專利名稱：用于光器件的加強接收信號功率指示器及使用方法
技術領域：
本發明通常涉及光收發器，光數據通信和網絡技術領域。更具體地說，本發明的實施例適用于監控包括光發射器和收發器在內的光器件的方法，架構，電路和/或系統。
背景技術：
如圖1所示，無源光網絡(PON)IOO規定了中心局和一個或多個用戶間的數據光通信。通常，所述中心局包含光線路終端(OLT) 105或光收發器，用于通過0LT105和用戶節點(比如，125a, 125b,…或125n)間的光纖介質發送和接收光數據。所述光纖介質發送和接收光數據利用了通常被稱為光網絡單元(ONU)或光網絡終端(ONT)的收發器。在光網絡100中，0LT105和0NU125a_n試圖使它們各自的收發器在穩定的功率水平上發射光信號。但是，除(I)所述收發器間的距離和(2)所述收發器和網絡100中元件的正常工作之外，還存在可導致0LT105或0NU125的接收器110，130接收的光信號功率水平各自變化的因素。通過舉例說明，但非限制性的，某些鏈路損耗的原因包括發射器運行的變化，中介元件140的存在(比如，線纜，分光器，耦合器)和拼接片的使用。比如，鏈路損耗可能是由0LT105和0NU125a-n接收的光信號功率水平的變化導致的。如果0LT105和/或0NU125a-n以錯誤的功率水平接收光信號(比如，過高或過低)，數據就不能正確地行進通信或處理。為確保通信正確和/或穩定，就必須確保輸入光信號的功率水平保持在0LT105和0NU125接收器的動態范圍內。被0LT105和/或0NU125a_n錯誤檢測和/或處理的光信號會導致接收器電路110，130a-n錯誤處理接收的數據。提高信號的增益可以改善光信號的檢測和/或處理和/或接收的數據的準確性。但是，大信號不需要大增益；事實上，提升強信號的增益是不合適的，因為可能在隨后信號處理階段中導致飽和現象的出現。為了確定光收發器是否在正確運行，就必須對光信號的各種運行參數進行監控。在光收發器中，輸入和/或輸出功率的檢測可實現用戶對收發器信息的監控并確保適當的性能和正常的運行。但是，對接收信號強度的測量必須較快執行。確定接受信號強度的傳統功率測量電路會相對較慢，且它的準確度會在如低電流和/或短光數據傳輸時間范圍的實例中降低。而且，任何添加到光電二極管電源的濾光器都可減慢功率測量電路的反映時間。典型的功率測量電路還趨向于線性的，并因此，可具有有限的動態范圍。本“背景技術”部分僅用于提供背景信息。“背景技術”的陳述并不意味著本“背景技術”部分的主旨構成了本發明了現有技術，并且本“背景技術”的任何部分，包括本“背景技術”本身，都不用于構成本發明現有技術。
發明內容
本發明的實施例適用于與監控包含光發射器和收發器在內的光器件和/或與其通信的方法，架構，電路，點收發器和/或接收器和/或系統。在一個實施例中， 本電路可包含光電二極管(PD)，用于生成與光信號對應第一電流，電流鏡，用于生成等于所述第一電流或與其成比例的第二電流，和非線性元件，用于根據所述第二電流生成第一電壓。在不同的實施例中，所述非線性元件可包含對數放大器，增益放大器，第一二極管，分段線性放大器，或分段非線性電阻器。所述分段非線性電阻器可包含第一和第二電阻式分段。所述第一電阻式分段通常包含第一電阻器，且所述第二電阻式分段可包含第二電阻器和二極管。所述分段非線性電阻器還可包含額外的電阻式分段，包含一個或多個電阻器和/或二極管。或者，所述非線性元件包含無源非線性元件和運算放大器(op amp)。在其他實施例中，所述電路還可包含跨阻放大器和/或射頻探頭。本電路的另一個實施例可包含光電二極管，用于生成(i)電信號和(ii)與光信號對應的第一電流，非線性元件，其耦合至所述光電二極管并用于生成與所述第一電流成比例的第一電壓，和第一放大器，用于放大所述電信號。在一個實施例中，所述非線性元件包含耦合至所述光電二極管一端的無源非線性器件和運算放大器。所述運算放大器用于檢測貫穿所述無源非線性器件的電壓差(比如，從所述無源非線性器件的第一端接收第一輸入和從所述無源非線性器件的第二端接收第二輸入)。在各種實施例中，所述無源器件包含二極管，及可選的電阻器。在其他實施例中，所述第一放大器可包含跨阻放大器和/或射頻探頭。本發明還涉及光收發器，包含光接收器，用于接收光信息，上述電路中的一個，和邏輯電路，用于根據(i )所述第一電壓和(i i )第二電壓來確定或計算信號強度值和/或鏈路預算。其中，所述第二電壓位于直接和/或間接從光電探測器接收電信號的放大器的輸出上。本發明還涉及監控一個或多個光收發器的方法。該方法包括接收和/或發送一個或多個光信號，轉換所述光信號為第一電流，利用非線性元件將所述第一電流轉換為第一電壓，和計算接收信號強度，動態范圍和/或基于所述第一電壓的鏈路預算。在另一個實施例中，所述方法還可包含將與接收信號強度，動態范圍或鏈路預算相關的標記和/或狀態發射到網絡或主機。本發明的實施例有益地提供了能夠產生寬動態范圍的電路和一種光和/或光電接收器和/或收發器。所述寬動 態范圍用于成功接收和處理光信號和/或快速評估和/或確定接收光信號強度指示(RSSI)和/或鏈路預算(比如，作為數字診斷檢測接口 [DDMI])。文中所披露的各種實施例和/或例子都可與其他實施例和/或例子組合，只要這樣的組合是適宜，有必要或有利的。本發明的優點將會通過以下各實施例的描述展現。
