使用無限脈衝響應判決反饋均衡的光接收器的製造方法
2023-04-30 16:54:11
使用無限脈衝響應判決反饋均衡的光接收器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於配置光接收器的技術。光電檢測器連接到負載電阻器，並且所述光電檢測器包括內部電容器。電流源通過開關電路連接到所述負載電阻器和所述光電檢測器。所述電流源被配置為對所述光電檢測器的所述內部電容器進行放電。所述開關電路被配置為基於先前數據位，將所述電流源連接到所述內部電容器。
【專利說明】使用無限脈衝響應判決反饋均衡的光接收器
【背景技術】
[0001] 各示例性實施例涉及光通信，更具體地說，涉及具有無限脈衝響應判決反饋均衡 的光接收器。
[0002] 光通信是使用光作為傳輸介質的任何形式的電信。光通信系統包括將消息編碼為 光信號的發送器、將信號承載到其目的地的通道，以及從接收的光信號中再現消息的接收 器。
【發明內容】
[0003] 根據一個示例性實施例，提供一種用於配置光接收器的方法。所述方法包括由連 接到負載電阻器的光電檢測器（photo detector)生成電流，所述光電檢測器包括內部電容 器。電流源通過開關電路連接到所述負載電阻器和所述光電檢測器。所述方法包括基於 先前數據位，由所述開關電路將所述電流源連接到所述內部電容器，以及基於所述開關電 路將所述電流源連接到所述內部電容器，由所述電流源對所述內部電容器上的電流進行放 電。
[0004] 根據一個示例性實施例，提供一種光接收器。光電檢測器連接到負載電阻器，並且 所述光電檢測器包括內部電容器。電流源通過開關電路連接到所述負載電阻器和所述光電 檢測器，並且所述電流源被配置為對所述光電檢測器的所述內部電容器進行放電。所述開 關電路被配置為基於先前數據位，將所述電流源連接到所述內部電容器。
[0005] 根據一個示例性實施例，提供一種用於光接收器的方法。所述方法包括由連接到 負載電阻器的光電檢測器生成電壓；以及基於所述電壓，由判決電路做出判決。在所述判決 電路的輸入端處接收所述電壓。所述方法包括基於來自所述判決電路的所述判決，由無限 脈衝響應濾波器生成濾波輸出，其中所述無限脈衝響應濾波器的所述濾波輸出與所述電壓 的衰減指數尾部相匹配；以及從所述判決電路的所述輸入端處的所述電壓中減去所述濾波 輸出，以便刪除所述電壓的所述衰減指數尾部。
[0006] 根據一個示例性實施例，提供一種光接收器。所述光接收器包括連接到負載電阻 器並被配置為生成電壓的光電檢測器。所述光接收器包括判決電路，其被配置為基於所述 電壓做出判決，其中在所述判決電路的輸入端處接收所述電壓。此外，所述光接收器包括無 限脈衝響應濾波器，其被配置為基於來自所述判決電路的所述判決生成濾波輸出，其中所 述無限脈衝響應濾波器的所述濾波輸出與所述電壓的衰減指數尾部相匹配。從所述判決電 路的所述輸入端處的所述電壓中減去所述濾波輸出，以便刪除所述電壓的所述衰減指數尾 部。
[0007] 通過本公開的技術實現其它特性。在此詳細描述了根據其它實施例的其它系統、 方法、裝置和/或電腦程式產品，並且它們被視為要求保護的本發明的一部分。為了更好 地理解示例性實施例和特性，請參考說明書和附圖。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 在說明書結尾處的權利要求中具體指出並明確要求保護了被視為本發明的主題。 從下面結合附圖的詳細描述，本公開的上述和其它特性將變得顯而易見，這些附圖是：
[0009] 圖1是光接收器的框圖；
