專利名稱：光接收器保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)主要涉及光接收器電路，尤其但并不排他地涉及在接收的光功率為高電平期間對(duì)光接收器的保護(hù)。
背景技術(shù)：
如今光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的日益增長(zhǎng)的需求需要靈敏的設(shè)備來(lái)準(zhǔn)確的接收數(shù)據(jù)和測(cè)量光功率。隨著對(duì)高速數(shù)據(jù)需求的增加，越來(lái)越多的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚俸透哽`敏度光接收器。這些光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以從多種類型的光接收器中進(jìn)行選擇。對(duì)于快速和高靈敏度光接收器的一個(gè)這樣的選擇是雪崩光電二極管(APD)。
APD與其他光電二極管的不同在于其可以提供增益，意味著輸入光子和輸出電子的比值大于1∶1。該比值，或者雪崩乘積因數(shù)是由施加在APD兩端的反向偏置電壓控制的。與其他類型的光接收器相比，APD具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。其中特別指出的是APD具有低噪聲、寬光譜和頻率響應(yīng)，并具有由其內(nèi)部光電信號(hào)增益提供的高增益范圍。
使用APD的困難是APD價(jià)格較高以及由于接收的光功率的高電平而引起它們易于遭到損壞。例如，APD經(jīng)常應(yīng)用于基于激光的光纖系統(tǒng)，諸如波分多路復(fù)用(WDM)網(wǎng)絡(luò)。摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM網(wǎng)絡(luò)中的一種增加光纖中信號(hào)的設(shè)備。然而，EDFA放大器同時(shí)放大WDM信號(hào)中的所有信道，所以當(dāng)波長(zhǎng)信道增加或降低，高光功率峰值可能出現(xiàn)在新增加的或剩余的信道之一上。這個(gè)高的光功率峰值會(huì)引起流過(guò)偏置APD的總電流的迅速增加并從而引起設(shè)備的永久損壞。
為了該保持光網(wǎng)絡(luò)的可靠性，光接收器應(yīng)該可以在經(jīng)過(guò)多個(gè)高光功率期間后無(wú)損壞地繼續(xù)工作。為了連續(xù)的工作，應(yīng)該設(shè)置快速和有效的安全機(jī)制用以檢測(cè)這樣的光功率條件并相應(yīng)的保護(hù)該光接收器。


參照下面的附圖對(duì)本發(fā)明的非限定和非唯一性的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其中除非特別指明，在不同的圖中，相同的參照數(shù)字代表相同的部件。
圖1為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉的光接收器保護(hù)電路結(jié)構(gòu)的功能框圖。
圖2為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉保護(hù)光接收器的過(guò)程的流程圖。
圖3為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉的光接收器保護(hù)電路的操作的時(shí)序圖。
圖4為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉的光接收器保護(hù)電路的電路圖。
圖5為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉和光衰減器自動(dòng)控制的光接收器保護(hù)電路的功能框圖。
圖6為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于通過(guò)偏置電壓的自動(dòng)關(guān)閉和光衰減器的自動(dòng)控制保護(hù)光接收器的過(guò)程的流程圖。
圖7為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉和光衰減器自動(dòng)控制的光接收器保護(hù)電路的操作的時(shí)序圖。
圖8為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉和光衰減器自動(dòng)控制的光接收器保護(hù)電路的部分的電路圖。
圖9為說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的示范性通信系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
這里公開(kāi)了用于在接收的光功率高電平期間保護(hù)光接收器的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例。在下面的描述中，提出了多個(gè)特定的細(xì)節(jié)從而對(duì)實(shí)施例進(jìn)行完全的理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到這里描述的技術(shù)可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)特定的細(xì)節(jié)的的情況下或者以其他方法、部件、材料等實(shí)現(xiàn)。在其他情況中，為了避免模糊特定方面，沒(méi)有對(duì)已知的結(jié)構(gòu)、材料或操作進(jìn)行詳細(xì)的圖示和描述。
