具有電源功率控制的雷射傳送裝置及其方法
2023-06-28 12:30:51 1
專利名稱：具有電源功率控制的雷射傳送裝置及其方法
技術領域：
本發明關於雷射傳送器，特別是一種具有電源功率控制的雷射傳送裝置及其方法。
背景技術：
突發模式雷射傳送器(Burst mode laser transmitter)廣泛地應用於千兆位元無源光纖網路(gigabit passive optical network ;GPONs)。圖1為現有技術的突發模式雷射傳送器100的功能區塊圖。雷射傳送器100包含雷射驅動器110、雷射二極體120、光纖 130、光電二極體(MPD)140 及自動功率控制(Automatic Power Control ;APC)單兀 150。雷射驅動器110用以接收傳輸數據TXD、傳輸致能信號TE、偏壓電流Ibias、調變電流Imqd，輸出一輸出電流I。。雷射二極體120用以接收此輸出電流I。並發射一光信號。光纖(opticalfiber)130用以接收此光信號。光電二極體140用以接收從雷射二極體120而來的光信號的一部分，並輸出一光電二極體電流IPD。自動功率控制單兀150用以接收光電二極體電流IPD、傳輸數據TXD及傳輸致能信號TE，輸出偏壓電流Ibias及調變電流IMQD。於此，Vdd代表供電節點。圖1為現有技術的突發模式雷射傳送器100的時序圖。當傳輸致能信號TE為未拉起(de-asserted)時，突發模式雷射傳送器100禁能，且輸出電流10為零；於此，雷射二極體120亦無發射出光信號。當傳輸致能信號TE為拉起(asserted)時，突發模式雷射傳送器100致能，並且輸出電流Itj會以下述的方法依照偏壓電流Ibias及調變電流Imqd通過傳輸數據TXD而調整:若傳輸數據TXD為「O」時，輸出電流I。等於偏壓電流Ibias ;反之，輸出電流、則等於偏壓電流Ibias和調變電流1 的總和(即，Ibias + Im)。在此，雷射二極體120發射出的光信號會由傳輸數據TXD調整，以致使當傳輸數據TXD為「O」時，光強度與第一電平Ptl相等；反之，光強度與第二電平P1相等。其中，第一電平Ptl及第二電平P1通過雷射二極體120的轉換特性分別對應於偏壓電流Ibias及偏壓電流Ibias和調變電流Im的總和。並且，雷射二極體120的轉換特性會隨溫度而變化。因此，當突發模式雷射傳送器100致能時，雷射二極體120發射出的光信號照射至光電二極體140，並且造成光電二極體140傳送光電二極體電流IPD，以致使光電二極體電流Ipd經由光電二極體140的轉換特性而對應於光強度。在理想狀態下，當光強度為第一電平Ptl時，光電二極體電流Ipd與第一電流Ipdq相等；當光強度為第二電平P1時，光電二極體電流Ipd與第二電流Ipdi相等。於此，自動功率控制單元150接收光電二極體電流IPD。當傳輸數據TXD為「O」時，自動功率控制單元150比較光電二極體電流Ipd與第一參考電流。若光電二極體電流Ipd大於第一參考電流，貝1J表示偏壓電流Ibias太大而需要降低。反之，則表示偏壓電流Ibias太小而需要升高。此外，當傳輸數據TXD為「I」時，自動功率控制單元150比較光電二極體電流Ipd與第二參考電流。若光電二極體電流Ipd大於第二參考電流，則表示偏壓電流Ibias和調變電流Im的總和太大而需要降低。反之，則表示偏壓電流Ibias和調變電流Im的總和太小而需要升高。偏壓電流Ibias及調變電流Im以封閉迴圈的方式進行調整，以使得傳輸數據TXD為「O」時的光電二極體電流Ipd等於第一參考電流，以及傳輸數據TXD為「I」時的光電二極體電流Ipd等於第二參考電流。第一參考電流及第二參考電流工是依照雷射二極體120的特性、光電二極體140的特性及溫度的結合所決定，以致使當光電二極體電流Ipd與第一參考電流(第二參考電流)相等時，光強度相等於第一電平Ptl (第二電平P1X然事實上，光電二極體140通常具有非常高的寄生電容，以致於光電二極體電流Ipd總是無法精確地追蹤光強度。只有在傳輸數據TXD為連續「I」或連續「O」的位元字串之後，光電二極體電流Ipd可能會較精確地追蹤光強度。請參照圖1，在此範例中，只有在傳輸數據TXD為連續「I」或連續「O」的位元字串之後，實際的光電二極體電流Ipd才可能會較接近第一電流I (或第二電流Ipdi)的電平。再者，光電二極體140的高寄生電容使其具挑戰性去實施高速比較電路(用以比較光電二極體電流Ipd與第一參考電流或比較光電二極體電流Ipd與第二參考電流)。因此，在光電二極體的高寄生電容特性下，突發模式雷射傳送器的有效地自動功率控制裝置及方法為一亟待需求的議題。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種具有電源功率控制的雷射傳送裝置，用於解決上述的問題。本發明提出一種具有電源功率控制的雷射傳送裝置，包含雷射驅動器、電流切割器及功率控制電路。雷射驅動器用以接收傳輸數據、第一控制碼、第二控制碼及輸出輸出電流。