用於平行光連接的控制電路的製作方法
2023-12-03 01:30:46 1
專利名稱：用於平行光連接的控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及平行光連接，特別是用於平行光連接的控制電路。
不同於以串聯形式傳輸信號的通常單個雷射(串聯)傳輸鏈，一種平行光連接系統以平行形式傳輸信號。在傳輸器的運行中，數據信號以平行形式被輸入到信號處理和雷射驅動電路。然後該電路控制數據信號的雷射光輻射的發射。在接收器中，光信號經由光檢測器和信號處理電路轉換回電數據信號。對於本發明的平行光連接系統，若干構成整體的垂直共振腔表面發射雷射器(VCSELs)被用於從發射器進行信號發射。
儘管該具有VCSELs的平行光連接系統同通常的單個或串聯傳輸鍵相比較在達到較高的數據傳輸速度方面獲得成功，但它在平行信號處理的本質方面會產生某些性能控制及可靠性等的難題。
一個主要問題源於VCSEL的性能，由於環境條件的變化，例如溫度變化，VCSELs的老化特性或在雷射驅動電路中的電路特性的漂移而導致VCSELs的輸出光功率的波動。在通常的單個或串聯傳輸鏈中，從雷射器的數據輸出被編碼成平衡dc，該dc平衡技術允許一個去在該雷射器的一個面上設置一光檢測器監視器，即不用耦合到該光纖維中。該光檢測器從雷射器發射的雷射中接收一適當的部分，並傳遞一反饋信號給雷射驅動電路以校正該雷射器輸出光功率的波動。然而，該方法對於平行光連接系統來說是不夠的並有些麻煩。對每個和VCSELs的每一個，它都需要一光檢測器和一反饋電路。另外，該dc平衡技術不適用於如在當前平行光連接系統中使用的非編碼dc信號。
最近，發明人開發了一種新方法，將監視光檢測器集成到VCSELs中以便在平行光連接系統中對雷射器輸出光功率提供調節，看專利申請號為08/217,531的美國專利，可結合這裡的文章參看其全文作為參考。然而，對於雷射器輸出光功率波動的監視器及自動補償的方法和設備仍然是極為需要的，以可靠地利用平行光連接系統。
而且，在發射器中的雷射器光功率的波動影響在接收器中數據信號的恢復，這樣，不管是任何信號的波動也存在著適當恢復數據信號的需要。
另一類問題來自平行處理的本質。不同於使用ac耦合接收器的通常的單個(串聯)傳輸鏈，每個都有一時鐘恢復電路，而平行光連接系統具有斜交，即在一組平行連接中的信號不能同時到達接收器。時鐘信號在平行的分別的線上隨同數據被平行傳輸。斜交可能由相同的因素引起，該因素導致VCSELs的輸出光功率的波動。例如，由於在平行光連接系統中被傳輸的信號未編碼和沒有dc平衡，在傳輸期間某些VCSELs比其它傳輸更多的高電平(1電平)信號。這幾乎就確保了這些VCSELs在運行期間具有較高的溫度。該溫差對VCSELs陣列的一端到另一端可能極為明顯，這個雷射器基片的溫差恰是斜交問題的來源。
在平行光連接系統中，微弱的時鐘信號可能是另一個斜交源。因為時鐘信號隨同數據被傳輸，這個時鐘信號被用於提取數據信號，如果在時鐘轉換時間內該精確的位置不能確定，這也就產生了類似的斜交。
在傳輸期間因為斜交能引起數據信號的嚴重失真，這樣也就抵消了使用平行系統的優點，對於平行光連接系統來說哪怕有極少的斜交也是很關鍵的。
從而本發明的一個目的是對監視器提供簡單有效的電子電路，以便對由於在發射器中基片溫度的變化和老化特徵導致的雷射輸出光功率波動而在發射器和接收器中進行監視和自動補償，並在該平行光連接系統的接收器中恢復數據信號。
本發明的另一個目的是監視該垂直共振腔表面發射雷射器(VCSELs)中的一個輸出並使用該輸出去控制在該陣列中的其它VCSELs的輸出。
本發明還有另一個目的是在平行數據信號傳輸中降低或避免斜交。
本發明的平行光連接系統包括一光發射器，一光接收器，和由光纖維構成的光連接器。該光發射器經由大量光纖維發射大量dcNon-Return-to-Zero(NRZ)數據信號和至少一個時鐘信號到光接收器。
在本發明的一個實施例中，光發射器包括大量集成在一起的垂直共振腔表面發射雷射器(VCSELs)和其中的雷射驅動電路和用於高電平雷射輸出功率的一雷射器驅動穩流器。每個雷射驅動電路都有一信號輸入端和一控制端。該雷射驅動穩流器包括一VCSELs，對此的雷射驅動電路，一光檢測器，和一雷射驅動電流補償器電路。
