSA)、激光驅動器IC、后置放大器IC、雪崩光電二極管(APD)電源、熱電冷卻器(TEC)驅動器IC以及功率控制器IC中至少一項的組中選取的。
5.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，還包括從包括下列各項的組中選取的附加組件發射機光學部件(TOSA)、接收機光學部件(ROSA)、激光驅動器、后置放大器、雪崩光電二極管(APD)電源、熱電冷卻器(TEC)驅動器、功率控制器、前置放大器、激光波長控制器、模數轉換器、數模轉換器或者上述組件的任何組合。
6.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述診斷數據存儲在所述第一控制器IC中和所述第二控制器IC中的不同存儲器映射位置。
7.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第一控制器IC的所述至少一個輸出端口電氣耦合到雪崩光電二極管(APD)電源，以便提供APD控制信號；以及激光驅動器IC，以便提供直流(DC)偏置控制信號。
8.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC的所述至少一個輸出端口電氣耦合到激光驅動器IC，以便提供交流(AC)控制信號；以及熱電冷卻器(TEC)驅動器IC，以便提供TEC控制信號。
9.如權利要求7所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC經由數模轉換器向所述激光驅動器IC提供所述AC控制信號。
10.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第一控制器IC還包括至少一個輸入端口，它電氣耦合到雪崩光電二極管(APD)電源，以便接收光電二極管監測信號；后置放大器IC，以便接收所接收電力丟失(RxLOS)信號；以及激光驅動器IC，以便接收直流(DC)偏置信號和激光二極管監測信號。
11.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC還包括至少一個輸入端口，它電氣耦合到雪崩光電二極管(APD)電源，以便接收光電二極管監測信號；激光驅動器IC，以便接收直流(DC)偏置監測信號和激光二極管監測信號；以及熱電冷卻器(TEC)驅動器IC，以便接收TEC溫度信號。
12.如權利要求10所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC經由模數轉換器接收所述光電二極管監測信號和所述DC偏置監測信號。
13.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC電氣耦合到設置在所述光電收發信機內的熱敏電阻。
14.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第一和第二控制器IC電氣耦合到電源。
15.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第一控制器IC配置成控制提供給發射機光學部件(TOSA)的直流(DC)偏置電流。
16.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第一控制器IC配置成控制提供給接收機光學部件(ROSA)的雪崩光電二極管(APD)功率。
17.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC配置成控制提供給發射機光學部件(TOSA)的交流(AC)電流。
18.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第二控制器IC配置成控制發射機光學部件(TOSA)中的熱電冷卻器(TEC)。
19.如權利要求1所述的光電收發信機，其特征在于，所述第一控制器IC的邏輯部件包括多個狀態機，以及所述第二控制器IC的邏輯部件包括執行所存儲程序的處理器。
20.一種光電收發信機，包括光電發射機；光電接收機；激光驅動器，電氣耦合到所述光電發射機；后置放大器，電氣耦合到所述光電接收機；電氣耦合到所述激光驅動器的第一控制器集成電路(IC)，其中，所述第一控制器IC配置成向所述激光驅動器提供直流(DC)偏置電流控制信號，使所述激光驅動器向所述光電發射機提供DC偏置電流；第二控制器IC，電氣耦合到所述激光驅動器，以便向所述激光驅動器提供交流(AC)電流控制信號，使所述激光驅動器向所述光電發射機提供AC電流。
21.如權利要求20所述的光電收發信機，其特征在于，所述光電接收機包括雪崩光電二極管(APD)，其中，所述APD電氣耦合到與所述第一控制器IC電氣耦合的APD電源，以及所述第一控制器IC配置成向所述APD電源提供APD電源控制信號，使所述APD電源向所述APD提供APD電壓。
22.如權利要求20所述的光電收發信機，其特征在于，所述光電發射機包括熱電冷卻器(TEC)，其中，所述TEC電氣耦合到與所述第二控制器IC電氣耦合的TEC驅動器，所述第二控制器IC配置成向所述TEC驅動器提供TEC控制信號，使所述TEC驅動器控制所述TEC。
全文摘要
光電收發信機包括第一和第二控制器IC。每個控制器IC包括邏輯、存儲器、接口和至少一個輸入端口。每個存儲器配置成存儲數字診斷數據，并且具有唯一順序裝置地址，以便允許主機分開且獨立地訪問這些控制器IC中的每個。數字診斷數據的至少一部分是第一控制器IC和第二控制器IC公共的。包括兩個控制器IC允許相同的診斷數據存儲在完全不同的存儲器映射位置中。這允許以不同方式預先配置成讀取不同存儲器映射位置或不同控制器IC的主機獲得相同的診斷數據。
文檔編號H04B10/06GK1846377SQ200480025341
公開日2006年10月11日 申請日期2004年6月30日 優先權日2003年7月8日
發明者L·G·霍斯金, J·斯圖爾特, A·侯 申請人:菲尼薩公司