電流切割器用以接收光電二極體電流、第一參考電流及第二參考電流，並基於光電二極體電流與第一參考電流的比較結果輸出第一決策信號，及基於光電二極體電流與第二參考電流的比較結果輸出第二決策信號。功率控制電路用以響應第一決策信號及第二決策信號輸出第一控制碼及第二控制碼。在一實施例中，一種具有功率控制的雷射傳送方法，包含:產生輸出電流，其中輸出電流具有由傳輸數據及傳輸致能信號及由第一控制碼及第二控制碼所決定的調整電平，並且光信號是響應輸出電流而產生，接著，基於光電二極體電流與第一參考電流之間的比較結果產生第一決策信號，及基於光電二極體電流與第二參考電流之間的比較結果產生第二決策信號，其中光電二極體電流是依照光信號而產生，最後，響應第一決策信號及第二決策信號產生第一控制碼及第二控制碼。
圖1為現有技術的雷射傳送裝置的功能區塊圖及其時序圖。圖2為根據本發明一實施例的雷射傳送裝置的功能區塊圖。圖3為雷射驅動器的一實施例的不意圖。圖4為電流切割器的一實施例的示意圖。圖5為轉阻放大器的一實施例的示意圖。圖6為差動放大器的一實施例的示意圖。圖7為均值器的一實施例的示意圖。圖8為運行檢測電路的一實施例的示意圖及其時序圖。圖9為取樣栓鎖電路的一實施例的示意圖。
圖10為驗證電路的一實施例的示意圖。其中，附圖標記說明如下:100突發模式雷射傳送器；110雷射驅動器；120雷射二極體；130光纖；140 光電二極體；150自動功率控制單元；Vdd供電節點；10輸出電流；Ipd光電二極體電流；Ibias偏壓電流；Imod調變電流；Ipdo第一電流；Ipdi第二電流；P。第一電平；P1第二電平；200雷射傳送裝置；210雷射驅動器；220雷射二極體；230光電二極體；240第一電流源；250第二電流源；260本地振蕩器；270電流切割器；280功率控制電路；TXD傳輸數據；TE傳輸致能信號；PDD光電二極體數據信號；Ipd光電二極體電流；10輸出電流；DO第一決策信號；VO第一驗證信號；Dl第二決策信號；Vl第二驗證信號；Cbias第一控制碼；Cmod第二控制碼；Ieefo第一參考電流；Ieefi第二參考電流；
300雷射驅動器；310第一電流模式數字模擬轉換器；320第二電流模式數字模擬轉換器；303-304第一差動對；301-302第二差動對；I1第一輸出電流；I2第二輸出電流；I3第三輸出電流；I4第四輸出電流；305第二上拉電阻；306第一上拉電阻；307電感；TEB傳輸致能信號反相值；TXDE邏輯信號；TXDEB邏 輯 信號反相值；400電流切割器；410電流比較器；411第一轉阻放大器；412第二轉阻放大器；413第三轉阻放大器；414第一加總放大器；415第二加總放大器；416第一均值器；417第二均值器；420第一符號檢測電路；430第二符號檢測電路；440運行結束檢測電路；441第一與門與非門；442第二與門與非門；443非門；450第一運行檢測電路；460第二運行檢測電路；E0第一錯誤信號；E1第二錯誤信號；RLEN運行長度參數；SMPO第一取樣信號；SMPl第二取樣信號；S0第一差動信號；S1第二差動信號；
ENDO第一運行結束信號；ENDl第二運行結束信號；Vpd光電二極體電壓；Veefo第一參考電壓；Veefi第二參考電壓；500轉阻放大器；510電流源；Ib偏壓電流；520第一電晶體；530電阻；R電阻值；VB偏壓電壓；600差動放大器；610電流源；
620NMOS 差動對；630電阻對；S0+第一差動信號的第一端；S0_第一差動信號的第二端；700均值器；710電流源；720NMOS 差動對；730衰降電路；740電阻對；E0+第一錯誤信號的第一端；Ech第一錯誤信號的第二端；800檢測電路；810計數電路；811寄存器；812數字比較器；813加法器；814多工器；820數據觸發器；CNT計數值；CNT_NXT下一計數值；FULL_CNT邏輯信號；900取樣栓鎖器；910動態比較器；911-913第二電晶體；914-917第三電晶體；
920SR 栓鎖器；921-922與門與非門；1000驗證電路；1010數據觸發器；1020檢測電路；1030異或非門；SMPOd單元周期延遲；DOd延遲二元決策信號
具體實施例方式以下的詳細描述參照所附圖式，通過圖式說明，揭示本發明各種可實行的實施例。所記載的實施例明確且充分揭示，使所屬技術領域中技術人員能據以實施。不同的實施例間並非相互排斥，某些實施例可與一個或一個以上的實施例進行合併而成為新的實施例。因此，下列詳細描述並非用以限定本發明。圖2為根據本發明一實施例的雷射傳送裝置200的功能區塊圖。請參照圖2，雷射傳送裝置200包含雷射驅動器210、雷射二極體220、光電二極體230、第一電流源240、第二電流源250、電流切割器270及功率控制(APC)電路280。雷射驅動器210用以接收傳輸數據TXD、傳輸致能信號TE、第一控制碼Cbias及第二控制碼Csm,並輸出一輸出電流I tj，其中輸出電流Itj具有調整電平，此調整電平系由傳輸數據TXD、傳輸致能信號TE、第一控制碼Cbias及第二控制碼C腦所決定。雷射二極體220電連接於雷射驅動器210，雷射二極體220用以依照輸出電流I。發射光信號。光電二極體230用以響應雷射二極體220的光信號而輸出光電二極體電流IPD。第一電流源240用以輸出第一參考電流IKEF(I。第二電流源250用以輸出第二參考電流