圖1所示為無源光網絡。圖2A所示為與本發明實施例相關的第一典型電路。圖2B的圖表所示為圖2A第一典型電路生成的典型電壓反饋(作為電流的函數)。圖2C所示為與本發明實施例相關的典型非線性元件，包含分段線性增益放大器。圖2D的圖表所示為圖2A和2C典型電路生成的典型電壓反饋(作為電流的函數)。圖3A所示為與本發明實施例相關的第二典型電路。圖3B的圖表所示為圖3A第二典型電路生成的典型電壓反饋(作為電流的函數)。圖4A所示為與本發明實施例相關的第三典型電路。
圖4B的圖表所示為圖4A第三典型電路生成的典型電壓反饋(作為電流的函數)。圖4C所示為與本發明實施例相關的又一個分段非線性電阻器。圖5所示為與本發明實施例相關的第四典型電路。圖6所示為與本發明實施例相關的第五典型電路。圖7A所示為與本發明實施例相關的第五典型光收發器。圖7B所示為與本發明實施例相關的第二典型光收發器。圖8的流程圖所示為與本發明實施例相關的監控光收發器一個或多個光信號的典型方法。
具體實施例本發明的各種實施例都會有詳細的參照。參照的例證會在附圖中得到闡釋。本發明會用隨后的實施例說明， 但本發明不僅限于這些實施例的說明。相反的，本發明還意欲涵蓋，可能包括在由附加權利要求規定的本發明的主旨和范圍內的備選方案，修訂條款和等同個例。而且，在下文對本發明的詳細說明中，指定了很多特殊細節，以便對本發明的透徹理解。但是，對于一個所屬技術領域的專業人員來說，本發明沒有這些特殊細節也可以實現的事實是顯而易見的。在其他實例中，都沒有詳盡說明公認的方法，程序，部件和電路，以避免本公開的各方面變得含糊不清。而且，本文件中披露的所有特征，措施或過程，除相互排斥的特征和/或過程外，都可以任何可能的方式和組合結合。除非另有說明，否則任何本說明書中披露的特征，權利要求，摘要和附圖都可用其他等價的特征或具有類似目的，目標和/或功能的特征替換。每個特征通常都只是文中公開的本發明的一個實施例。隨后的一部分詳細說明需要用到過程，程序，邏輯塊，功能塊，處理，和其他代碼上的操作符號來表示，數據位，或計算機，處理器，控制器和/或存儲器中的數據流方面的術語。數據處理技術領域的專業人員通常用這些說明和表述來把他們工作的實質有效地傳達給所屬技術領域的其他專業人員。此處的，過程，程序，邏輯塊，功能，方法等等通常都被看作導向期望的和/或預期的結果的步驟或指令中的繼發事件。步驟通常包括物理數量的物理操作。雖然未必，但這些數量通常以在計算機或數據處理系統中的電子，磁力，光，或存儲的，轉移的，組合的，對照的量子信號及其他被操控的形式表現。對普通用途而言，事實證明，參考這些信號，如位，流，值，要素，符號，特征，項，數字或類似的事物，和它們在計算機程序或軟件中的表現形式，如代碼(可以是目標代碼，源代碼或二進制代碼)給這類說明和表述帶來了便利。不管怎樣，我們都應該考慮到所有這些及類似的術語都與適當的物理量和/或信號有關，并且它們僅僅是適用于這些量和/或信號的符號而已。除非有特別說明和/或否則就如下所述一樣顯而易見，用貫穿本申請的論述術語諸如“處理”，“操作”，“處理”，“計算”，“判定”，“操縱”，“轉化”或者諸如此類的涉及電腦或數據處理系統的動作或步驟，或類似裝置(如，電氣，光學或量子計算，處理裝置或電路)來處理或轉換數據表示物理量(如，電子)都是允許的。這類術語涉及，在電路，系統或構造(比如，寄存器，存儲器，其他這樣的信息存儲，傳輸或顯示裝置等等)的部件范圍內，把物理量處理或轉換成在相同或者不同系統或構造的其他部件范圍中類似的物理量。
同樣地，為了方便起見，雖然術語“光信號”和“光”通常是可交換的并且可以交替使用，且使用這些術語中任何一個也就涵蓋了其他，除非上下文清楚地在其它方面做出了說明。同樣，除非文中另有說明，否則為了簡便，術語“光學的”和“光電的”，“光學器件”，“光電器件”；“發送器”和“收發器”；“接收器”和“收發器”都可以交替使用。并且，為了簡便，術語“連接到”，“與…耦合”，“耦合到”和“與…通信”可能會交替使用(指間接或者直接的連接，聯結或相通，除非文中另有清晰的說明)，但是賦予他們的含義通常是在此類技術上公認的。本發明的所有優點都會通過下文中對各個實施例的詳細描述得到體現。下面將結合典型實施例對本發明進行詳細的說明。一種典型電路