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的參考意味著結(jié)合實(shí)施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，說(shuō)明書(shū)中各個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”未必都指的是相同的實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中以任何合適的方式組合。
圖1為說(shuō)明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉的光接收器保護(hù)電路結(jié)構(gòu)100的功能框圖。電路結(jié)構(gòu)100的示意性實(shí)施例包括偏置源102、控制電路104、接收器電路114、偏置監(jiān)視器120、串聯(lián)電阻(Rs)122、比較器124和復(fù)位定時(shí)器126。
在該示意性實(shí)施例中，偏置源102被耦合以向光接收器116提供偏置電壓?？刂齐娐?04被耦合以控制提供給光接收器116的偏置電壓的電壓電平。控制電路104的示意性實(shí)施例包括處理器106、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)108、固件單元110和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)單元112?？蛇x擇地，控制電路104可以包括純模擬硬件來(lái)控制偏置電壓的電壓電平。由控制電路104設(shè)置的電壓是基于光接收器116的類型和電路結(jié)構(gòu)100中使用的特定電路部件確定的。例如，如果光接收器116包括雪崩光電二極管，那么控制電路104可以設(shè)置偏置電壓在20～30V的范圍內(nèi)。
在圖1的示意性實(shí)施例中，處理器106耦合到固件單元110來(lái)從其處載入指令。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器106把程序和數(shù)據(jù)從固件單元110裝入到RAM單元112并從RAM單元112執(zhí)行程序。在其他實(shí)施例中，處理器106可以直接從固件單元110執(zhí)行程序，而不需要RAM單元112。RAM單元112可以包括任何動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、雙數(shù)據(jù)速率SDRAM(DDR SDRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)等。
控制電路104可以與電路結(jié)構(gòu)100的一個(gè)或多個(gè)部件一起集成到一個(gè)或多個(gè)微電子小片(例如，半導(dǎo)體)上并且并入到接收光學(xué)子組件(ROSA)中。例如處理器106、DAC108、和固件單元110可以都集成到單個(gè)半導(dǎo)體管芯或晶片中。
接收器電路114的示意性實(shí)施例包括耦合到放大器118的光接收器116。光接收器116是一種用于把光能量轉(zhuǎn)化為電能量的設(shè)備，并可以包括任何光檢測(cè)器，該光監(jiān)測(cè)器的電流響應(yīng)于由其接收的光能的量。這樣的檢測(cè)器可以包括，但并不限于，雪崩光電二極管、光子倍增管、PN光電二極管、PIN光電二極管等。任選地，接收器電路114可以包括并行耦合的光接收器116陣列，用以拓寬接收器電路114的光譜響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，放大器118可以包括跨阻抗放大器(TIA)，用以把光接收器116產(chǎn)生的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，接收器電路114包括測(cè)量光接收器116的溫度的溫度監(jiān)視器(沒(méi)有示出)。由該溫度監(jiān)視器測(cè)量的溫度可以向回反饋給控制電路104，以致于使控制電路114可以根據(jù)感測(cè)的溫度調(diào)節(jié)偏置電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，串聯(lián)電阻122串聯(lián)在偏置源102和光接收器116之間。串聯(lián)電阻122用于在光功率峰值期間瞬時(shí)地降低光接收器116兩端的偏置電壓。串聯(lián)電阻122在過(guò)大功率條件期間通過(guò)降低由光接收器116耗散的功率來(lái)向光接收器116提供瞬時(shí)保護(hù)。
偏置監(jiān)視器120被耦合以測(cè)量流經(jīng)光接收器116的電流ITOTAL。電流ITOTAL代表流過(guò)光接收器116的總的瞬時(shí)電流。在一個(gè)實(shí)施例中，偏置監(jiān)視器120測(cè)量電流ITOTAL并產(chǎn)生等同或相關(guān)的流經(jīng)接地跨阻抗電阻Rz(圖1中沒(méi)有顯示)的電流。Rz兩端所產(chǎn)生的電壓(在這里表示為輸入電壓VI)與電流ITOTAL基本上成比例。
比較器124被耦合以將由偏置監(jiān)視器120產(chǎn)生的電壓VI和參考電壓VREF比較。所產(chǎn)生的參考電壓VREF對(duì)應(yīng)于門(mén)限電流電平。該門(mén)限電流電平表示在電路結(jié)構(gòu)100進(jìn)行關(guān)閉模式前通過(guò)光接收器116的最大電流電平ITOTAL。該門(mén)限電流電平可以通過(guò)例如處理器106動(dòng)態(tài)的計(jì)算和設(shè)定，或其可以固定在硬件中。參考電壓VREF可以由分壓器、數(shù)字分壓計(jì)、由處理器106控制的DAC等中的任何一種進(jìn)行設(shè)定。