Irefi。電流切割器270電連接於光電二極體230、第一電流源240及第二電流源250，電流切割器270用以接收光電二極體電流IPD、第一參考電流Ikefci及第二參考電流Ikefi，並且，依照本地時脈信號CK、光電二極體數據信號PDD及傳輸致能信號TE同時輸出決策信號(D0,D1)與驗證信號(V0，VI)。在此實施例中，決策信號包括有第一決策信號DO及第二決策信號Dl ;驗證信號包括有第一驗證信號VO及第二驗證信號VI。其中，第一驗證信號VO用以驗證第二決策信號Dl,及第二驗證信號Vl用以驗證第二決策信號D1。並且,第一決策信號D0、第一驗證信號V0、第二決策信號Dl及第二驗證信號Vl是基於由傳輸致能信號TE、光電二極體數據信號PDD及本地時脈信號CK所決定的時間而更新。在一些實施例中，電流切割器270基於光電二極體電流Ipd與第一參考電流Ikefq的比較結果輸出第一決策信號D0,及基於光電二極體電流Ipd與第二參考電流Ikefi的比較結果輸出第二決策信號Dl。功率控制電路280電連接於電流切割器270及雷射驅動器210，功率控制電路280根據本地時脈信號CK的時間，響應決策信號(DO、Dl)及驗證信號(VO、VI),並輸出第一控制碼Cbias及第二控制碼C腦至雷射驅動器210。
在一些實施例中，第一控制碼Cbias及第二控制碼Cm是響應第一決策信號D0、第一驗證信號V0、第二決策信號Dl及第二驗證信號Vl而產生。當第一驗證信號VO為高電平(high)時，代表已驗證光電二極體電流Ipd的電流電平檢測為傳輸數據TXD的「O」的連續運行。此時，若第一決策信號DO為O (1)，表示光電二極體電流Ipd低於(高於)第一參考電流Ikefci,並建議偏壓電流Ibias必需增加(減少)。當第二驗證信號Vl為高電平時，代表已驗證光電二極體電流Ipd的電流電平檢測為傳輸數據TXD的「I」的連續運行。此時，若第二決策信號Dl為O (1)，表示光電二極體電流Ipd低於(高於)第二參考電流Ikefi，並且建議偏壓電流Ibias和調變電流Im的總和(Ibias + Im)必需增力口 (減少)。因此，由雷射二極體220所發出光信號的強度因而是以封閉迴圈的方式控制，以致使當傳輸數據TXD是I (O)時，光電二極體電流Ipd約等於第二參考電流Ikefi (第一參考電厶丨L.IREFO )。在一些實施例中，雷射傳送裝置200還具有本地振蕩器260，本地振蕩器260電連接於電流切割器270及功率控制電路280，並且本地振蕩器260用以產生本地時脈信號CK。由於，本地時脈信號CK源自於本地振蕩器260自振蕩，因此本地時脈信號CK的時間未追蹤傳輸數據TXD的時間。換句話說，本地時脈信號CK不同步於傳輸數據TXD。然本發明不以此為限，在一些實施例中，本地時脈信號CK的時脈速率可約等於傳輸數據TXD的數據速率。在一些實施例中，本地時脈信號CK與傳輸數據TXD同步，即本地時脈信號CK的時脈速率可相等於傳輸數據TXD的數據速率。在一些實施例中，本地時脈信號CK的時脈速率與傳輸數據TXD的數據速率之間的比率約為有理數。圖3為適用於體現圖2的雷射驅動器210的雷射驅動器300的一實施例的示意圖。請參照圖3，雷射驅動器300包含第一電流模式數字模擬轉換器(current-mode ；DAC) 310、第二電流模式數字模擬轉換器320、第一差動對303-304和第二差動對301-302。第一電流模式數字模擬轉換器310電連接於第一差動對303-304,且第一電流模式數字模擬轉換器310用以依照第一控制碼Cbias輸出偏壓電流Ibias至第一差動對303-304。第二電流模式數字模擬轉換器320電連接於第二差動對301-302，且第二電流模式數字模擬轉換器320用以依照第二控制碼Cmqd輸出調變電流Imqd至第二差動對301-302。第一差動對303-304包含二電晶體，並用以接收偏壓電流Ibias及依照傳輸致能信號TE的值及傳輸致能信號的邏輯反相TEB (參照圖示中的非門333)輸出第一輸出電流I1及第二輸出電流12。第二差動對301-302包含二電晶體，並用以接收調變電流Imqd及依照邏輯信號TXDE的值及邏輯信號的邏輯反相TXDEB (參照圖示中的非門332)輸出第三輸出電流I3及第四輸出電流14。其中，如圖3所不的第一輸出電流I1、第二輸出電流12、第三輸出電流13、第四輸出電流I4、偏壓電流Ibias及調變電流Im的電流方向係為說明的用意，本發明不以此為限，電路實際運作時的電流方向是由高電位流向低電位的電流值為正值，而若說明的電流方向由低電位指向高電位則實際電流值為負值。電流方向表示與實際電流值為正值或負值的關係為本領域的技術人員所熟知，故於此不再贅述。於此，參照圖3中的與門331，邏輯信號TXDE是由傳輸數據TXD及傳輸致能信號TE以邏輯與門(AND gate)運算後得之。