首先，在本發明中，所述電路可包含光電二極管，用于生成與光信號相對應的第一電流，電流鏡，用于生成與所述第一電流相等或成比例的第二電流，和非線性元件，其用于根據所述第二電流生成第一電壓。圖2A舉例說明了與本發明相關的典型電路200。電路200可構成光接收器和/收發器元件和/或所述電路的一部分。電路200包含光電二極管(PD) 210，電流鏡(CM) 220，非線性元件240，和放大器230。PD210可包含P型/本征/n型(PIN) 二極管，雪崩二極管或任何其他用于接收光信號并轉換接收光信號到電信號的元件或器件。CM220包含電路，用于在另一節點215 (比如，ICM)復制和/或重復第一電流(比如，IPD)。PD210將來自網絡中一個或多個外部元件(比如一個或多個OLT和/或0NU)的接收光信號205轉換為電信號。或者，PD210和/或另外的光電二極管將部分從光收發器的發射器發出的光信號轉換為電信號。CM220復制或鏡像來自PD210的輸入電流(IH))。來自CM220的鏡像電流(I CM)可以等于來自TO210的第一電流(IPD)或與其成比例。在一個實施例中，CM220耦合至TO210的陽極212。非線性元件240在節點212根據鏡像電流(ICM)生成第一電壓VI。在某些實施例中，電路200還可包含高阻抗器件，比如在節點215的電阻器或開關(比如，晶體管)，用于在節點215保持電流的單向流動和減少電流的逆流。第一電壓Vl可發送到功率處理模塊(比如，圖7所示的RSSI計算器714)和/或其他電路(未示出)，來確定和/或評價光信號的接收信號強度值。在圖2A的實施例中，放大器230耦合至TO210的陰極端214。放大器330放大來自^)210的電信號并生成第二電壓V2。所述第二電壓V2可向下發送用于光收發器中進一步的放大和/或處理。放大器230可以是任何適合的放大器，比如跨阻放大器(TIA)，限幅放大器，或它們的組合。或，放大器230可實現電流到電壓的轉換功能和/或包含用于提供正弦波輸出的單級放大器，比如源極跟隨器，發射極跟隨器，柵陰放大器或達林頓放大器。非線性元件240的非線性響應實現了光接收器和/或收發器的改進型動態范圍。如圖2B所示，圖表250所示為利用電路200提升鏡像電流(ICM)時，表示第一電壓Vl增益(比如，斜率)的線260。在圖2A-B的實施例中，基于鏡像電流的增益函數是對數型的。如圖表250所示，對應較低鏡像電流(ICM),具有較低功率的光輸入信號以較高的增益水平由非線性元件240放大，而對應較高鏡像電流(ICM)，具有較高功率的光信號則以較低的增益水平由非線性元件240放大。利用非線性元件240生成第一電壓Vl實現了較大的運行動態范圍，并可改善光接收器的速度和準確性，以便確定接收信號強度。
非線性元件可以是任何適合的非線性放大器(比如，射頻傳感器)，用于生成第一電壓VI。在其他實施例中，非線性元件240可包含分段線性增益放大器。圖2C舉例說明了包含分段線性增益放大器的典型非線性元件240’。非線性元件240’可包含多個并聯線性放大器242，244和246，和控制模塊250。控制模塊250包含控制元件254和256，分別與線性放大器244和246串聯，及可選地，與線性放大器242串聯的控制元件252。在一個實施例中，控制元件254和256各自包含一個二極管。在另一個實施例中，控制元件252不一定存在，而所述二極管也不一定接收相應的控制信號253，255，257。在另類實施例中，控制元件252，254和256各自包含開關或旁通閘閥(比如，晶體管)，分別用于接收控制信號253，255 和 257。根據本發明實施例的分段線性增益放大器240’實現了根據接收光功率或由其生成的電流的差異建立增益差異。在電流超過預定閾值后，典型分段線性增益放大器240’中的二極管(比如，254和256)或開關(比如，252，254和256)可切斷通向各線性放大器的電流。在一個實施例中，分段線性增益放大器240’可包含以低功率提供較高增益的線性放大器(比如，246)，以中等功率提供中等增益的第二線性放大器(比如，244)，和以高功率提供低增益的第三線性放大器(比如，242)。在這樣的實施例中，當功率處于低水平時，控制信號257處于活躍狀態，而信號253和255則未被激活。或者，控制元件254和256包含具有不同中斷閾值的二極管。通常，所述二極管不接收控制信號255和257。在又一個實施例中，線性增益放大器240’包含各自帶有控制信號255和257的開關254和256 (比如，開關252和信號253不存在)，用于分別控制鏡像電流流向放大器244和246。在這樣有一個實施例中，放大器242始終處于工作狀態。當功率水平較低時，控制信號255和257處于活躍狀態，而開關254和256啟動放大器244和246(除已經啟動的放大器242之外)，從而實現最大增益。