[0010] 圖2是可以用於光接收器的電阻器電容器（RC)前端的框圖；
[0011] 圖3是RC低通濾波器的脈衝響應的圖；
[0012] 圖4是針對負載電阻、光電二極體電容和單位間隔的實例值的主標記（cursor)增 益-不斷變化的負載電阻的圖；
[0013] 圖5是負載電阻增加時的脈衝響應的圖；
[0014] 圖6是示出主標記增益-增加的負載電阻的三個不同區域的圖；
[0015] 圖7示出符號間幹擾對數字數據流的影響；
[0016] 圖8示出減去衰減指數尾部（後標記）以便實現符號間幹擾的抵消；
[0017] 圖9是使用無限脈衝響應（IIR)濾波器進行反饋的判決反饋均衡器（DFE)的系統 級圖；
[0018] 圖10是根據一個示例性實施例的使用無限脈衝響應（IIR)判決反饋均衡器（DFE) 的光接收器的系統級圖；
[0019] 圖11是根據一個示例性實施例的具有單獨RC前端和IIR濾波器的光接收器的電 路圖；
[0020] 圖12是根據一個示例性實施例的來自光電檢測器的輸入電流和來自電流源的電 流以及產生的輸出電壓波形的圖；
[0021] 圖13是根據一個示例性實施例的具有合併後的IIR濾波器和RC前端的光接收器 的系統級圖；
[0022] 圖14是根據一個示例性實施例的光接收器的電路圖；
[0023] 圖15是根據一個示例性實施例的光接收器；
[0024] 圖16是沒有判決反饋均衡器的判決電路的輸入節點處的模擬輸入電壓的圖；
[0025] 圖17是根據一個示例性實施例的具有判決反饋均衡器的判決電路的輸入節點處 的模擬輸入電壓的圖；
[0026] 圖18是根據一個示例性實施例的具有合併後的IIR濾波器和RC前端、同時添加 單獨的有限脈衝響應（FIR)反饋路徑的光接收器的系統級圖；
[0027] 圖19是根據一個示例性實施例的使用有限脈衝響應（FIR)反饋路徑的另一種實 現的系統級圖；
[0028] 圖20是根據一個示例性實施例的低功率全速率光接收器體系架構的一種實現；
[0029] 圖21是根據一個示例性實施例的配置光接收器的方法。
【具體實施方式】
[0030] 在圖1中，光通信接收器始於光電檢測器105,其將調製後的輸入光轉換為類似調 制後的電流。圖1示出光接收器1〇〇的框圖。
[0031] 典型的電流值在數十微安範圍內，但可以更小或更大，具體取決於應用。為了用 於接收側的數字處理，該電流必須轉換為電壓域並被放大。將該電流提供給跨阻抗放大器 (TIA)，其將電流轉換為電壓信號。然後通過限幅放大器（LA)放大該電壓。將放大後的電 壓提供給判決電路，其對輸入電壓信號進行採樣（限幅）並且輸出關聯的數字數據。
[0032] 圖2示出可以用於光接收器100的電阻器電容器（RC)前端的框圖200。電阻器 &充當電流到電壓轉換器。電容器C PD是（表示）光電二極體的內部電容並且與光電二極 管105並聯。CPD還可以被視為包括與光電二極體並聯的其它電容，例如到光電檢測器的電 連接（焊線盤等）的電容、TIA的輸入電容以及其它寄生電容。
[0033] TIA/LA鏈的設計包括增益、帶寬和噪聲之間的多個傳統權衡。為了例示這些權衡， 首先考慮最簡單的跨阻抗轉換器的實例，其在圖2中被示為負載電阻器&。電阻器&的跨 阻抗增益由以下等式給出：
[0034] V〇ut/Lin = Rl。
[0035] 顯然，更高的&值將導致更高的增益（即，更高的VTOT)。圖2中所示的基於電阻 器的光接收器的帶寬（BW)由RC濾波器確定，RC濾波器由電阻器&和光電二極體（或者更 具體地說，光電檢測器）電容器C PD形成：
[0036] BW = 1/(2 π · RL · CPD) 〇