輸出電流I。為第一輸出電流I1與第三輸出電流I3相加的結果，且輸出電流I。耦接於雷射二極體220。在一些實施例中，在第一輸出電流I1與第三輸出電流I3相加前，具有電感307插設在第一輸出電流I1的路徑中以緩和第一差動對303-304與第二差動對301-302耦合所產生的高頻。當傳輸致能信號TE為拉起(asserted)且傳輸數據TXD為「O」時，輸出電流I。大致上相等於偏壓電流IBIAS。當傳輸致能信號TE為拉起且傳輸數據TXD為「I」時，輸出電流Itj大致上相等於偏壓電流Ibias與調變電流Im的總和。當傳輸致能信號TE為未拉起(de-asserted)時,輸出電流I。大致上為零。第二輸出電流I2耦接至第一上拉電阻306的一端，而第四輸出電流14耦接至第二上拉電阻305的一端。第一電流模式數字模擬轉換器310可由使用多個電流源的輸出總和而實現，並且各電流源是由第一控制碼Cbias中各自對應的位元所致能。第二電流模式數字模擬轉換器320可由使用多個電流源的輸出總和而實現，並且各電流源是由第二控制碼Cmod中各自對應的位元所致能。於此，由於第一電流模式數字模擬轉換器310及第二電流模式數字模擬轉換器320的運作與原理為本領域的技術人員所熟知，故於此不再贅述。圖4是適用於體現圖2的電流切割器270的電流切割器400的一實施例的示意圖。請參照圖4，電流切割器400包含電流比較器410、第一符號檢測電路420、第二符號檢測電路430、運行結束檢測電路440、第一運行檢測電路450及第二運行檢測電路460。電流比較器410耦接於第一符號檢測電路420及第二符號檢測電路430，電流比較器410用以接收光電二極體電流IPD、第一參考電流Ikefci及第二參考電流I.，且輸出第一錯誤信號Etl至第一符號檢測電路420，及輸出第二錯誤信號E1至第二符號檢測電路430。第一錯誤信號Etl用以表不光電二極體電流Ipd與第一參考電流Ikefci之間的差。第二錯誤信號E1用以表示光電二極體電流Ipd與第二參考電流Ikefi之間的差。運行結束檢測電路440耦接於第一運行檢測電路450及第二運行檢測電路460，且運行結束檢測電路440用以接收光電二極體數據信號PDD及傳輸致能信號TE，而輸出第一運行結束信號ENDO至第一運行檢測電路450，及輸出第二運行結束信號ENDl至第二運行檢測電路460。也就是說，第一運行結束信號ENDO及第二運行結束信號ENDl依照光電二極體數據信號PDD及傳輸致能信號TE所產生。在一些實施例中，第一運行結束信號ENDO用以指示於光電二極體數據信號TOD中「O」的運行結束。第二運行結束信號ENDl用以指示於光電二極體數據信號TOD中「I」的運行結束(end-o f-run )。第一運行檢測電路450耦接於第一符號檢測電路420，且第一運行檢測電路450還可具有第一計數器(圖中未顯示)用以接收第一運行結束信號ENDO及第一運行長度參數RLEN，而輸出第一取樣信號SMPO至第一符號檢測電路420。其中，第一計數器可依照第一運行結束信號ENDO及第一運行長度參數RLEN而運作。第二檢測電路460耦接於第二符號檢測電路430，且第二檢測電路460還可具有第二計數器(圖中未顯示)用以接收第二運行結束信號ENDl及第二運行長度參數RLEN，而輸出第二取樣信號SMPl至第二符號檢測電路430。其中，第二計數器可依照第二運行結束信號ENDl及第二運行長度參數RLEN而運作。其中，第一符號檢測電路420用以利用由第一取樣信號SMPO所決定的時間依照第一錯誤信號Etl的取樣輸出第一決策信號D0，及第二符號檢測電路430用以利用由第二取樣信號SMPl所決定的時間依照第二錯誤信號E1的取樣輸出第二決策信號Dl。換言之，第一符號檢測電路420用以根據本地時脈信號CK所提供的時間及第一取樣信號SMP0，並取樣第一錯誤信號Etl以產生第一決策信號DO及第一驗證信號V0。第二符號檢測電路430用以根據本地時脈信號CK所提供的時間及第二取樣信號SMPl，並取樣第二錯誤信號E1以產生第二決策信號Dl及第二驗證信號VI。在一些實施例中,第一符號檢測電路420依照第一取樣信號SMPO所決定的時間以雙重取樣為依據，及第二符號檢測電路430依照第二取樣信號SMPl所決定的時間以雙重取樣為依據。電流比較器410比較光電二極體電流Ipd與第一參考電流Ikefci，及比較光電二極體電流Ipd與第二參考電流IKEF1，比較方式如下述。其中，電流比較器410可具有多個轉阻放大器(411-413)。於此,使用第一轉阻放大器(TIA)411將電流模式的光電二極體電流Ipd轉換成電壓模式的光電二極體電壓VPD。使用第二轉阻放大器412將第一參考電流Ikefci轉換成第一參考電壓VKEF(I。