當功率水平處于中等時，控制信號255處于活躍狀態而控制信號257處于未激活狀態，因此開關254啟動放大器244，而放大器246關閉。當功率水平相對較低時，控制信號255和257處于未激活狀態，且只有放大器242開啟，從而實現較低水平的增益。本技術領域的專業人員能在這樣的實施例中確定(比如，根據經驗)線性放大器242，244和246中每 一個所實現的增益值。如圖2D所示，圖表270顯示線271，線271代表當電路200的鏡像電流(ICM)提升時第一電壓Vl的增益(比如，斜率)，其中所述非線性元件包含圖2C的分段線性增益放大器240’。如圖表270所示，當鏡像電流(ICM)提升時，由分段線性增益放大器240’實現的增益則降低。在272，相應于較低鏡像電流(ICM)，H)210接收低光功率水平。如圖2D所示，當三個放大器242，244和246都在工作時，分段線性增益放大器240’實現較高增益，如線段272所示。當PD210接收中等光功率水平時，相應于中等鏡像電流(ICM),分段線性放大器240’中的放大器242和244實現相對中等水平的增益，如線段274所示。當TO210接收高光功率水平時，相應于高水平的鏡像電流(ICM)，分段線性放大器240’實現較低水平的增益，如圖2D線段276所示。第二典型電路
圖3A舉例說明了與本發明相關的典型電路300。電路300可構成部分所述電路和/或光接收器和/或收發器的元件。電路300與圖2A電路200類似。但是，二極管305通過其與電流鏡(CM) 220相對的一端上與電流鏡耦合。在一個實施例中，二極管305的另一端接地(比如，與地面電位相連)二極管305與CM220相對的一端可耦合和/或連接至任何節點或電勢，其用于在節點215實現電流的單向流動。來自CM220的鏡像電流(ICM)可等于來自PD210的第一電流(IPD)或與其成比例。如圖2A所示，雖然第一電壓Vl在節點215產生，但是只把節點305用作非線性元件。如圖3B所示，圖表350包含曲線360，表示當鏡像電流(ICM)利用電路300提升時第一電壓Vl的變化。當鏡像電流(ICM)從0 mA開始提升時，第一電壓Vl就會相對快速地提升，使低電流產生高增益。但是，在二極管305打開的閾值上(即，在365i在鏡像電流ICM或相應電壓365v的數值)，所述增益(比如，基于鏡像電流ICM的第一電壓Vl斜率)通常會在二極管305內部電阻導通時大致處于0的水平(比如，通常就幾歐姆)，隨后僅在所述電流繼續提升時微量增加。鏡像電流和電壓的關系也是對數型的，類似于圖2B所示。因此，第一電壓的生成最初具有用于低鏡像電流(ICM)的較高增益，而較低增益則用于高鏡像電流(ICM)0第三典型電路
本發明的另外一個實施例涉及第三典型電路，其中所述非線性元件包含分段非線性電阻器，用于根據鏡像電流生成第一電壓。在不同的實施例中，所述分段非線性電阻器可包含一個或多個二極管和多個電阻器。在一個實施例中，比如，所述分段非線性電阻器包含(i)與第二電阻器并聯的第一電阻器和(ii)與第一和第二電阻器其中一個串聯耦合的二極管。如圖4A所示，電路400舉例說明了本發明的另一個實施例。電路400可構成電路的一部分和/或光接收器和/或收發器的元件。電路400包含TO210，CM220，分段非線性電阻器410 (如下所述)和放大器230。PD210，CM220和放大器230可如上所述用于圖2A的電路200。分段非線性電阻器410在節點215根據鏡像電流(ICM)生成第一電壓VI。分段非線性電阻器410可包含多個電阻 式分段，每個都包含一個或多個電阻，及可選的一個或多個二極管。但是，在此類實施例中，至少一個電阻式分段包括至少一個電阻和至少一個二極管。如電路400所示，分段非線性電阻器410可包含與第二電阻式分段(例如，第二電阻420和與其串聯的二極管425)并聯的第一分段(比如，第一電阻415)。本分段非線性電阻器410可包含任何數量的電阻式分段(比如，包含N個電阻和N-1個二極管[N等于分段的數量])，其中每個并聯于節點215且電壓或電勢間的分段用于保持電流在節點215的單向流動。在圖4A中，分段(比如，第一電阻415和二極管425)都接地。電阻415和420可包含電阻器，電阻式晶體管(比如，帶有與固定電位相連的通道)，或其他配備特有并固定(優選)電阻的器件。如圖4B所示，圖表450所示為線段460和465，表示電路400中鏡像電流ICM提升時第一電壓Vl的變化。線段460代表，在二極管425關閉且增益(比如，斜率)較高并與第一電阻415的電阻成比例時，較低電流值的第一電壓。隨著鏡像電流ICM提升，二極管425最終開啟(即，達到電流值470i和/或相應電壓470v)，而增益則與第一和第二電阻器415和420的并聯電阻成比例的減小，如線段465所示。