[0037] 為了獲得最高的可能數據速率，帶寬（BW)必須儘可能高。用於增加帶寬的一種方 法是減小光電二極體電容C PD。這通常受到以下各項的限制：可用光電檢測器的大小、到光 電檢測器的電連接（焊線盤等）、TIA的輸入電容以及其它寄生電容。在矽光子情況下，C PD 大幅減小，這是由於1)集成檢測器的大小非常小以及2)沒有焊線盤所致。這仍然保持數 量級為數個fF(毫微微法拉）的較小有限值，這是由於片上寄生所致。在這項工作中，C PD 被視為固定。用於增加帶寬的唯一方法是減小
[0038] 但是注意，如上所述，減小&將導致增益減小。TIA性能的另一個關鍵參數是總的 集成輸入參考電流噪聲（|? η>?)，其由以下等式給出：
[0039] |ln，in2| = (kT/X2CPD)，其中k是玻爾茲曼常數，Τ是溫度。
[0040] 在給定溫度（T)和CPD下，用於改進輸入參考噪聲（|ln， in2|)的唯一方法是增加 從輸出電壓角度仔細檢查噪聲性能示出跨阻抗增益和信噪比之間的基本關係。RC濾波器的 總集成輸出電壓噪聲（|\_2|)不依賴於（?的）電阻值，如以下等式示出：
[0041] I Vn，。ut21 = (kT/CPD)。
[0042] 輸出電壓是：ν〇υτ = RiJra。
[0043] 針對信噪比（SNR)導致以下等式：
[0044]
【權利要求】
1. 一種用於光接收器的方法，所述方法包括： 由連接到負載電阻器的光電檢測器生成電流，所述光電檢測器包括內部電容器； 其中電流源通過開關電路連接到所述負載電阻器和所述光電檢測器； 基於先前數據位，由所述開關電路將所述電流源連接到所述內部電容器；以及 基於所述開關電路將所述電流源連接到所述內部電容器，由所述電流源對所述內部電 容器上的電流進行放電。
2. 根據權利要求1的方法，其中判決電路提供所述先前數據位。
3. 根據權利要求2的方法，其中所述開關電路包括第一電晶體和第二電晶體。
4. 根據權利要求3的方法，其中所述第一電晶體具備連接到所述負載電阻器、所述內 部電容器和所述光電檢測器的第一漏極、連接到所述電流源的第一源極，以及被配置為所 述判決電路的輸出端的第一柵極； 其中所述第二電晶體具備連接到電阻器的第二漏極、連接到所述電流源的第二源極， 以及連接到所述判決電路的所述輸出端的第二柵極。
5. 根據權利要求4的方法，其中響應於所述判決電路的所述輸出端使所述第一電晶體 接通，所述第一電晶體被配置為將所述電流源連接到所述判決電路的輸入端，其中所述電 流源從所述輸入端刪除後標記。
6. 根據權利要求4的方法，其中響應於所述判決電路的所述輸出端使所述第二電晶體 接通，所述第二電晶體被配置為將所述電流源連接到所述電阻器。
7. 根據權利要求2的方法，其中所述內部電容器和所述負載電阻器在所述光接收器中 產生指數時間常數；以及 其中所述電流源重用通過所述內部電容器和所述負載電阻器產生的所述指數時間常 數，以便從到所述判決電路的輸入電壓中刪除後標記。
8. 根據權利要求7的方法，其中將有限脈衝響應濾波器電路連接到所述判決電路的輸 出端和輸入端以便形成反饋迴路；以及 其中所述有限脈衝響應濾波器電路被配置為通過刪除所述後標記中的第一後標記，消 除在刪除所述後標記中的延遲，以便最大化到所述判決電路的所述輸入電壓中的眼開度。
9. 根據權利要求2的方法，其中所述判決電路包括差分放大器、主鎖存器和從鎖存器； 以及 其中將所述差分放大器連接到所述主鎖存器，並且將所述主鎖存器連接到所述從鎖存 器。