使用第三轉阻放大器413將第二參考電流Ikefi轉換成第二參考電壓Veefiο並且,使用第一加總放大器414使光電二極體電壓Vpd與第一參考電壓Vkefci相減以產生第一差動信號S。。使用第二加總放大器415使光電二極體電壓Vpd與第二參考電壓VKEn相減以產生第二差動信號Sp使用第一均值器416均值化第一差動信號Stl以產生第一錯誤信號Etl,以及使用第二均值器417均值化第二差動信號S1以產生第二錯誤信號Ep圖5是適用於體現圖4中轉阻放大器(411、412或413)的轉阻放大器500的一實施例的示意圖。請參照圖5,轉阻放大器(transimpedance amplifier)500接收一輸入電流(如光電二極體電流IPD、第一參考電流或第二參考電流IKEF1)，且輸出一輸出電壓(如光電二極體電壓VPD、第一參考電壓Vkefci或第二參考電壓VKEF1)。轉阻放大器500包含電流源510、第一電晶體520及作為負載的電阻530。其中，第一電晶體520可為NMOS電晶體。電流源510用以建立偏壓電流IB。第一電晶體520通過偏壓電壓VB動作，且第一電晶體520是設置為耦接偏壓電流Ib的共閘極放大器。由於轉阻放大器500為本領域所熟知且為本領域技術人員不言自明，故於此不再贅述。舉例來說，通過使用圖5的轉阻放大器500來體現圖4的第一轉阻放大器411。於此，阻抗是為電阻530的電阻值R。在光電二極體電流Ipd中電流差(Λ I，圖中未顯示)的改變會導致阻抗與電流差的乘積改變，而導致光電二極體電壓Vpd的改變。因此，轉阻放大器500具有阻抗的增益(即，轉阻值)。在一些實施例中，本領域的技術人員所熟知其他形式的轉阻放大器500亦可用來體現圖4中第一轉阻放大器411、第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413中的任一者。要注意的是，第一轉阻放大器411、第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413並不需以相同的電路實施。也就是說，只要適當地設置第一轉阻放大器411、第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413各自的增益以致使光電二極體電壓VPD、第一參考電壓Vkefci及第二參考電壓Vkefi的值維持相同於在第一轉阻放大器411、第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413以相同電路實施時的值，則第一轉阻放大器411、第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413是可以不同電路來實現。相較於時變的光電二極體電流IPD，在關注的運作期間，第一參考電流Ikefci及第二參考電流Ikefi為大致上非時變。為了節省功率消耗，可以一因子縮小第一參考電流I.(第二參考電流Ikefi)，但亦要以相同因子增大轉阻放大器412 (轉阻放大器413)的增益，以造成相同的第一參考電壓Vkefci (第二參考電SVkefi)。舉例來說，由圖5的電路架構構成的轉阻放大器500的增益可透過減半偏壓電流Ib和減半第一電晶體520的寬度，此二因子中之一者來增大，但是同時要倍增電阻530的電阻值R。雖然倍增增益會降低轉阻放大器的速度，不過由於第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413的輸入為大致上非時變的，因此對於第二轉阻放大器412及第三轉阻放大器413而言仍可接受。圖6是適用於體現圖4中第一加總放大器414的差動放大器600的一實施例的示意圖。請參照圖6，差動放大器600包含電流源610、NMOS差動對620及電阻對630。由於差動放大器600為本領域所熟知且為本領域技術人員不言自明，故於此不再贅述。在此實施例中，第一差動信號Stl是以包含第一端Stl+及第二端Sch的差動信號實現。圖4的第二加總放大器415亦可利用圖6的相同電路架構來實現；此時，只需要將第一參考電壓Vkefci以第二參考電壓Vkefi取代,且將第一差動信號Stl以第二差動信號S1取代。均值器為用以接收輸入信號，且輸出一輸出信號以致修正輸入信號的失真的電路。關於圖4的第一均值器416及第二均值器417，欲修正的失真是源自於因在光電二極體230的大電容負載而導致光電二極體電壓Vpd中高頻成分的大量損失。為了修正此失真，高頻成分的提升是必需的。圖7是適用於體現圖4的第一均值器416的均值器700的一實施例的示意圖。請參照「圖7」，均值器700包含一對電流源710、NMOS差動對720、一對電阻740及源衰降電路730。源衰降電路730包含一電阻電容並聯電路。源衰降電路730造成較小的高頻成分的衰減，因而相對提升較高頻成分。由於均值器700的結構與運作係為本領域所熟知且為本領域熟知技藝者所了解，故於此不再贅述。