圖4C舉例說明了分段非線性電阻器410’，包含三個電阻式分段(比如，包含多個電阻器和多個二極管)。本分段非線性電阻器410’可包含任何數量的電阻式分段(比如，包含N個電阻和N-1個二極管[N等于分段的數量]且每個分段都并聯于節點215就地面電位之間)。如圖4C所示，分段非線性電阻器410’包含第一電阻式分段(比如，電阻器415’)，第二電阻式分段422 (比如，串聯的電阻器420’和二極管425)，和第三電阻式分段430 (t匕如，串聯的電阻器432和二極管435)。二極管425和435具有不同的啟動閾值來讓不同電阻式分段422和430在不同時段工作。而且，電阻器415’，420和432的阻值通常各不相同，以便能將各分段提供的增益修正滿足預定數值。分段非線性電阻器410’提供的增益/電流曲線通常遵循圖2D的3段式曲線。本發明的其他實施例，尤其是分段非線性電阻器的配置，實現所述電路的響應增益可修正，以便滿足光網絡，光接收器和/或收發器，和/或制造商和/或用戶的工作需求。各種分段線性電阻器的配置都可通過添加額外分段來實施。所述分段(比如，二極管和電阻器)適用于預定增益和/或根據鏡像電流ICM生成的第一電壓Vl的響應。第四典型電路
本發明的另一個實施例涉及第四典型電路，其中所述非線性元件包含無源非線性器件和運算放大器，用于確定貫穿所述非線性器件的電壓差。在一個實施例中，比如，所述無源非線性器件包含二極管，及可選的電阻器。如圖5所示，電路500舉例說明了本發明的又一個實施例。電路500可構成部分電路和/或光接收器和/或收發器的元件。電路500包含TO210，CM220，放大器230，無源非線性器件(比如，二極管520)，電阻器510和運算放大器530。PD210和放大器230可以是如上所述的設置，而二極管520包含一個或多個文中所述的二極管。作為本技術領域已知的情況，電阻器510還可包含一個或多個電阻式無源器件。運算放大器620可以是差分放大器，比較器，或其他電路。所述其他電路用于輸出與貫穿所述無源非線性元件電壓差相關的電壓。來自CM220的鏡像電流(ICM)可以是與來自TO210的第一電流(IPD)相等或與其成比例的。運算放大器530根據鏡像電流ICM生成與貫穿電阻器510和二極管520的電壓差成比例的第一電壓VI。或者，運算放大器530單獨生成與貫穿二極管520電壓差成比例的第一電壓VI。二極管520保持啟動狀態直到鏡像電流ICM達到閾值，隨后二極管520關閉。利用二極管520的電壓/電流圖是對數型的，且遵循圖3B的曲線發展。第五典型電路
本發明的另一個實施例涉及第五典型電路，包含光電二極管，用于生成(i )電信號和
(ii)與光信號相應的第一電流，稱合于所述光電二極管并用于根據第一電流生成第一電壓的非線性元件，和用于放大來自所述光電二極管電信號的第一放大器。圖6舉例說明了與本發明實施例相關的典型電路。電路600可構成部分電路和/或光接收器和收發器的元件。電路600包含TO210，放大器230，無源非線性元件，和運算放大器620。PD210和放大器230可以如上所述設置，而如文中所述。盡管圖6未顯示，但仍如圖5所示，所述無源非線性元件還可包含一個或多個與二極管610串聯的電阻器。運算放大器620可以是差分放大器，比較器，或另外的電路。所述另外的電路用于輸出與貫穿所述無源線性元件電壓差相關的電壓。如圖2-5，H)210將來自網絡中一個或多個外部元件(比如，一個或多個OLT和/或0NU)的接收光信號205為(i)終端214 上的電信號和(ii)貫穿無源非線性元件610的電流IPD。放大器620生成與貫穿二極管610的電壓差相關的第一電壓(即，PD210產生的電流[IPD]的非線性函數)。貫穿無源非線性元件610的電流Iro產生貫穿二極管610的電壓差。通常，本發明的基于電流IPD的輸出電壓Vl曲線與圖2B和/3B所示的類似。典型的光收發器
本發明還涉及光接收器或收發器，包含(i )光接收器件或子器件，用于連接和/或耦合到運送光信息的光纖，(ii)上述電路中的一個，和(iii)邏輯電路，用于根據(I)第一電壓和/或(2)第二電壓，在放大器從光電二極管接收電信號時的輸出上，確定或計算信號強度數值和/或鏈路預算。圖7A舉例說明了與本發明實施例相關的典型光收發器700。光收發器700能夠計算和/或監控自己的接收信號強度指示，動態功率，鏈路預算，和從其接收光通信和/或信號的網絡中的其他光發射和/或收發器的類似參數。如圖示，光收發器700包括發射器光子組件(TOSA) 710，激光驅動電路720，微處理器/微控制器(MCU) 730，放大器740，激光偏置電流控制電路750，接口 760，接收器光子組件(R0SA)770，非線性元件240和電流鏡(CM)220.