在示意性實(shí)施例中，比較器124配置為具有第一和第二狀態(tài)。比較器124的狀態(tài)由比較器124輸出的過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)指示。該過(guò)流信號(hào)指示該門(mén)限電流電平是否已經(jīng)被超出。在一個(gè)實(shí)施例中，如果輸入電壓VI小于參考電壓VREF，比較器124被設(shè)定在第一狀態(tài)。另外，如果輸入電壓VI大于參考電壓VREF，比較器124設(shè)定為第二狀態(tài)。
復(fù)位計(jì)時(shí)器126耦合在偏置源102和比較器124之間。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)位計(jì)時(shí)器126用于響應(yīng)光功率峰值而禁止偏置源102。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)位計(jì)時(shí)器126進(jìn)一步用于在足夠長(zhǎng)以允許典型的光功率峰值穩(wěn)定的時(shí)間段后重新啟用該偏置源。認(rèn)識(shí)到該時(shí)間段也可以短到足以允許一旦偏置源102被重新啟用，它就可以相對(duì)快地恢復(fù)。
在示意性實(shí)施例中，復(fù)位計(jì)時(shí)器126被耦合來(lái)從比較器124接收該過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)。復(fù)位計(jì)時(shí)器126配置為響應(yīng)指示光功率峰值的過(guò)流信號(hào)來(lái)產(chǎn)生關(guān)閉標(biāo)志(shutdown_flag)信號(hào)。在一種實(shí)施例中，復(fù)位計(jì)時(shí)器126包括延時(shí)計(jì)時(shí)器，其配置為響應(yīng)指示電流ITOTAL已經(jīng)降回到門(mén)限電流電平之下的過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)而觸發(fā)。復(fù)位計(jì)時(shí)器126進(jìn)一步配置為在延時(shí)計(jì)時(shí)器期滿時(shí)重新啟用偏置源102。在一個(gè)實(shí)施例中，該延時(shí)計(jì)時(shí)器配置為響應(yīng)指示電流ITOATAL已降低到門(mén)限電流電平之下的過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)而產(chǎn)生大約30毫秒的時(shí)間延時(shí)。
圖2為依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由電路結(jié)構(gòu)100執(zhí)行來(lái)通過(guò)自動(dòng)關(guān)閉偏置電壓來(lái)保護(hù)光接收器116的過(guò)程200的流程圖。圖3為說(shuō)明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)100操作的時(shí)序圖。參照附圖1、2、3對(duì)過(guò)程200進(jìn)行描述。
在過(guò)程塊202，復(fù)位計(jì)時(shí)器126啟用偏置源102。復(fù)位計(jì)時(shí)器126的輸出在圖3中表示為關(guān)閉標(biāo)志(SHUTDOWN_FLAG)信號(hào)。當(dāng)被啟用時(shí)，偏置源102在光接收器116兩端產(chǎn)生偏置電壓。該偏置電壓的電壓電平是由控制電路104確定的。舉例來(lái)說(shuō)，圖3示出大約25V的初始偏置電壓。
在過(guò)程塊204，光接收器116接收光能量，從而改變電流ITOATAL。電流ITOATAL在過(guò)程塊206由偏置監(jiān)視器120來(lái)測(cè)量。偏置監(jiān)視器120產(chǎn)生與電流ITOATAL成比例的輸入電壓VI。在判定塊208，比較器124隨后比較輸入電壓VI與參考電壓VREF。如果輸入電壓VI小于參考電壓VREF，由此指示電流Itotal小于門(mén)限電流電平302，那么比較器124被設(shè)定為由過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)指示的第一狀態(tài)。在圖3的示意性例子中，初始接收的光功率很低(大約-22毫瓦分貝(dBm))。該較低的接收的功率產(chǎn)生比門(mén)限電流電平302小的初始電流ITOATAL。由于電流ITOATAL比門(mén)限電流電平302小，比較器124處于第一狀態(tài)，并且復(fù)位計(jì)時(shí)器126維持其輸出用以啟用偏置源102。
在判定塊208，如果門(mén)限電流電平308并沒(méi)有被超過(guò)，那么過(guò)程200重復(fù)，繼續(xù)接收光功率，測(cè)量電流ITOATAL并比較電流ITOATAL與門(mén)限電流電平302。
如果由光接收器116接收的光能量的增長(zhǎng)導(dǎo)致門(mén)限電流電平302被超過(guò)，那么電路結(jié)構(gòu)100被設(shè)置進(jìn)入關(guān)閉模式。該關(guān)閉模式是用于幫助保護(hù)光接收器116免于遭受損壞。在圖3的示意性例子中，接收的光功率從-22毫瓦分貝增加到+14毫瓦分貝。接收光功率的這一增加導(dǎo)致電流ITOATAL的增加。串聯(lián)電阻122通過(guò)降低光接收器116兩端的偏置電壓來(lái)給光接收器116提供瞬時(shí)保護(hù)。串聯(lián)電阻122提供的此瞬時(shí)保護(hù)向電路結(jié)構(gòu)100的其余部件提供了用以響應(yīng)接收光功率增加的時(shí)間。