均值器700亦可有效地利用以實現圖4的第二均值器417 ;此時，只需以第二差動信號S1代替第一差動信號Stl，且以第二錯誤信號E1代替第一錯誤信號Etl。請再參閱圖2，光電二極體數據信號PDD為約代表光電二極體電流Ipd的波形的二位兀信號。要注意的是，光電二極體電流Ipd響應雷射二極體220所發射的光信號而產生。於此，雷射二極體220是響應輸出電流1而激發出光信號，並且輸出電流1是響應傳輸數據TXD而調整。因此，光電二極體電流Ipd是依照傳輸數據TXD進行調整，因而可根據傳輸數據TXD產生光電二極體數據信號I3DD。在一些實施例中，由於光電二極體電流Ipd是依照傳輸數據TXD進行調整，因而傳輸數據TXD可代表光電二極體電流Ipd的波形，所以傳輸數據TXD是可直接用以作為光電二極體數據信號TOD。在另一些實施例中，雷射傳送裝置200還可具有延遲緩衝電路(圖中未顯示)用以接收傳輸數據TXD及輸出光電二極體數據信號TOD，其中傳輸數據TXD的延遲用以作為光電二極體數據信號roD。其中，傳輸數據TXD的延遲是經由緩衝電路而實現。此延遲是用以模擬自傳輸數據TXD的改變到對應改變光電二極體電流Ipd的電路延遲。在一些實施例中，光電二極體數據信號PDD是使用下述步驟而獲得。使圖4中的光電二極體電壓Vpd與平均電壓(Vav)相減而產生調整後的電壓信號(B卩，調整後的光電二極體電壓vPD)。均值化經調整後的電壓信號以提升其中的高頻成分，而產生均值化電壓信號(即，均值化光電二極體電壓Vpd)。接著，放大均值化電壓信號至飽和而產生光電二極體數據信號TOD。此時，平均電壓是光電二極體電壓vPD的平均的估計值。在一些實施例中，平均電壓是第一參考電壓Vkefci及第二參考電壓Vkefi之間的中間的電壓電平。在上述用以產生光電二極體數據信號F1DD的任一實施例中，光電二極體電流Ipd中二位元「O」(或「I」)的連續運行是對應於在光電二極體數據信號TOD中相同長度的二位元「O」(或「I」)的連續運行，因此光電二極體數據信號PDD通常表示用以檢測在連續「O」(或「I」)的運行發生時光電二極體電流Ipd的電平的較佳時間。如現有所述，在二位元「O」(或「I」)的連續運行後，光電二極體電流Ipd及對應的電壓將決定合適於位準檢測，並忽視於光電二極體的大電容負載。請參照圖4，運行結束檢測電路440包含第一與門與非門(NAND gate)441、第二與門與非門442及非門443，以致於每當傳輸致能信號TE為未拉起或光電二極體數據信號PDD為「I」時，第一運行結束信號ENDO為拉起，以及每當傳輸致能信號TE為未拉起或光電二極體數據信號PDD為「O」時，第二運行結束信號ENDl為拉起。當傳輸致能信號TE為未拉起時，雷射傳送裝置(200)未被致能，因此應無「O」的運行也無「I」的運行。當傳輸致能信號TE為拉起時，在光電二極體數據信號PDD從「I」轉變為「O」時檢測「I」的運行結束，並且於光電二極體數據信號PDD從「O」轉變為「I」時檢測「O」的運行結束。圖4的第一運行檢測電路450用於檢測光電二極體數據信號TOD中「O」位元的連續運行。圖8為適用於體現圖4的第一運行檢測電路450的運行檢測電路800的一實施例的示意圖及其時序圖。於此實施例中，運行長度參數RLEN等於4。運行檢測電路800包含計數電路810及數據觸發器(DFF) 820。計數電路810包含寄存器811、數字比較器812、加法器813及多工器814。寄存器811耦接於比較器812、加法器813及多工器814，且寄存器811儲存計數值CNT。當第一運行結束信號ENDO為拉起時，寄存器811重新設定，且計數值CNT重設為O。當第一運行結束信號ENDO為未拉起時，在本地時脈信號CK的上升邊緣計數值CNT更新為下一計數值CNT_NXT。下一計數值CNT_NXT為多工器814的輸出。數字比較器812比較計數值CNT與運行長度參數RLEN，且輸出指示滿計數情況的邏輯信號FULL_CNT。若計數值CNT相等於運行長度參數RLEN，則邏輯信號FULL_CNT為拉起。反之，若計數值CNT不相等於運行長度參數RLEN，則邏輯信號FULL_CNT為未拉起。邏輯信號FULL_CNT是用於控制多工器814。當邏輯信號FULL_CNT為拉起時，多工器814選擇「 I 」作為下一計數值CNT_NXT的值。否則，多工器814選擇「計數值0階+1」(來自加法器813的輸出)作為下一計數值CNT_NXT的值。在這些方法中，計數電路810迴圈計數從I到運行長度參數RLEN直到第一運行結束信號ENDO為拉起。數據觸發器820是用以於本地時脈信號CK的上升邊緣取樣滿計數信號(即，邏輯信號FULL_CNT)，以輸出第一取樣信號SMP0。如時序圖所示，當計數電路810順利地計數至運行長度參數RLEN (在此實施例中為4)時，形成第一取樣信號SMPO中的一周期脈波。運行檢測電路800亦適用於體現圖4的第二運行檢測電路460。此時，只需以第二運行結束信號ENDl代替第一運行結束信號END0，且以第二取樣信號SMPl代替第一取樣信號SMPO。