用在雷射驅動穩流器中的VCSELs被集成在利用相同處理過程的其它VCSELs的相同基片上並被選定鄰接於用於時鐘信號傳輸的該VCSEL。該驅動電流補償器，經由光檢測器高電平雷射輸出監視它的VCSEL的功率波動並給VCSEL驅動電路的每一個的控制端提供反饋控制信號，以對高電平雷射功率波動進行自動補償。
在本發明的另一實施例中，雷射驅動穩流器包括一高電平雷射驅動電流監視器，一低電平雷射驅動電流監視器，和一雷射驅動電平校正器。該高電平雷射驅動電流監視器和該低電平雷射驅動電流監視器的每一個包括一VCSEL，和其中的一雷射驅動電路，一光檢測器，和一驅動電流檢測器。該雷射驅動穩流器監視器監視高電平和低電平雷射輸出功率波動這兩方面並反饋控制信號給每個VCSEL驅動電路，對功率波動進行補償。
在本發明的另一實施例中，響應大量dc NRZ數據和一獨立時鐘信號的光接收器包括大量信號接收器和多級信號放大器和一時鐘信號光電流均衡器。
該時鐘光電流均衡器恢復該時鐘信號並根據被恢復的時鐘信號產生基準電流，進而，該信號接收器恢復利用基準電流電平的數據信號。最後，該被恢復的數據信號在從接收器輸出之前利用多級信號放大器進行放大。
進一步依據本發明，利用用於時鐘信號傳輸的而不是數據信號的更精確的定時VCSEL，利用用於時鐘信號傳輸的至少兩個VCSELs和利用數據VCSELs中的交替的時鐘VCSELs可以降低或避免時鐘斜交。
本發明的其它目的和特點，通過以下最佳實施例的詳細描述將會更為明顯。
以下介紹本發明的有關附圖
圖1是平行光連接系統的第一最佳實施例的光發射器的方框圖；圖2是平行光連接系統的第二最佳實施例的光發射器的方框圖；圖3是上述實施例的在光發射器中使用的共陰極VCSEL驅動電路的最佳電路結構；圖4是平行光連接系統的第三最佳實施例的光接收器的方框圖；圖5是圖4實施例中的光接收器中使用的高增益互跨阻抗放大器的電路圖；圖6是圖4實施例的光接收器中使用的後放大器/限制器的電路圖；圖7是圖4實施例中的光接收器使用的CMOS輸出放大器的電路。
本發明的平行光連接系統包括一光發射器，一光接收器，和一光連接器。在頭兩個實施例中的平行光連接系統的發射器中執行Non-Return-to-Zero(NRZ)數據的連續傳輸。在這些實施例中的電子電路不僅能夠監視由於雷射器基片溫度變化和雷射器老化特性而引起的垂直共振腔表面發射雷射器(VCSEL)的輸出光功率的波動，而且能夠對由於上述影響而導致的VCSEL輸出功率進行自動補償。該第三最佳實施例在接收器中被執行相同的功能。
圖1是在平行光連接系統的發射器中實現的本發明第一實施例的方框圖。在該實施例中假設低電平雷射驅動電流非常接近於光激發射的閾值，也就是不需要補償，它僅需要對較高電平雷射輸出功率中的波動進行補償。該光發射器包括一信號傳輸發生器100和一用於高電平雷射輸出功率的雷射驅動穩流器150。該信號傳輸發生器經由大量光連接器的光纖維傳輸NRZ數據和時鐘信號到光接收器(未示出)。信號傳輸發生器100包括大量的集成在一起的VCSELs110，每一個都由一雷射驅動電路120驅動。最好是，雷射驅動電路一個接一個地連接到VCSELs110。每個雷射驅動電路都有一信號輸入端121和一控制端122。雷射驅動穩流器150包括一VCSELs160，一雷射驅動電路170，一光檢測器180，和一雷射驅動電流補償器190。雷射器160利用構成VCSELs110的相同加工過程集成在VCSELs110的同一基片上並具有相同的尺寸。雷射驅動電路170和雷射驅動電路120是一樣的並具有一信號輸入端121和一控制端122。雷射驅動電流補償器190具有一輸入端191和一輸出端192，該輸出端被連接到每個雷射驅動電路的控制端122，和輸入端191被連接到光檢測器180。
在同一基片上的相鄰VCSELs可以製造成一致的並在L-I和I-V特性方面相互間會有極好的匹配，此外，相鄰的VCSELs經歷著相同的熱過程並具有相同的基片溫度變化，這樣，一種優點是能根據對相鄰VCSEL的監視來確一VCSEL的運行特性，最好是，雷射驅動穩流器的VCSEL160被送在相鄰於用於時鐘信號傳輸的VCSEL，以便穩流器150精確地監視時鐘信號VCSEL的運行。