仍參照?qǐng)D3的例子，由于現(xiàn)在增加的電流ITOATAL超過(guò)了門(mén)限電流電平302，比較器124切換到其第二狀態(tài)并更新過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)。由比較器124的更新的過(guò)流信號(hào)導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)100進(jìn)入關(guān)閉模式。在過(guò)程塊210，復(fù)位計(jì)數(shù)器126響應(yīng)于該過(guò)流(OVER_CURRENT)信號(hào)而產(chǎn)生關(guān)閉標(biāo)志。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)閉標(biāo)志可以由切換到低阻抗?fàn)顟B(tài)的復(fù)位計(jì)數(shù)器126的輸出指示。在過(guò)程塊212，復(fù)位計(jì)數(shù)器126禁止偏置源102，這樣就使得光接收器116兩端的偏置電壓被消除。隨著偏置電壓的消除，電流ITOATAL降低，從而減小了損壞光接收器116的風(fēng)險(xiǎn)。
在過(guò)程塊214，偏置監(jiān)視器120測(cè)量電流ITOATAL，在判定模塊216，比較器124比較輸入電壓VI與參考電壓VREF。如果輸入電壓VI大于參考電壓VREF，從而指示電流ITOATAL仍然大于門(mén)限電流電平302，那么過(guò)程200重復(fù)返回到過(guò)程塊214，繼續(xù)地測(cè)量電流ITOATAL，并比較ITOATAL與門(mén)限電流電平302。
一旦電流ITOATAL已經(jīng)降到門(mén)限電流電平302以下，由于偏置電壓的消除，過(guò)程200前進(jìn)到過(guò)程塊218，在過(guò)程塊218復(fù)位計(jì)時(shí)器126產(chǎn)生時(shí)間延時(shí)304。在時(shí)間延時(shí)304期滿，過(guò)程200返回過(guò)程塊202，在過(guò)程塊202復(fù)位計(jì)時(shí)器126重新啟用偏置源102，使得偏置電壓重新施加到光接收器116。例如，復(fù)位計(jì)時(shí)器126可通過(guò)把偏置源102的輸出設(shè)置到高阻抗?fàn)顟B(tài)來(lái)重新啟用偏置源102。如果高功率條件的持續(xù)超過(guò)時(shí)間延時(shí)304，那么電流ITOATAL會(huì)快速增加到該門(mén)限電流電平，并且電路結(jié)構(gòu)100將再次進(jìn)入關(guān)閉模式。圖3的示意性例子顯示時(shí)間延時(shí)304為大約30毫秒，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到可以使用任何足夠長(zhǎng)到允許典型能量峰值穩(wěn)定的時(shí)間段和足夠短到允許偏置源102相對(duì)快地恢復(fù)的時(shí)間段。
圖4為說(shuō)明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉的光接收器保護(hù)電路400的電路圖。保護(hù)電路400是電路結(jié)構(gòu)100的一部分的一種示例實(shí)現(xiàn)方式。
在圖4的示意性實(shí)施例中，偏置源102包括耦合到DAC108的非反相放大器。例如，偏置源102的放大器可以包括模擬設(shè)備精度軌對(duì)軌(Rail-to-Rail)輸入/輸出運(yùn)算放大器，零件編號(hào)OP284。該放大器的輸出耦合到電壓跟隨器晶體管站。
圖4的示意性實(shí)施例，示出偏置監(jiān)視器120，包括電流鏡拓?fù)洹Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施例中，偏置監(jiān)視器120包括產(chǎn)生與電流ITOATAL等同的電流的低誤差電流鏡。低誤差電流反射鏡可以包括高精度運(yùn)算放大器和兩個(gè)耦合到該運(yùn)算放大器輸出的PNP晶體管。例如，偏置監(jiān)視器120的電流鏡可以包括模擬設(shè)備零漂移、單供電、軌對(duì)軌輸入/輸出運(yùn)算放大器，零件編號(hào)AD8552。偏置監(jiān)視器120還包括跨阻抗電阻RZ。如上所述，鏡像電流流經(jīng)產(chǎn)生輸入電壓VI的RZ，電壓VI與電流ITOATAL成比例。
圖4的示意性實(shí)施例還顯示了比較器124，包括放大器，被配置為硬件限制的比較器。例如，該放大器可包括模擬設(shè)備精度低噪聲CMOS軌對(duì)軌輸入/輸出運(yùn)算放大器，零件編號(hào)AD8605。
圖4的示意性實(shí)施例顯示了復(fù)位計(jì)時(shí)器126的輸出，該復(fù)位計(jì)時(shí)器耦合到偏置源102的放大器的輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)位計(jì)時(shí)器126包括漏極開(kāi)路場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“FET”)輸出。例如，復(fù)位計(jì)時(shí)器126包括德克薩斯儀器公司的低靜態(tài)電流、可編程延時(shí)管理電路，部件編號(hào)TPS3808。在正常操作期間，復(fù)位計(jì)時(shí)器126的輸出配置為在高阻抗?fàn)顟B(tài)下操作。在關(guān)閉模式期間，復(fù)位計(jì)時(shí)器126配置為把 設(shè)置為耦合到地的低阻抗?fàn)顟B(tài)，由此把由偏置源102產(chǎn)生的偏置電壓強(qiáng)制降低到接近零伏。
圖5為說(shuō)明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有偏置電壓自動(dòng)切換和光衰減器自動(dòng)控制的光接收器保護(hù)電路結(jié)構(gòu)500的功能框圖。電路結(jié)構(gòu)500的示意性實(shí)施例包括如圖1所示的電路結(jié)構(gòu)100的電路部件，加上包括自動(dòng)增益控制電路502、DAC 504、可變光學(xué)衰減器(“VOA”)506和VOA監(jiān)視電路508的附加電路部件。