光收發器700通過光信號712A將光數據發送到光網絡中的外部介質(比如，光線線纜)和/或元件(比如，分光器，光收發器和/或其他適合的硬件)。T0SA710促進了來自收發器700的光信號的生成和傳送。T0SA710包含激光二極管(0))715及可選的^)717。在各種實施例中，PD717可以是PIN 二極管或雪崩光電二極管。光收發器700的發射器部分還可包含激光驅動器720和激光偏置電流控制電路750。激光驅動器720發送已調的電信號到LD715。耦合至T0SA710的激光偏置電流 控制電路750控制流向LD715的偏置電流。當LD715發射光信號712A時，PD717可檢測到光信號(比如，光)的一部分712B。PD717轉換光信號部分712B到發射到CM220的電流。CM220發送鏡像電流到非線性元件240用于生成第一電壓VI。非線性元件240可以是圖2C所示的分段線性放大器240’，圖3A所示的二極管305，圖4A所示的分段非線性電阻器410和/或圖4C所示的410’，或圖5中的電阻器510，二極管520和元算放大器530。ROSA 770轉換輸入光信號205到電信號。ROSA 770包含PD214并還可包含放大器230 (詳見，例，圖2A，3A，4A，5和6)。在一個實施例中，放大器230可包含TIA或單級放大器，用于提供正弦光波形，比如原極跟隨器，射極輸出器，串聯或達林頓放大器。PD214還可生成隨后被CM220復制或鏡像的電流。再一個實施例中，電流鏡220可配備獨立的端子，用于來自或流向T0SA710和R0SA770的電流。或者，CM220可包含獨立的電流鏡，用于分別處理來自T0SA710和R0SA770的電流，且非線性元件240可包含獨立的檢測器，用于確定第一電壓VI，在這種情況下正確配置的旁通閘閥和/或多路復用器可與獨立的電流鏡和/或檢測器連接，以便分別啟動對來自T0SA710和R0SA770信號的處理。如上所述，PD214生成第一電流(比如，IPD)o所述第一電流隨后由CM220復制用以生成與第一電流(iro)相等或成比例的第二電流(icm)。第一電壓Vi是利用非線性元件240生成的。MCU730可分別處理來自TOSA 710和ROSA 770的功率相關數據(比如，通過時分復用)，或接收老子獨立檢測器和電流鏡的信號。所述檢測器和電流鏡用于分別處理來自TOSA 710 和 ROSA 770 的數據。如圖7A所示，R0SA770還可通過節點715發送電信號到放大器740，所述電信號包含等同于光信號205的電信號，所述放大器隨后在節點785將放大的電信號發送至電氣接口 760。放大器740可用于放大和/或限制電信號715的電壓(比如，在預定電壓范圍內)。在一個實施例中，雖然放大器740可以是限幅放大器，但是放大器740也可以是TIA或用于輸出正弦波形的單級放大器。在其他實施例中，MCU730可包含邏輯單元(比如，RSSI計算器714)來確定和/或計算各種測量值，比如接受信號強度，動態范圍和/或鏈路預算。在其他實施例中，RSSI計算器714可耦合至MCU730并確定接收信號強度和生成RSSI值，隨后發送RSSI數據到MCU730。MCU730還可包含CPU或微處理器。再另一的實施例中，MCU730可包含特定用途集成電路(ASIC)，現場可編程邏輯器件(PLD)，復雜可編程邏輯器件(CPLD)，或片上系統(SOC)。MCU730還可包含存儲器712 (比如，用于存儲指令，配置數據，正在處理的參數數據，狀態信息，等)。在不同的實施例中，MCU730可與T0SA710，R0SA770，接口 760，激光驅動電路720和激光偏置電流控制電路750通信。MCU730可用于(i )控制數據的流向和弓I導數據在存儲器中的存儲(比如，存儲器712)，( ii )確定或計算參數值(比如，RSSI，動態范圍，和鏈路預算)，(iii)根據此類參數數據，設置和/發送代表收發器700運行狀態的狀態和/或標記，和/或(iv)控制處理光收發器700接收和發送的光數據的整個流程。光收發器700可通過接口 760與網絡和/或主機通信。所述網絡和/或主機可以是主處理器，電路板，獨立的光網絡器件(比如，中繼器，光開光，機頂盒，等)或任何其他包含控制器或處理器的元件或器件，所述控制器或處理器用于控制收發器700和/或網絡的至少一些方面。在一個實施例中，所述主機和/或網絡可通過接口 760通信，以便向光收發器700請求狀態信息和/或標記和/或向光收發器700提供用于此類狀態信息和/或標記的閾值。比如，除開潛在的不確定范圍(比如，警告專題太或標記)，所述狀態信息和標記可能涉及功率相關參數數據的狀態和/或工作范圍，比如正常范圍內的RSSI，RSSI，預定運行閾值外的動態范圍和/或鏈路預算，或可接受的參數數據。