在圖1實施例中，50％的佔空時鐘信號是雙工的並用於驅動在發射器中兩個相鄰的VCSELs，一個VCSEL110用於隨同dc NRZ數據發射時鐘信號到光連接器的光纖維；另一個VCSEL、雷射器160用於在雷射驅動穩流器中調製一雷射束，以便於它能攜帶一相等的時鐘信號。來自雷射器160的光束輻射光檢測器180，該光檢測器180將光時鐘信號轉換成電時鐘信號，並將電時鐘信號送到雷射驅動電流補償器。該電流補償器監視對應於高電平雷射輸出光功率的電流。如果高電平雷射輸出光功率維持在足夠用於可靠發射的電平上，該驅動電流補償器不幹予。然而，當高電平雷射輸出光功率降落到用於最佳運行所必須的電平之下時，不管是由雷射器基片溫度變化引起的還是由VCSEL的老化特性引起的，該雷射驅動電流補償器190檢測電流幅度並對每個雷射驅動電路120提供一反饋，以便對在雷射輸出光功率中的波動進行補償。其結果是，不管該雷射器的任何環境變化和/或老化特性，該dc NRZ數據和時鐘信號的高電平雷射輸出功率被維持在最佳運行範圍。在最佳功率範圍的發射器的選擇簡化了接收器的複雜性、大小和功率耗散。
本發明的第二實施例詳述了由於VCSELs的雷射器基片溫度變化和/或老化特性而對高電平和低電平雷射輸出功率這兩方面的自動調節。電子電路動態地確定該雷射驅動電流電平是否必須被調節以便在最佳偏置點保持VCSELs對信號的傳輸，這樣對數據就有了低誤差位率。
如圖2所示，響應於大量dc NRZ數據和一獨立時鐘信號的光發射器包括一信號傳輸發生器200和用於高電平和低電平輸出功率這兩方面的雷射驅動穩流器250。該信號傳輸發生器用於傳輸dcNRZ數據和時鐘信號到光連接器的大量光纖維。信號傳輸發生器200包括集成在一起的大量VCSELs210，每一個都由一雷射驅動電路220來驅動。最好雷射驅動電路220在一個對著一個的軸基礎上被連接到VCSELs210。每個雷射驅動電路220具有一信號輸入端221和兩個控制端222，223。控制端222被用於控制雷射驅動電路220的低電平輸出，控制端223被用於控制高電平輸出。雷射驅動穩流器250包括一低電平雷射驅動電流監視器260，一高電平雷射驅動電流監視器280，和一雷射驅動電平校正器290。每個高電平雷射驅動電流監視器280和低電平雷射驅動電流監視器260分別包括一VCSEL262，282，一雷射驅動電路264，284，一光檢測器266，286，和一雷射驅動電流檢測器268，288。雷射驅動電路264具有一信號輸入端221和一低電平控制端222，和驅動電路284具有一信號輸入端221和一高電平控制端223。
雷射驅動電平校正器具有兩個輸入端和兩個輸出端。輸入端分別被連接到高電平和低電平雷射驅動電流監視器的雷射驅動電流檢測器；和輸出端被連接到每個雷射驅動電流的高電平和低電平控制端。
雷射器262和282利用相同的加工處理被集成在雷射器210的同一基片上一起構成雷射器210，它們都具有相同的尺寸。最好是，雷射器262和282被選定在相鄰並熱耦合用於時鐘信號傳輸的VCSEL，這樣，它們就會經受相同的熱過程並具有相同的老化特性。
在圖2的實施例中，50％的佔空時鐘信號被複製並被傳送到該發射器的三個相鄰VCSELs。第一VCSEL被用於隨同dc NRZ數據傳輸時鐘信號到光纖維；第二VCSEL被用在高電平雷射驅動電流監視器並由高電平(即1電平)時鐘信號連續驅動；和第三VCSELs被用在低電平雷射驅動電流監視器並由低電平(即0電平)時鐘信號連續驅動。
對高電平雷射輸出功率波動的監視和自動補償類似於第一實施例的情況。在低電平雷射輸出功率監視和自動調節中，來自VCSEL262的雷射束輻射光檢測器266，光檢測器266對應於時鐘低信號產生一電流信號，該電流信號被送到低電平驅動電流監視器260。
雷射驅動電平校正器290連續檢查高電平和低電平時鐘信號這二者的電流幅度並動態地確定該雷射驅動電流電平是否必須要調節以保持該VCSELs210是在最佳偏置點傳輸信號。其結果是，dcNRZ數據和時鐘信號的高電平雷射輸出功率被維持在最佳運行範圍，而低電平雷射輸出功率被確定在光激射閾值電平。該實施例能使光發射器的運行避免雷射器的任何環境變化和/或老化特性的影響，這樣，對數據來說就有了低誤差位率。