VOA506被光耦合到接收器電路114并被配置為接收光能量510，衰減該光能量并向接收器電路114的光接收器116輸出衰減的光能量512。VOA506和支持電路擴(kuò)大了光接收器116的操作功率范圍從而允許在接收的光功率高的條件期間的操作。VOA506和支持電路還通過(guò)響應(yīng)于光功率峰值而增加接收光能量512的光衰減來(lái)為光接收器116提供額外保護(hù)。
自動(dòng)增益控制(“AGC”)502被耦合到偏置監(jiān)視器120的輸出來(lái)接收輸入電壓VI，VI如上所述，基本上與電流ITOATAL成比例。AGC502還耦合到VOA506來(lái)通過(guò)VOA506控制光衰減。在一個(gè)實(shí)施例中，AGC502配置為基于VI產(chǎn)生VOA_CONTROL信號(hào)，其中VOA_CONTROL信號(hào)設(shè)置VOA506的光衰減。在一個(gè)實(shí)施例中，VOA_CONTROL信號(hào)可包括模擬控制電壓，用以通過(guò)VOA506設(shè)定光衰減的水平。
在示意性實(shí)施例中，AGC502進(jìn)一步耦合到復(fù)位定時(shí)器126。在一個(gè)實(shí)施例中，AGC502配置為在關(guān)閉模式期間通過(guò)VOA506增加的光衰減的水平，關(guān)閉模式由關(guān)閉標(biāo)記(SHUTDOWN_FLAG)信號(hào)指示。在一個(gè)實(shí)施例中，AGC502配置為響應(yīng)于關(guān)閉標(biāo)志(SHUTDOWN_FLAG)信號(hào)而把VOA506設(shè)定為最大衰減水平。
電路結(jié)構(gòu)500的處理器106被配置為給AGC502提供AGC_SET_POINT信號(hào)。該AGC_SET_POINT信號(hào)代表光接收器116的標(biāo)稱操作電流電平，其中該標(biāo)稱操作電流電平小于門(mén)限電流電平。在一個(gè)實(shí)施例中，AGC502監(jiān)視輸入電壓VI并調(diào)節(jié)VOA506的光衰減，以致于使得電流ITOTAL趨向于由AGC_SET_POINT信號(hào)指示的操作電流電平。在一個(gè)實(shí)施例中，如果電流ITOTAL小于操作電流電平，那么AGC502把VOA506的光衰減設(shè)置到最小衰減電平。
VOA監(jiān)視器508被耦合以向處理器106提供代表由AGC502產(chǎn)生的VOA_CONTROL信號(hào)的VOA_MONITOR信號(hào)。VOA監(jiān)視器508提供反饋，以致于使得處理器106可以采取對(duì)VOA_MONITOR信號(hào)的直接控制。在示意性實(shí)施例中，AGC502包括AGC_DISABLE輸入和P_CONTROL輸入。AGC502還包括強(qiáng)制502把VOA506設(shè)定為最小光衰減電平的禁止功能。如果AGC_DISABLE輸入被置為有效而P_CONTROL輸入沒(méi)有被置為有效，則AGC502被配置為激活該禁止功能。
在示意性實(shí)施例中，AGC502還包括使處理器106能夠接管對(duì)VOA_CONTROL信號(hào)的直接控制的重載功能。如果AGC_DISABLE和P_CONTROL輸入都被置為有效，那么該重載功能就被啟用。在示意性實(shí)施例中，處理器106耦合到P_CONTROL和AGC_DISABLE輸入。固件單元110或RAM單元112進(jìn)一步包括允許基于VOA_MONITOR信號(hào)和輸入電壓VI至少之一來(lái)直接控制VOA_CONTROL信號(hào)和把這些輸入置為有效的指令。AGC502的示意性實(shí)施例進(jìn)一步包括VOA_SELECT輸入，用于在AGC502內(nèi)選擇不同的增益路徑，用于控制不同的VOA類型。在一個(gè)實(shí)施例中AGC502的VOA_SELECT輸入耦合到處理器106并由處理器106控制。
圖6說(shuō)明了依照本發(fā)明的實(shí)施例由電路結(jié)構(gòu)500執(zhí)行來(lái)通過(guò)偏置電壓自動(dòng)關(guān)閉和VOA506自動(dòng)控制保護(hù)光接收器116的過(guò)程600的流程圖。圖7說(shuō)明了依照本發(fā)明的實(shí)施例電路結(jié)構(gòu)500的操作的時(shí)序圖。參照?qǐng)D5、6、7對(duì)過(guò)程600進(jìn)行描述。
在過(guò)程塊602，復(fù)位計(jì)時(shí)器126啟用偏置源102，由此在光接收器116兩端產(chǎn)生偏置電壓。復(fù)位計(jì)時(shí)器126的輸出在圖7中示出為SHUTDOWNFLAG(關(guān)閉標(biāo)志)信號(hào)。例如，圖7中表示了大約25V的初始偏置電壓。
在過(guò)程塊604，光接收器116接收光能量，由此改變電流ITOTAL。電流ITOTAL在過(guò)程塊606由偏置監(jiān)視器120測(cè)量。然后，偏置監(jiān)視器120產(chǎn)生輸入電壓VI。
在過(guò)程塊607，AGC502從處理器106接收AGC_SET_POINT信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于光接收器116，AGCAGC_SET_POINT信號(hào)可以對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱操作電流電平706。AGC502還接收輸入電壓VI并產(chǎn)生用于控制VOA506的光衰減的VOA_CONTROL信號(hào)，以致于使ITOTAL趨向于操作電流電平706。在一個(gè)實(shí)施例中，僅當(dāng)電流ITOTAL大于操作電流電平706時(shí)，AGC502才進(jìn)入閉環(huán)模式并調(diào)節(jié)VOA控制電壓，以致于使ITOTAL趨向于操作電流電平706。在該實(shí)施例中，AGC502進(jìn)一步配置為在電流ITOTAL小于操作電流電平706時(shí)把VOA506設(shè)定為最小衰減電平。在圖7的示意性實(shí)施例中，VOA_CONTROL信號(hào)由一VOA控制電壓表示。圖7顯示初始電流ITOTAL，小于操作電流電平706。從而，VOA控制電壓被設(shè)定為零伏，由此導(dǎo)致VOA506被設(shè)定在0.5分貝(dB)的最小衰減。