在另一的實施例中，如圖7B光收發器700’所示，PD717將光信號部分712B轉換為貫穿無源非線性元件6 10的電流(iro)。貫穿無源非線性元件610的電流iro產生貫穿非線性元件610的電壓差。放大器620根據所述電壓差生成第一電壓。圖7B的光收發器700’還可包含開關780，其中開關780能在網絡傳輸未出現時(S卩，R0SA770未工作時)實現內部LD715的采樣和/或測試。或者，在網絡活動期間，PD214和無源非線性元件610間的第二開關可(未示出)實現獨立或單獨的光信號(由PD214或光電二極管717接收的)采樣和/或測試。監控一個或多個光收發器的典型方法
本發明還涉及監控一個或多個光收發器的方法，該方法包含接收和/或發送一個或多個光信號，轉換光信號到第一電流，利用非線性元件轉換第一電流到第一電壓，和至少根據所述第一電壓計算接受信號強度，動態范圍，和/或鏈路預算。圖8舉例說明了本發明的監控一個或多個光收發器的典型方法800。本方法通常包含通過流程中各種循環進行的連續處理，盡管它還包含部分或整個流程的單程操作。比如，在此方法中，基于功率的穩定應用，光收發器可持續從包含該光收發器的網絡接收光傳輸(比如，光路終端0LT105和/或光網單元0NU125)，并持續地處理接收信號強度指示和鏈路預算信息直到所述網絡和/或光收發器關機。
如圖所示，所述方法始于802，并且在804，所述光收發器接收或發送光信號。比如，光收發器可利用激光二極管發送光信號和/或利用光電二極管接收光傳輸。不同的波長通常用于發送和接收光信號。比如，在光網絡中，光收發器可以在1577nm的波長將光信號向下傳輸至其他器件(比如，0LT105和/或0NU125 a_n)，同時以在1310nm的波長接收向上游傳輸的光信號。在806,所述光信號換轉為電流。在一個實施例中,所述光信號通常由光電二極管轉化為至少一個電流。在另一實施例中，該電流利用電流鏡生成。或者，在808，所述電流(比如，由ro生成的)通過電流鏡進行復制或鏡像。來自所述光電二極管的電信號還可利用放大器轉換為第二電壓(比如，跨阻放大器)。在810，所述光收發器利用非線性元件將所述電流轉換為第一電壓。在一個實施例中，被復制或鏡像的電流可通過非線性元件轉換為所述第一電壓。這樣的非線性元件可以是對數放大器，分段線性放大器，無源非線性器件，或分段線性電阻器。在另一個實施例中，所述電流貫穿無源非線性元件(比如，二極管610)，該無源非線性元件耦合至所述光電二極管一端，而所述第一電壓是通過運算放大器生成的(比如，圖6的放大器620)，所述運算放大器用于根據貫穿無源非線性元件的電壓差生成第一電壓。在812，所述電壓用于計算接收信號強度值(比如，“接收信號強度”表示光信號的功率，且還可以通過總功率方程P = Vx I表示)和/或鏈路預算(比如，“鏈路預算”可計算發射器到接收器的增益和損 失，且可利用通式接收功率=發射功率+增益-損失[比如，以dB為計算單位]來確定)。在又一個實施例中，假如未從網絡(比如，光網絡)或主機接收到讀取指令(比如，讀取計算出的RSSI和/或鏈路預算)，隨后在814，在連續循環中，方法800便繼續在804接收和/或發送一個或多個光信號，在806將所述光信號轉換為電流，在810利用非線性元件將所述電流轉換為電壓，并在812確定RSSI和/或鏈路預算信息。但是，當通過所述光收發器在814接收到讀或提取指令時，在816所述光收發器就可發送與RSSI值范圍和/或光信號鏈路范圍相應的標記或狀態。比如，狀態控制器可提供一個在特殊范圍內的狀態(比如，參數值的位串表示，比如RSSI,動態范圍，或預算范圍)，比如“普通”，“高”，“低”，等。在其他實施例中，在816，可將一個或多個參數值與一個或多個代表某一標記或狀態的閾值比較，且相應的標記或狀態被生成用于表示功率相關的參數的狀態。所述標記或狀態可在隨后發送到網絡或主機。所述狀態可通過通信接口直接發送到主機，或從數據存儲器恢復并隨后發送至主機。所述方法隨后回到804，并可持續運行直到暫停(比如，斷電)或結束(比如，關閉收發器和/或網絡)。結論
因此，本發明提供了一種電路，一種光收發器，和/或在一種光收發器中監控各種功率相關參數的方法。本發明的實施例通常涉及一種電路，光收發器和/或它們的元件，和確定和/或監控接收信號強度，動態范圍，和/或鏈路預算和/或提高光收發器的動態范圍的方法。本發明的實施例提供了一種電路，一種光收發器和/或它們的元件，和利用一種或多種非線性器件提升所述動態范圍和改善各種功率相關參數監控的方法。包含此類電路和/或能實現此方法的所述光收發器可自我監控或監控遙控收發器。本發明特具體實施例的前述事項是為了解釋和說明。它們不會用已公開的確切形式限定本發明，且根據上述教義，可能還會出現許多修改和變化。所選實施例并對其進行說明，是為了更好的說明本發明的原理及其實際應用，從而本技術領域的專業人員能充分利用本發明和各種實施例，修改出適用于預期特殊用途的方案。本發明的范圍是由此處添加的權利要求和它們的等同物所 限定的。