圖3描述了第一和第二實施例中用在光發射器中的共陰極VCSEL驅動電路的最佳電路配置。該VCSEL驅動電路包括一高電平雷射電流供應器300，一低電平雷射電流供應器350，和一輸入—輸出控制電路330。該被傳輸的信號被送到圖3節點311處的驅動電路和被送到VCSEL的輸出端312。該電路進一步包括4個電流鏡電晶體301，302；電晶體304，306；電晶體307，308；和電晶體309，310。在該最佳實施例中，兩個電晶體301和302放大常數為60；兩個電晶體304和307放大常數為240；電晶體306放大常數為480；電晶體308放大常數為120；和兩個電晶體309和310放大常數為24。
VCSEL驅動電路的運行原理如下述。在輸入輸出控制電路330中，當輸入信號在節點311是低電平時，電晶體303開路，即非導通或關斷，和電晶體305關閉，即導通或接通。其結果是，電流不能通過電晶體303從高電平雷射電流供應器流動。在低電平雷射電流供應器350中，一外部電阻R1提供一電流I1到構成電晶體310和309的一通導晶片鏡象電路(on-chip mirror Circuit)。該電流I1被進一步鏡象到輸出端312，該輸出端312通過構成電晶體307和308的另一鏡象電路到該共陰極VCSEL。從而，具有2I1輻度的雷射驅動電流被輸出到用於低電平信號傳輸的VCSEL。在這裡有分別從鏡象電路310和309和鏡象電路307和308的放大常數率的積的兩個因數。
當輸入信號在節點311是高電平時，在輸入輸出控制電路330中的電晶體303被關閉。在雷射高電平電流供應器330中，一外部電阻Rh提供一電流Ih到構成電晶體301和302的導通晶片鏡象電路。該電流Ih通過電晶體303被進一步鏡象到輸出端經由構成電晶體304和306的另一鏡象電路到共陰極VCSEL。基於上述類似原理獲得兩個因數。與此同時，來自低電平雷射電流供應器350的電流2I1仍然提供給VCSEL。因而，對應於幅度等於2Ih和2I1之和的高輸入信號的雷射驅動電流被輸出到VCSEL，用於高電平信號傳輸。
本發明第三實施例指明了用於建立動態閾值的方法和設備，以便於在接收器中恰當恢復dc耦合NRZ數據而不管傳輸衰減。
參考圖4，響應於大量dc NRZ數據和一獨立時鐘信號的一光接收器包括一信號接收器400，一多級信號放大器440和一時鐘光電流均衡器470。該信號接收器包括大量信道信號接收器430，對每個光連接器的纖維的一個進行指明；和放大器包括類似大量數目的通道放大器450。
每個信道信號接收器同樣都包括一光檢測器431，一P型金屬氧化物半導體電晶體(PMOS)432，和由電晶體433和434構成的一N型場效應電晶體(NFET)鏡象電路。
每個多級信道信號放大器450同樣都包括一互阻抗放大器455，一後放大器/限制器460和一CMOS輸出放大器465。這三個放大器相互同樣的排列形式串聯連接。互阻抗放大器被連接到光檢測器431和圖4所示每個信號接收器中的NFET鏡象電路電晶體中的一個之間的節點上。
時鐘光電流均衡器470被用於恢復該時鐘信號和產生一電流基準電平。它包括一光檢測器471，一電容器473和兩個鏡象電路，該鏡象電路是由兩個電晶體475和477構成的一PMOS鏡象電路和由兩個電晶體479和481構成的一NFET鏡象電路。電容器473被連接在正電壓和光電流均衡器470的電晶體475和477的柵極之間。光電流均衡器470的輸出送到信道信號放大器450；另一輸出被送到在每個信道信號接收器430的電晶體432的柵極。
用於建立動態閾值以便在接收器中恢復dc NRZ數據和時鐘信號的電子電路的工作原理如下所述。當光檢測器471由於被攜帶有時鐘信號的光輻射所照射時，光檢測器471產生一光電流。該時鐘信號光電流然後由電容器473均衡，均衡光電流通過時鐘光電流均衡器的兩個鏡象電路被兩倍鏡象並返回到節點485，和用作為一基準電流電平並輸出時鐘信號給連接在節點485處的互阻抗放大器455。