不過，要注意的是，第二運行檢測電路460使用的運行長度參數RLEN不需與第一運行檢測電路450使用相同的值。請再參閱「圖4」，利用第一符號檢測電路420執行兩個功能:檢測功能及驗證功能。檢測功能為檢測第一錯誤信號Etl的極性，其結果為第一決策信號D0。驗證功能是指示檢測是否有效，其結果為第一驗證信號V0。第一決策信號DO是I (0)，其指示第一錯誤信號Etl為正(負)。第一驗證信號VO是I (0)，其指示決策是有效的(無效的)。檢測功能可以圖9所示的取樣栓鎖電路900實現。請參照「圖9」，取樣栓鎖電路900包含動態比較器910及SR栓鎖器920。動態比較器910包含三個第二電晶體911-913及四個第三電晶體914-917，其用以接收第一錯誤信號E0，及輸出邏輯信號R及邏輯信號S0當第一取樣信號SMPO為邏輯O時，邏輯信號R及邏輯信號都為I (或供電節點Vdd的電壓，邏輯高電平)。當第一取樣信號SMPO為邏輯I時，通過邏輯信號R及邏輯信號S表示並檢測第一錯誤信號Etl的極性:若第一錯誤信號Etl為正(即，第一錯誤信號Etl的第一端Etl+高於第一錯誤信號Etl的第二端Ech),則邏輯信號S為「 I」且邏輯信號R為「O」 ;反之，邏輯信號S則為「O」而邏輯信號R則為「I」。於此，由於動態比較器910的結構與運作為本領域所熟知且為本領域技術人員所了解，故於此不再贅述。SR栓鎖器920包含二個與門與非門921-922。二個與門與非門921-922用以接收邏輯信號R和邏輯信號S，且輸出第一決策信號D0。同樣地，由於SR栓鎖器920的結構與運作為本領域所熟知，故於此不再贅述。於一實施例，第二電晶體911-913為NMOS電晶體，及於一實施例，第三電晶體914-917為PMOS電晶體(P型金氧半場效電晶體)。圖10是適用於體現驗證功能的驗證電路1000的一實施例的示意圖。請參閱「圖10」，驗證電路1000包括數據觸發器1010、檢測電路1020及異或非門(XNOR) 1030。數據觸發器1010耦接於檢測電路1020，且數據觸發器1010用以依照本地時脈信號CK取樣第一取樣信號SMP0，以產生第一取樣信號SMPO的一單元周期延遲SMPOd至檢測電路1020。檢測電路1020耦接於異或非門1030，且檢測電路1020用以依照由第一取樣信號SMPO的一單元周期延遲SMPOd所提供的時間檢測第一錯誤信號Etl,以產生一個延遲二元決策信號DOd輸出至異或非門1030。異或非門1030用以執行第一決策信號DO及延遲二元決策信號DOd的互斥反或運算而輸出第一驗證信號V0。 檢測電路1020可使用與圖9的取樣栓鎖電路900相同的電路來實現。此時，僅僅需要以第一取樣信號SMPO的一單元周期延遲SMPOd代替第一取樣信號SMP0，且以延遲二元決策信號DOd代替第一決策信號D0。若延遲二元決策信號DOd的值相等於第一決策信號DO的值，即表不兩檢測是一致的，並建議於第一取樣信號SMPO (時脈信號)的上升邊緣後，在本地時脈信號CK的至少一時脈周期第一錯誤信號EO為穩態。於此，檢測是視為可靠及有效的，因此第一驗證信號VO為拉起。否則，則表示二個檢測為不一致且因而視為不可靠及無效的。請參照「圖4」，在一實施例中，第二符號檢測電路430是檢測第一錯誤信號EO並輸出第一決策信號DO及第一驗證信號W，而第一符號檢測電路420是檢測第二錯誤信號El並輸出第二決策信號Dl及第二驗證信號VI。於此,第二符號檢測電路430是相同於第一符號檢測電路420。
請參照「圖2」。功率控制電路280是在本地時脈信號CK所控制的時間下，依照第一決策信號D0、第一驗證信號V0、第二決策信號Dl及第二驗證信號Vl調整第一控制碼CBIAS及第二控制碼CMOD (且分別等效地調整偏壓電流IBIAS及調變電流MOD)。在一些實施例中，本地時脈信號CK是以運行長度參數RLEN的因子分割成分割時脈CK』，並且功率控制電路280於分割時脈CK』的上升邊緣更新第一控制碼CBIAS及第二控制碼CM0D。在一些實例中，第一控制碼CBIAS及第二控制碼CMOD是依照由C語言所述的一算法(如下)而更新。
權利要求
1.一種具有電源功率控制的雷射傳送裝置，包含: 一雷射驅動器，用以接收一傳輸數據、一第一控制碼、一第二控制碼及輸出一輸出電流； 一電流切割器，用以接收一光電二極體電流、一第一參考電流及一第二參考電流，並基於該光電二極體電流與該第一參考電流的比較結果輸出一第一決策信號，及基於該光電二極體電流與該第二參考電流的比較結果輸出一第二決策信號；及 一功率控制電路，用以響應該第一決策信號及該第二決策信號輸出該第一控制碼及該第二控制碼。
2.如權利要求1所述的雷射傳送裝置，其中該電流切割器輸出用以驗證該第一決策信號的一第一驗證信號及用以驗證該第二決策信號的一第二驗證信號，其中該第一控制碼及該第二控制碼是響應該第一決策信號、該第一驗證信號、該第二決策信號及該第二驗證信號而產生。