在判定塊608，比較器124把輸入電壓VI與參考電壓VREF進(jìn)行比較并輸出OVER_CURRENT信號(hào)。在圖7的示意性實(shí)施例中，初始接收的光功率較低(大約-22毫瓦分貝)。此低的接收光功率產(chǎn)生小于門(mén)限電流電平302的初始電流ITOTAL。由于電流ITOTAL小于門(mén)限電流電平302，所以比較器124處于第一狀態(tài)，并且復(fù)位計(jì)時(shí)器126維持其輸出，用以啟用偏置源102。
在判定塊608，如果門(mén)限電流電平308沒(méi)有被超過(guò)，那么過(guò)程600重復(fù)，繼續(xù)地接收光能量，測(cè)量電流ITOTAL并比較電流ITOTAL與門(mén)限電流電平302。
在由光接收器116接收的光能量增加的情況時(shí)，如果門(mén)限電流電平302被超過(guò)了，則安排電路結(jié)構(gòu)500進(jìn)入關(guān)閉模式。關(guān)閉模式意圖幫助保護(hù)光接收器116免受損壞。在圖7的示意性例子中，接收的光功率從-32毫瓦分貝增加到+14亳瓦分貝。此接收的光功率的增加引起電流ITOTAL的增加。由于增加的電流ITOTAL現(xiàn)在超過(guò)門(mén)限電流電平302，所以比較器124切換到其第二狀態(tài)并更新OVER_CURRENT信號(hào)。比較器124輸出的更新的OVER_CURRENT信號(hào)使得電路結(jié)構(gòu)500進(jìn)入關(guān)閉模式。
在過(guò)程塊610，復(fù)位計(jì)時(shí)器126響應(yīng)于OVER_CURRENT信號(hào)而產(chǎn)生關(guān)閉標(biāo)志。在過(guò)程塊612，復(fù)位計(jì)時(shí)器126禁止偏置源102，這使得光接收器116兩端的偏置電壓被消除。隨著偏置電壓的消除，電流ITOTAL降低，從而降低了光接收器116損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
在過(guò)程塊613，AGC502被耦合來(lái)接收SHUTDOWN_FLAG信號(hào)。如果關(guān)閉模式被啟動(dòng)，AGC502切換到開(kāi)環(huán)模式，其通過(guò)VOA506增加光衰減。在圖7的示意性例子中，VOA控制電壓增加到大約5V。此5V的控制電壓最終引起大約30分貝的VOA衰減。在30分貝的VOA衰減下，VOA506的輸出從大約13.5毫瓦分貝降低到大約-16毫瓦分貝。在光接收器116光能量的這一降低為光接收器116提供了額外保護(hù)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，響應(yīng)電路結(jié)構(gòu)500的關(guān)閉模式，偏置電壓的禁止和光衰減的增加可以以任意順序發(fā)生或可以同時(shí)發(fā)生。另外，其他的衰減水平和控制電壓也可以實(shí)現(xiàn)。
在過(guò)程塊614，偏置監(jiān)視器120測(cè)量電流ITOTAL，在判定塊616，比較器124比較輸入電壓VI和參考電壓VREF。過(guò)程塊614和判定模塊616繼續(xù)地測(cè)量電流ITOTAL并把其與門(mén)限電流電平302比較，直到電流ITOTAL不再超過(guò)門(mén)限電流302。
一旦電流ITOTAL降低到門(mén)限電流電平302之下，由于偏置電壓的消失，過(guò)程600前進(jìn)到復(fù)位計(jì)時(shí)器126產(chǎn)生時(shí)間延時(shí)304的過(guò)程塊618。在時(shí)間延時(shí)304期滿時(shí)，過(guò)程600返回過(guò)程塊602，在過(guò)程塊602，復(fù)位計(jì)時(shí)器126重新啟用偏置源102，引起把偏置電壓重新施加到光接收器116。
現(xiàn)在關(guān)閉模式已經(jīng)完成，AGC502切換到閉環(huán)模式，初始地把VOA506的光衰減設(shè)定到相對(duì)較高的電平。例如，圖7的示意性實(shí)施例示出，在時(shí)間延時(shí)304末尾，VOA控制電壓設(shè)定為大約5V。在該實(shí)施例中，5V的控制電壓對(duì)應(yīng)大約為30分貝的VOA衰減。在過(guò)程塊607，AGC502調(diào)節(jié)VOA506的光衰減，從而使電流ITOTAL趨向于操作電流電平706。AGC502跟蹤由接收光功率的小信號(hào)改變引起的輸入電壓VI的小信號(hào)改變，從而電流Itotal保持在操作電流電平706附近。
圖8為說(shuō)明依照本發(fā)明的實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)500的一部分的一種示例實(shí)現(xiàn)方式的電路圖800。電路圖800的示意性實(shí)施例包括AGC502、VOA506和VOA監(jiān)視電路508。AGC502包括幾個(gè)放大器和多路復(fù)用器。例如，該放大器可以包括模擬設(shè)備精度低噪聲CMOS軌對(duì)軌輸入/輸出運(yùn)算放大器，零件編號(hào)AD8605，以及該復(fù)用器可以包括Vishay Siliconix Single的4×1復(fù)用器，部件編號(hào)DG9414。
圖9為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施的示范性通信系統(tǒng)900的框圖。通信系統(tǒng)900的示意性實(shí)施例包括發(fā)送器902、光通信信道904、接收器906和電路908和910。