另外，該均衡時鐘光電流用作為用於在平行光連接系統的接收器中恢復dc NRZ數據的基準電流電平。相應地，該均衡時鐘光電流被傳送到每個信道信號接收器的電晶體432，並給由NFET鏡象電路被依次鏡象到輸入給互阻抗放大器455的節點435。當由光檢測器產生的dc NRZ數據光電流疊加在均衡時鐘光電流上時，該合成電流然後輸入給互阻抗放大器和該多級放大器放大該數據信號。
圖4所述互阻抗放大器用於小信號放大。圖5是相應的高增益互阻抗放大器電路。電晶體501-509是金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFETS)，另外，放大器電路分別需要+5V和-5V一對電壓源作電源。當攜帶有dc NRZ數據的電流信號進到輸入節點520時，互阻抗放大器將該相對少的電流信號轉換成兩個大的電壓信號並從輸出端530和540輸出這些信號到下一個放大器。
在互阻抗放大器的最佳實施例中，對電晶體501至508；電晶體509和510；和電晶體511至514的放大常數分別是24，60和12。
圖4中的後放大器/限制器460在傳導阻抗放大器455和CMOS輸出放大器465之間提供一接口以便預防在放大中的任何信號波動。圖6是後放大器/限制器電路圖，互阻抗放大器輸出端530和540被連接到後放大器/限制器的輸入端620和630。電晶體601-609是MOSFET電晶體。該電路需要一對+5V和-5V電壓源作為電源。電晶體605控制電路偏流；和電晶體606和607的功能是分別作為電晶體608和609的電阻負載。後放大器/限制器可以根據不同的運行方式調節信號。當它在線性範圍內運行時，後放大器/限制器可以起放大器作用；當它處於飽和範圍時，後放大器/限制器起限制器作用，僅輸出幅度等於+5V或-5V的信號。隨後，來自後放大器/限制器的端640和650的輸出電路信號與輸入電壓信號成線性比例，和最後的NRZ數據輸出在以前放大級中不會受任何大波動的影響。
後放大器/限制器的最佳實施例中，電晶體601和602；電晶體603和604；電晶體605，和電晶體606至609的放大常數分別是60，6，9和12。
圖4中的CMOS輸出放大器465轉換放大的差動電壓信號為適當的電流信號作為最後的數據輸出。圖7是該放大器的電路圖。電晶體701-711是MOSFET電晶體，電晶體708和710形成一鏡象電路，電晶體706和707是分別作為電晶體704和705的電阻負載。來自後放大器/限制器的輸出電壓信號被送到CMOS輸出放大器的端730和740，電晶體704和705相應地在節點760和770分別產生一電壓信號。在節點760的電壓信號控制電晶體711並在電晶體711中產電流信號，該電流信號與在端730輸入的電壓信號成比例。相類似，在節點770的電壓信號控制電晶體709並在電晶體709中產生一電流信號，該電流信號與輸入在端740的電壓信號成比例，進而，該電流信號經由電晶體708和710的鏡象電路鏡象到節點790。這兩個電流信號在節點790被疊加在一起以便在負載750上提供一輸出。其結果是，dcNRZ數據和時鐘信號在平行光連接的接收器中被完全恢復成與原始信號特性相同的信號。
CMOS輸出放大器的最佳實施例中，電晶體701；電晶體702和703；電晶體704和705；電晶體706和707；和電晶體708和711的放大常數分別是6，9，60，12和24。
本發明進一步的實施例將描述降低或避免從經由在平行光連接系統中的特殊配置傳輸時鐘信號而產生的斜交問題。
降低或避免時鐘信號斜交問題的一個方法是使用比在平行光連接系統發射器中的用於數據信號傳輸的VCSEL更精密的定時VCSEL來進行時鐘信號傳輸。由於整個系統的性能取決於時鐘信號的質量，所以就要利用比用於NRZ數據傳輸的VCSEL更精密的定時VCSEL來改進時鐘信號傳輸。進一步的改進可以利用較高質量的雷射驅動電路去驅動時鐘信號VCSEL來達到，以便從驅動電路中使噪聲的產生減至最小。