3.如權利要求2所述的雷射傳送裝置，其中該第一決策信號、該第一驗證信號、該第二決策信號及該第二驗證信號是基於由一傳輸致能信號、一光電二極體數據信號及一本地時脈信號所決定的時間而更新。
4.如權利要求1所述的雷射傳送裝置，更包含: 一本地振蕩器，用以輸出一本地時脈信號； 其中，基於 由一傳輸致能信號、一光電二極體數據信號及該本地時脈信號所決定的時間更新該第一決策信號及該第二決策信號。
5.如權利要求1所述的雷射傳送裝置，其中該電流切割器包含: 一電流比較器，用以產生一第一錯誤信號及一第二錯誤信號，其中該第一錯誤信號代表該光電二極體電流與該第一參考電流之間的差，且該第二錯誤信號代表該光電二極體電流與該第二參考電流之間的差； 一第一運行檢測電路，包含: 一第一計數器，用以依照一第一運行結束信號及一第一運行長度參數，用以輸出一第一取樣信號； 一第二運行檢測電路，包含: 一第二計數器，用以依照一第二運行結束信號及一第二運行長度參數，用以輸出一第二取樣信號，其中，依照一光電二極體數據信號及一傳輸致能信號產生該第一運行結束信號及該第二運行結束信號； 一第一符號檢測電路，用以利用由該第一取樣信號所決定的時間依照該第一錯誤信號的取樣輸出該第一決策信號；及 一第二符號檢測電路，用以利用由該第二取樣信號所決定的時間依照該第二錯誤信號的取樣輸出該第二決策信號。
6.如權利要求5所述的雷射傳送裝置，其中該電流比較器包含多個轉阻放大器。
7.如權利要求5所述的雷射傳送裝置，其中該第一符號檢測電路依照該第一取樣信號所決定的該時間以雙重取樣為依據，且該第二符號檢測電路依照該第二取樣信號所決定的該時間以雙重取樣為依據。
8.如權利要求4所述的雷射傳送裝置，更包含:一延遲緩衝電路，用以接收該傳輸數據及輸出該光電二極體數據信號。
9.如權利要求4所述的雷射傳送裝置，其中該本地時脈信號的時脈速率約等於該傳輸數據的數據速率。
10.如權利要求4所述的雷射傳送裝置，其中該本地時脈信號與該傳輸數據同步。
11.一種具有功率控制的雷射傳送方法,包含: 產生一輸出電流，其中該輸出電流具有由一傳輸數據、一傳輸致能信號及由一第一控制碼及一第二控制碼所決定的一調整電平，並且一光信號是響應該輸出電流而產生； 基於一光電二極體電流與一第一參考電流之間的比較結果產生一第一決策信號； 基於該光電二極體電流與一第二參考電流之間的比較結果產生一第二決策信號，其中該光電二極體電流是依照該光信號而產生；及 響應該第一決策信號及該第二決策信號產生該第一控制碼及該第二控制碼。
12.如權利要求11所述的具有功率控制的雷射傳送方法，更包含: 產生用以驗證該第一決策信號的一第一驗證信號及用以驗證該第二決策信號的一第二驗證信號； 其中，該第一控制碼及該第二控制碼是響應該第一決策信號、該第一驗證信號、該第二決策信號及該第二驗證信號而產生。
13.如權利要求11所述的具有功率控制的雷射傳送方法，其中該第一決策信號及該第二決策信號基於由該傳輸致能信號、一光電二極體數據信號及一本地時脈信號所決定的時間而更新。
14.如權利要求13所述的具有功率控制的雷射傳送方法，其中該本地時脈信號的時脈速率相等於該傳輸數據的數據速率。
15.如權利要求13所述的具有功率控制的雷射傳送方法,其中該本地時脈信號與該傳輸數據同步。
16.如權利要求13所述的具有功率控制的雷射傳送方法，更包含: 根據該傳輸數據產生該光電二極體數據信號。
17.如權利要求11所述的具有功率控制的雷射傳送方法，更包含: 產生一第一錯誤信號，其中該第一錯誤信號代表該光電二極體電流與該第一參考電流之間的差； 產生一第二錯誤信號，其中該第二錯誤信號代表該光電二極體電流與該第二參考電流之間的差； 利用一第一運行檢測電路產生一第一取樣信號，其中該第一運行檢測電路包含一第一計數器，該第一計數器是依照一第一運行結束信號及一第一運行長度參數而運作； 利用一第二運行檢測電路產生一第二取樣信號，其中該第二運行檢測電路包含一第二計數器，該第二計數器是依照一第二運行結束信號及一第二運行長度參數而運作； 利用由該第一取樣信號所決定的時間依照該第一錯誤信號的取樣產生該第一決策信號；及 使用由該第二取樣信號所決定的時間依照該第二錯誤信號的取樣產生該第二決策信號。
全文摘要
本發明公開了一種具有電源功率控制的雷射傳送裝置及其方法。具有功率控制的雷射傳送方法包括產生輸出電流，其中輸出電流具有由傳輸數據及傳輸致能信號及由第一控制碼及第二控制碼所決定的調整電平，並且光信號是響應輸出電流而產生，接著，基於光電二極體電流與第一參考電流之間的比較結果產生第一決策信號，及基於光電二極體電流與第二參考電流之間的比較結果產生第二決策信號，其中光電二極體電流是依照光信號而產生，最後，響應第一決策信號及第二決策信號產生第一控制碼及第二控制碼。
文檔編號H04B10/50GK103209029SQ201310010808
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者管繼孔, 周格至, 林嘉亮 申請人:瑞昱半導體股份有限公司