10. -種光接收器，包括： 光電檢測器，其連接到負載電阻器，所述光電檢測器包括內部電容器；以及 電流源，其通過開關電路連接到所述負載電阻器和所述光電檢測器，所述電流源被配 置為對所述光電檢測器的所述內部電容器進行放電； 其中所述開關電路被配置為基於先前數據位，將所述電流源連接到所述內部電容器。
11. 根據權利要求10的光接收器，其中判決電路提供所述先前數據位。
12. 根據權利要求11的光接收器，其中所述開關電路包括第一電晶體和第二電晶體。
13. 根據權利要求12的光接收器，其中所述第一電晶體具備連接到所述負載電阻器、 所述內部電容器和所述光電檢測器的第一漏極、連接到所述電流源的第一源極，以及被配 置為所述判決電路的輸出端的第一柵極； 其中所述第二電晶體具備連接到電阻器的第二漏極、連接到所述電流源的第二源極， 以及連接到所述判決電路的所述輸出端的第二柵極。
14. 根據權利要求13的光接收器，其中響應於所述判決電路的所述輸出端使所述第一 電晶體接通，所述第一電晶體被配置為將所述電流源連接到所述判決電路的輸入端，其中 所述電流源從所述輸入端中刪除後標記。
15. 根據權利要求13的光接收器，其中響應於所述判決電路的所述輸出端使所述第二 電晶體接通，所述第二電晶體被配置為將所述電流源連接到所述電阻器。
16. 根據權利要求12的光接收器，其中所述內部電容器和所述負載電阻器在所述光接 收器中產生指數時間常數；以及 其中所述電流源重用通過所述內部電容器和所述負載電阻器產生的所述指數時間常 數，以便從到所述判決電路的輸入電壓中刪除後標記。
17. 根據權利要求16的光接收器，其中將有限脈衝響應濾波器電路連接到所述判決電 路的輸出端和輸入端以便形成反饋迴路；以及 其中所述有限脈衝響應濾波器電路被配置為通過刪除所述後標記中的第一後標記，消 除在刪除所述後標記中的延遲，以便最大化到所述判決電路的所述輸入電壓中的眼開度。
18. 根據權利要求11的光接收器，其中所述判決電路包括差分放大器、主鎖存器和從 鎖存器；以及 其中將所述差分放大器連接到所述主鎖存器，並且將所述主鎖存器連接到所述從鎖存 器。
19. 一種用於光接收器的方法，所述方法包括： 由連接到負載電阻器的光電檢測器生成電壓； 基於所述電壓，由判決電路做出判決，在所述判決電路的輸入端處接收所述電壓； 基於來自所述判決電路的所述判決，由無限脈衝響應濾波器生成濾波輸出，其中所述 無限脈衝響應濾波器的所述濾波輸出與所述電壓的衰減指數尾部相匹配；以及 從所述判決電路的所述輸入端處的所述電壓中減去所述濾波輸出，以便刪除所述電壓 的所述衰減指數尾部。
20. 根據權利要求19的方法，其中所述光電檢測器的內部電容器產生所述電壓的所述 衰減指數尾部。
21. -種光接收器，包括： 光電檢測器，其連接到負載電阻器並被配置為生成電壓； 判決電路，其被配置為基於所述電壓做出判決，在所述判決電路的輸入端處接收所述 電壓；以及 無限脈衝響應濾波器，其被配置為基於來自所述判決電路的所述判決生成濾波輸出， 其中所述無限脈衝響應濾波器的所述濾波輸出與所述電壓的衰減指數尾部相匹配； 其中從所述判決電路的所述輸入端處的所述電壓中減去所述濾波輸出，以便刪除所述 電壓的所述衰減指數尾部。
22. 根據權利要求21的光接收器，其中所述光電檢測器的內部電容器產生所述電壓的 所述衰減指數尾部。
【文檔編號】H04B10/69GK104115424SQ201380009356
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年1月9日 優先權日:2012年2月16日
【發明者】J·E·普勒塞爾, A·V·雷利亞科夫, C·L·朔, Y·A·弗拉索夫 申請人:國際商業機器公司