上述方法也可以用在發射器中的多重形式交叉平行VCSEL陣列中，以便進一步減小時鐘斜交問題。在這種情況下，在發射器中的大量數據信號VCSELs中至少兩個時鐘信號VCSELs(最好是單數個VCSELs)被交替使用，每個時鐘信號VCSELs傳輸相同的時鐘信號。在接收器中，被傳輸的時鐘信號被比較並且在多票(majority vote)決定，當在時鐘信號的1電平和0電平之間傳輸時應選擇用於數據信號的恢復。使用多重時鐘信號VCSELs避免由於僅使用單時鐘信號所產生的誤差，這樣進一步減小了時鐘斜交問題。冗餘方法的優點是，單時鐘信號VCSEL的故障不會使平行光連接系統的正常運行受到影響。
多重時鐘信號VCSELs的使用也能提供用於監視在基片上交叉VCSEL陣列的局部溫度的手段。由它們被配置在VCSEL陣列的不同部分，時鐘信號VCSELs具有不同的傳輸特性，這取決於它們被相同手段組裝起來的它們的局部的溫度。這樣，利用監視來自嵌入在數據信號VCSEL陣列中的時鐘信號VCSELs的被傳輸的時鐘信號，這個方法允許交叉該基片上的VCSEL陣列的實際的和連續的測量。
非常明顯，不脫離本發明的精神和範圍，該技術領域的技術人員可以很容易作出各種修改。特別應強調的是，實現本發明的使用的光發射器類型的有效獨立部分，除VCSELs之外，能有效實現同樣效能的有光發射二極體(LEDs)，表面發射光發射二極體(SLEDs)，共振腔增強的LEDs(RCLEDs)和邊緣發射半導體雷射器。
雖然本發明已經結合最佳實施例及附圖進行了全面描述，應注意，本技術領域的技術人員可以做出各種變化和修改。這些變化和修改是包括在本發明權利要求所限定的範圍內，除非它們以此全然不同。
權利要求
1.響應於大量dc數據信號和一獨立時鐘信號的一平行光連接系統，所述系統包括一光發射器；所述光發射器包括大量集成在一起的光發射極和其中的光發射極驅動電路，每個所述光發射驅動電路具有一個信號輸入端和至少一個控制端；所述信號輸入端接收所述數據信號和所述時鐘信號；一光接收器；所述光接收器包括大量光檢測器和信號處理電路，每個所述信號處理電路具有一個信號輸出端；一光連接器；所述光連接器包括大量光纖維，所述光纖維同所述光發射器的所述光發射極和所述光接收器的光檢測器排成一行；和用於產生控制信號的裝置，該控制信號被提供給所述光發射極驅動電路的至少一個控制端。
2.根據權利1的平行光連接系統，其中所述產生裝置進一步包括用於高電平光發射極輸出功率的一光發射極驅動穩流器。
3.根據權利2的平行光連接系統，其中所述光發射極驅動穩流器包括一光發射極，其中一光發射極驅動電路，一光檢測器，和一光發射極驅動電流補償器。
4.根據權利3的平行光連接系統，其中所述用於所述光發射極驅動穩流器的光發射極被設置在相鄰於用在所述時鐘信號傳輸的光發射極的基片上。
5.根據權利3的平行光連接系統，其中所述光發射極驅動電路補償器具有一輸出端，所述輸出端被連接到每個所述光發射極驅動電路的所述控制端。
6.根據權利2的平行光連接系統，其中所述光發射極驅動穩流器監視它的光發射極的高電平光發射極輸出功率波動並反饋給每個所述光發射極驅動電路以便對高電平光發射極功率波動進行自動補償。
7.根據權利1的平行光連接系統，其中所述光發射器進一步包括一光發射極驅動穩流器，用於高電平和低電平光發射極輸出功率這兩個方面。
8.根據權利7的平行光連接系統，其中所述光發射極驅動穩流器包括一高電平光發射極驅動電流監視器，一低電平光發射極驅動電流監視器，和一光發射極驅動電平校正器。
9.根據權利8的平行光連接系統，其中所述高電平光發射極驅動電流監視器和所述低電平光發射極驅動電流監視器的每一個都包括一光發射極，其中的一光發射極驅動電路，一光檢測器，和一光發射極驅動電流檢測器。
10.根據權利9的平行光連接系統，其中所述用於高電平光發射極驅動電流監視器和低電平光發射極驅動電流監視器的光發射極被設置在相鄰於用於所述時鐘信號傳輸的光發射極的基片上。
11.根據權利8的平行光連接系統，其中所述光發射極驅動電平校正器具有兩個輸出端和兩個輸入端，所述輸出端被連接到每個所述光發射極驅動電路的所述控制端，而所述輸入端被分別連接到所述高電平和低電平光發射極驅動電流監視器的所述高電平光發射極驅動電流檢測器。
12.根據權利7的平行光連接系統，其中所述光發射極驅動穩流器監視它的光發射極的高電平和低電平光發射極輸出功率波動並反饋給每個所述光發射極驅動電路，以便對所述功率波動進行自動補償。