在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)送器902用于把來(lái)自電路908的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)并在通信信道904上發(fā)送該光信號(hào)。光通信信道904可以包括光纖、波導(dǎo)、自由空間等。
接收器906可以包括電路結(jié)構(gòu)100或電路結(jié)構(gòu)500，用以在高輸入光功率條件下快速和可靠的地保護(hù)光接收器116。接收器906被耦合來(lái)從光通信信道904接收光信號(hào)并把該光信號(hào)向回轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。電路910耦合到放大器118的輸出，用以接收和處理該電信號(hào)。
應(yīng)理解為，發(fā)送器902和接收器906都不必為單向設(shè)備，而是兩個(gè)設(shè)備都可以是收發(fā)器。在收發(fā)器實(shí)施例中，兩個(gè)設(shè)備都可以包括電路結(jié)構(gòu)100或電路結(jié)構(gòu)500的實(shí)施例。
上面解釋的過(guò)程200和600以計(jì)算機(jī)軟件和硬件的方式進(jìn)行描述。描述的技術(shù)可以包括包含在計(jì)算機(jī)(例如計(jì)算機(jī))可讀介質(zhì)的機(jī)器可執(zhí)行指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行該指令時(shí)，會(huì)引起機(jī)器執(zhí)行上述的操作。此外，這些過(guò)程可以包含在諸如專用集成電路(ASIC)等的硬件中。在每個(gè)過(guò)程中部分或所有過(guò)程塊的出現(xiàn)的順序并不是限制性的。更確切地講，一個(gè)得益于本發(fā)明公開(kāi)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，某些過(guò)程塊可以以沒(méi)有說(shuō)明的各種順序來(lái)執(zhí)行。
本發(fā)明的示意性實(shí)施例的上述描述，包括摘要的描述，并非意圖排斥其他或者限定本發(fā)明為公開(kāi)的精確形式、盡管為了說(shuō)明的目的，這里描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例和例子，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)知，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種修正。
可依照上述詳盡的描述對(duì)本發(fā)明做出修正。在下面權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為把本發(fā)明限定為說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的特定實(shí)施例。更確切地講，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)完全由下面的權(quán)利要求確定，其依照權(quán)利要求解釋的確立的原則進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括偏置源，用于向光接收器提供偏置電壓；偏置監(jiān)視器，用于測(cè)量流過(guò)光接收器的電流；和耦合到該偏置源的比較器，如果該電流小于門(mén)限電流電平，則所述比較器具有第一狀態(tài)，如果該電流大于門(mén)限電流電平，則所述比較器具有第二狀態(tài)，偏置源被耦合以在響應(yīng)該第一狀態(tài)時(shí)被啟用且在響應(yīng)該第二狀態(tài)時(shí)被禁止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括耦合在比較器和偏置源之間的復(fù)位計(jì)時(shí)器，所述復(fù)位計(jì)時(shí)器包括延時(shí)計(jì)數(shù)器，當(dāng)該比較器從第二狀態(tài)切換為第一狀態(tài)時(shí)所述延時(shí)計(jì)時(shí)器被觸發(fā)，其中復(fù)位計(jì)時(shí)器進(jìn)一步耦合來(lái)在延時(shí)計(jì)數(shù)器期滿時(shí)啟用偏置源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括可變光學(xué)衰減器，其被耦合來(lái)響應(yīng)于由復(fù)位計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的關(guān)閉標(biāo)志信號(hào)增加由光接收器接收的光能量的光衰減。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括自動(dòng)增益控制電路，耦合到該偏置監(jiān)視器以至少部分基于所述電流產(chǎn)生VOA控制信號(hào)；可變光學(xué)衰減器(“VOA”)，光耦合到所述光接收器，以至少部分基于VOA控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)將由光接收器接收的光能量的光衰減。