權利要求
1.一種電路,包含a)光電二極管,用于生成與光信號對應的第一電流；b)電流鏡,用于生成等于第一電流或與其成比例的第二電流；和c)非線性元件，用于根據第一電流生成第一電壓。
2.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包含對數放大器。
3.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包含增益放大器。
4.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包含第一二極管。
5.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包含分段線性放大器。
6.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包含分段非線性電阻器。
7.根據權利要求6所述的電路，其特征在于，所述分段非線性電阻器包含多個并聯的電阻式分段。
8.根據權利要求6所述的電路，其特征在于，所述分段非線性電阻器包含一個或多個二極管和多個電阻器。
9.根據權利要求8所述的電路，其特征在于，所述分段非線性電阻器包含包含第一電阻器的第一電阻式分段；和第二電阻式分段，其包含第二電阻器和與所述第二電阻器串聯的第二二極管。
10.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，還包含耦合至所述光電二極管的放大器。
11.根據權利要求10所述的電路，其特征在于，所述放大器包含跨阻放大器。
12.根據權利要求10所述的電路，其特征在于，還包含耦合到所述放大器的射頻探頭。
13.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包含無源非線性器件和用于確定貫穿所述非線性器件電壓差的運算放大器。
14.根據權利要求13所述的電路，其特征在于，無源非線性器件包含二極管。
15.—種電路,包含a)光電二極管,用于生成與光信號對應的⑴電信號和(ii)第一電流山)非線性元件，耦合至所述光電二極管并用于根據所述第一電流生成第一電壓；和c)第一放大器，用于放大所述電信號。
16.根據權利要求15所述的電路，其特征在于，所述非線性元件包括a)耦合在所述光電二極管一端和電源間的無源非線性器件；和b)運算放大器，用于檢測貫穿所述無源非線性器件的電壓差和輸出所述第一電壓。
17.根據權利要求16所述的電路，其特征在于，所述無源非線性器件包含二極管。
18.根據權利要求16所述的電路，其特征在于，還包含接收所述第一放大器輸出的第二放大器。
19.根據權利要求18所述的電路，其特征在于，所述第一放大器和第二放大器中至少一個用于直接或間接由所述電信號生成第二電壓。
20.—種光收發器,包含a)光接收器,用于接收光信息；b)權利要求10所述的電路；和c)邏輯電路，用于根據(i)所述第一電壓以及可選的(ii)第二電壓在所述放大器的輸出確定或計算信號強度值和/或鏈路預算。
21.—種監控一個或多個光收發器的方法，包括a)接收和/或發送一個或多個光信號；b)轉換所述光信號為第一電流以及可選的第二電流；c)用非線性元件將第一電流轉換為第一電壓，和d)利用所述第一電壓和可選的由第二電流得到的第二電壓計算接收到的信號強度，動態范圍和/或鏈路預算。
22.根據權利要求21所述的電路，其特征在于，包含計算所述接收到的信號強度，其中所述方法還包含將與所述接收信號強度數值范圍相應的標記和/或狀態發送到網絡或主機。
全文摘要
一種光收發器和/或光網絡，和監控光收發器的方法，可用于增大動態范圍和/或確定光網絡中的光收發器和/或不同光收發器的接收信號強度和/或鏈路預算。所述電路通常包含光電二極管，用于生成與光信號對應的第一電流，電流鏡，用于生成等于第一電流或與其成比例的第二電流，和非線性元件，用于根據第一電流生成第一電壓。
文檔編號H04B10/40GK103067090SQ201210366889
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年6月19日
發明者穆罕默德·阿扎德 申請人:索爾思光電(成都)有限公司