13.根據權利1的平行光連接系統，其中所述光接收器進一步包括一時鐘信號光電流均衡器。
14.根據權利13的平行光連接系統，其中所述時鐘信號光電流均衡器包括一電容器和兩個鏡象電路。
15.根據權利14的平行光連接系統，其中所述兩個鏡象電路分別是P型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體鏡象電路和N型場效應電晶體(NFET)鏡象電路。
16.根據權利14的平行光連接系統，其中所述時鐘信號光電流均衡器同用於接收所述時鐘信號的光檢測器相連接，從所述時鐘信號產生一基準電流電平，然後利用所述基準電流電平恢復所述時鐘信號。
17.根據權利1的平行光連接系統，其中所述每個光接收器的信號處理電路包括一數據信號恢復電路和多級信號放大器。
18.根據權利17的平行光連接系統，其中所述數據信號恢復電路包括一PMOS電晶體和一NFET鏡象電路。
19.根據權利18的一平行光連接系統，其中所述數據信號恢復電路，同所述光檢測器的一個且僅只一個相連接，在所述基準電流電平的基礎上恢復一個所述dc NRZ數據。
20.根據權利17的平行光連接系統，其中所述多級信號放大器包括一互阻抗放大器，一後放大器/限制器，和一CMOS輸出放大器，所述三個放大器按同樣順序相互以串聯形式連接。
21.根據權利17的平行光連接系統，其中所述多級信號放大器的每一個都被連接到所述光檢測器中的一個且僅只一個。
22.根據權利14的平行光連接系統，其中所述電容器被連接到所述信號處理電路的每一個的所述數據信號恢復電路的所述PMOS電晶體。
23.根據權利1的平行光連接系統，其中用於傳輸所述時鐘信號的光發射極比用於傳輸所述dc NRZ數據信號的光發射極是更精密地定時的。
24.根據權利1的平行光連接系統進一步包括用於時鐘信號傳輸的至少兩個光發射極，所述時鐘光發射極交替配置在數據光發射極中。
25.根據權利1的平行光連接系統，其中所述發射極是垂直共振腔表面發射雷射器(VCSELs)。
26.根據權利1的平行光連接系統，其中所述光發射極是光發射二極體(LEDs)。
27.根據權利1的平行光連接系統，其中所述光發射極是共振腔增強光發射二極體(RCLEDs)。
28.根據權利1的平行光連接系統，其中所述光發射極是邊緣發射半導體雷射器。
29.響應大量dc數據和一獨立時鐘信號的一光發射器，所述發射器包括大量集成在一起的光發射極和其中的光發射極驅動電路，所述光發射極驅動電路的每一個都具有一信號輸入端和一控制端；和一光發射極驅動穩流器，用於高電平光發射極輸出功率，所述光發射極驅動穩流器包括一光發射極，其中的一光發射極驅動電路，一光檢測器，一光發射極驅動電流補償器，和對光發射極驅動電路的所述控制端的反饋裝置。
30.根據權利29的光發射器，其中所述用於光發射極驅動穩流器的光發射極被設置在相鄰於用於所述時鐘信號傳輸的一光發射極的基片上。
31.根據權利29的光發射器，其中所述光發射極驅動電流補償器電路具有一輸出端，所述反饋裝置連接於所述輸出端，該輸出端到所述光發射極驅動電路的每一個的所述控制端。
32.根據權利29的光發射器，其中所述光發射極驅動穩流器監視其中它的光發射極的高電平光發射極輸出功率的波動並反饋給每個所述光發射極驅動電路，以便對高電平光發射極功率波動進行自動補償。
33.根據權利29的光發射器，其中所述光發射極是垂直共振腔表面發射雷射器(VCSELs)。
34.響應大量dc數據和一獨立時鐘信號的一光發射器，所述發射器包括大量集成在一起的光發射極和其中的光發射極驅動電路，所述光發射極驅動電路的每一個都具有一信號輸入端和兩個信號輸出端；和用於高電平和低電平輸出功率這兩方面的一光發射極驅動穩流器，所述光發射驅動穩流器包括一高電平光發射極驅動電流監視器，一低電平光發射極驅動電流監視器，一光發射極驅動電平校正器，和對於所述大量光發射極驅動電路的所述控制端的至少一個的反饋裝置。
35.根據權利34的光發射器，其中所述高電平光發射極驅動電流監視器和所述低電平光發射極驅動電流監視器的每一個分別包括一光發射極，其中的一光發射極驅動電路，一光檢測器，和一光發射極電流檢測器。