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括處理器，其被耦合以向自動(dòng)增益控制電路提供至少部分基于電流產(chǎn)生的AGC設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，該AGC設(shè)定點(diǎn)信號(hào)代表所述光接收器的標(biāo)稱操作電流電平，其中該VOA控制信號(hào)要由自動(dòng)增益控制電路至少部分基于AGC設(shè)定點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括VOA監(jiān)視電路，被耦合以向處理器提供代表由自動(dòng)增益控制電路產(chǎn)生的VOA控制信號(hào)的VOA監(jiān)視信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述自動(dòng)增益控制電路包括重載功能，其允許處理器至少部分基于該電流和該VOA監(jiān)視信號(hào)直接調(diào)節(jié)該VOA控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括串聯(lián)連接在光接收器和偏置源之間的電阻，該電阻用以在光功率峰值期間降低光接收器兩端的偏置電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該光接收器包括雪崩光電二極管。
10.一種方法，包括啟用偏置源來(lái)向光接收器提供偏置電壓，該偏置的光接收器具有電流；在該偏置的光接收器接收光能量，其中該電流響應(yīng)于接收的光功率；監(jiān)視流經(jīng)光接收器的電流；以及如果該電流大于門(mén)限電流電平，禁止偏置源。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括如果該電流降到門(mén)限電流電平以下，重新啟用偏置源。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括使用與光接收器串聯(lián)耦合的電阻，來(lái)響應(yīng)于光功率峰值而降低光接收器的偏置電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括在禁止偏置源以后，如果該電流降到門(mén)限電流電平以下產(chǎn)生時(shí)間延時(shí)；在時(shí)間延時(shí)后重新啟用偏置源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)接收的光能量的光衰減，以致于使該電流趨向于操作電流電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中調(diào)節(jié)接收的光能量的光衰減包括至少部分基于該電流調(diào)節(jié)光耦合到光接收器的可變光學(xué)衰減器的控制電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括如果電流大于門(mén)限電流電平，產(chǎn)生關(guān)閉標(biāo)志信號(hào)；以及響應(yīng)該關(guān)閉標(biāo)志信號(hào)，增加該接收的光能量的光衰減。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括至少部分基于該電流，產(chǎn)生輸入電壓；產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于該門(mén)限電流電平的參考電壓；比較輸入電壓與參考電壓；和如果輸入電壓大于參考電壓，禁止該偏置源。
18.一種系統(tǒng)，包括偏置源，向光接收器提供偏置電壓；偏置監(jiān)視器，測(cè)量流經(jīng)光接收器的電流；耦合到偏置監(jiān)視器的比較器，如果電流小于門(mén)限電平，所述比較器具有第一狀態(tài)，如果電流大于門(mén)限電流電平，所述比較器具有第二狀態(tài)，其中偏置源被耦合以在響應(yīng)第一狀時(shí)被啟用，且在響應(yīng)第二狀態(tài)時(shí)被禁止；處理器，耦合到該偏置源以控制該偏置電壓；和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(“SDRAM”)，耦合到處理器以從其中執(zhí)行指令。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括復(fù)位計(jì)時(shí)器，耦合在所述比較器和所述偏置源之間，該復(fù)位計(jì)時(shí)器包括延時(shí)計(jì)時(shí)器，當(dāng)所述比較器從第一狀態(tài)切換到第二狀態(tài)時(shí)，延時(shí)計(jì)時(shí)器被觸發(fā)，其中所述復(fù)位計(jì)時(shí)器還被耦合以在延時(shí)計(jì)數(shù)器期滿時(shí)啟用所述偏置源。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括自動(dòng)增益控制電路，耦合到所述偏置監(jiān)視器，以至少部分基于電流產(chǎn)生VOA控制信號(hào)；可變光學(xué)衰減器(“VOA”)，光耦合到所述光接收器，用以至少部分基于VOA控制信號(hào)調(diào)節(jié)由所述光接收器接收的光能量的光衰減。
全文摘要
一種用于光接收器電路保護(hù)的設(shè)備，包括偏置源、偏置監(jiān)視器和比較器。該偏置源向光接收器提供偏置電壓。該偏置監(jiān)視器被耦合以測(cè)量流經(jīng)光接收器的電流，其中該電流響應(yīng)于接收的光能量而改變。比較器被耦合到該偏置監(jiān)視器，如果電流小于門(mén)限電流電平，則比較器具有第一狀態(tài)，如果電流大于門(mén)限電流電平，則比較器具有第二狀態(tài)。偏置源被耦合來(lái)在響應(yīng)比較器切換到第一狀態(tài)時(shí)被啟用，且在響應(yīng)比較器切換到第二狀態(tài)時(shí)被禁止。
文檔編號(hào)H04B10/06GK1983879SQ20061006392
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
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