36.根據權利35的光發射器，其中用於所述高電平光發射極驅動電流監視器和所述低電平光發射極驅動電流監視器這兩方面的所述光發射極被設置在相鄰於用於所述時鐘信號傳輸的一光發射極的基片上。
37.根據權利35的光發射器，其中所述光發射極驅動電平校正器有兩個輸出端和兩個輸入端，和所述輸出端通過所述反饋裝置被連接到所述光發射極驅動電路的每一個的所述控制端，而所述輸入端被分別連接到所述高電平和低電平光發射極驅動電流監視器的所述光發射極驅動電流檢測器。
38.根據權利35的光發射器，其中所述光發射極驅動穩流器監視它的光發射極的高電平和低電平這兩方面的光發射極輸出功率的波動，並反饋給對功率動進行自動補償的所述光發射極驅動電路的每一個。
39.根據權利38的光發射器，其中所述光發射極是垂直共振腔表面發射雷射器(VCSELs)。
40.響應大量dc數據和一獨立時鐘信號的一光接收器，所述光接收器包括大量的信號接收器和多級信號放大器，每個所述信號接收器包括一光檢測器，一P型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體，和一N型場效應電晶體(NFET)鏡象電路；每個所述多級信號放大器包括一互阻抗放大器，一後放大器/限制器，和一CMOS輸出放大器，所述三個多級信號放大器以相同方式被相互串聯連接；和一時鐘信號光電流均衡器，所述時鐘信號光電流均衡器包括一光檢測器，一電容器，兩個鏡象電路和用對每個信號接收器提供一控制信號的裝置，該控制信號是利用所述光檢測器接收的一時鐘信號中導出來的。
41.根據權利40的光接收器，其中所述電容器被連接到所述信號接收器的每一個的所述PMOS電晶體。
42.根據權利40的光接收器，其中所述兩個鏡象電路分別是PMOS電晶體鏡象電路和NFET鏡象電路。
43.根據權利40的光接收器，其中所述多級信號放大器的每一個被連接到所述信號接收器的所述光檢測器的一個且僅只一個。
44.根據權利40的光接收器，其中所述時鐘光電流均衡器從所述時鐘信號產生一基準電流電平，並進一步利用所述基準電流電平恢復所述時鐘信號。
45.根據權利40的光接收器，其中所述信號接收器利用基準電流電平恢復所述數據信號和所述已被恢復的數據信號由所述多級信號放大器進行放大。
46.在響應大量dc數據信號和一獨立時鐘信號的一平行光連接系統中降低或避免時鐘斜交的方法，所述方法包括的步驟有利用大量光源並從而產生大量光數據信號的具有第一定時精度的一光發射極傳輸每個所述數據信號；利用具有比所述第一定時精度更精確的第二定時精度並從而產生一光時鐘信號的一光發射極傳輸所述時鐘信號；在一遙控接收器中接收所述光數據信號和所述光時鐘信號；監視用於已被發射過的輸出功率的所述光時鐘信號；和基於所述光時鐘信號調節所述光源的輸出功率。
47.在響應於大量dc數據和一獨立時鐘信號的平行光連接系統中降低或避免時鐘斜交的方法，所述方法包括如下步驟使用至少兩個光發射極，用於所述時鐘信號的傳輸並從而產生兩個光時鐘信號；在一發射器中的數據光發射極中交替配置所述時鐘光發射極並從而產生光數據信號；隨同所述光數據信號傳輸所述光時鐘信號；隨同所述光數據信號接收所述光時鐘信號；為發射輸出的功率監視所述光時鐘信號；和基於至少一個所述光時鐘信號調節所述光源的輸出功率。
48.根據權利47的在平行光連接系統中避免或降低時鐘斜交的方法進一步包括的步驟有均衡所述光信號，用於確定一均衡發射的輸出功率；監視所述均衡發射的輸出功率；和基於所述均衡發射的輸出功率調節所述光源的輸出功率。
49.根據權利47的在平行光連接系統中降低或避免時鐘斜交的方法進一步包括的步驟有利用如光發射極那樣相同數目的光接收器用於所述時鐘信號的接收；和在接收器中對應於所述時鐘光發射極設置所述光檢測器。
全文摘要
披露了較好地利用傳輸大量dc NRZ數據和一獨立時鐘信號的平行光連接系統的簡單而有效的電子電路。本發明對在發射器和接收器這二者中的光發射極的基片溫度和老化特性的影響進行動態補償。另外，光發射極的特殊配置用於降低或避免斜交問題。
文檔編號H04B10/00GK1128444SQ9511866
公開日1996年8月7日 申請日期1995年9月29日 優先權日1994年9月29日
發明者S·E·施韋亨, I·R·麥塔加特 申請人:韋塞爾公司