利用時(shí)間交錯(cuò)的光學(xué)定時(shí)的采樣裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種包括第一輸入端口(4)和第二輸入端口(5)的采樣裝置(2)，其中，輸入信號(hào)被輸入至所述第一輸入端口(4)，并且其中，光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)被輸入至所述第二輸入端口(5)。所述采樣裝置(2)包括多個(gè)跟蹤與保持單元(71，72，7N)，其中，所述多個(gè)跟蹤與保持單元(71，72，7N)中的每一個(gè)與所述第一輸入端口(4)連接。所述多個(gè)跟蹤與保持單元(71，72，7N)通過(guò)光波導(dǎo)(11)還與所述第二輸入端口(5)連接，以此方式使得所述多個(gè)跟蹤與保持單元(71，72，7N)以時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】利用時(shí)間交錯(cuò)的光學(xué)定時(shí)的采樣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)跟蹤與保持單元的采樣裝置，該多個(gè)跟蹤與保持單元以 時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)寬帶通信系統(tǒng)需要的日益增長(zhǎng)推動(dòng)了對(duì)適合的測(cè)量系統(tǒng)的需求的增加。為了分 析那些通信系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)需要真正高的帶寬和良好的抖動(dòng)性能。為了獲得具有如此良好 的抖動(dòng)性能的測(cè)量系統(tǒng)，整個(gè)時(shí)鐘樹(shù)必須是穩(wěn)定的。
[0003] E. W Jacobs 等人的出版物 "Optically clocked track-and-hold for high-speed, high-resolution analog_to-digital conversion"（IEEE MWP，2004 年 4 月， 190頁(yè)至192頁(yè)）描述了一種可被用在模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的跟蹤與保持單元，其中，該跟蹤與保 持單元接收光學(xué)時(shí)鐘。因此，跟蹤與保持單元包括兩個(gè)用于生成電流的光電二極管，該電流 被送入二極管電路中，從而關(guān)閉來(lái)自?xún)蓚€(gè)電流源的較低的電流。無(wú)論光脈沖何時(shí)被兩個(gè)光 電二極管接收，高頻信號(hào)在二極管橋的輸出端總是保持恒定。
[0004] 該出版物的缺點(diǎn)是，由于不能再減少對(duì)于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的必要的保持時(shí)間，故采 樣速率被限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種具有非常高的采樣速率以及良好的抖動(dòng)性能的采 樣裝置。
[0006] 通過(guò)涉及采樣裝置的獨(dú)立權(quán)利要求1的特征，解決這個(gè)目的。本發(fā)明的任何有利 的其他進(jìn)展被限定在從屬權(quán)利要求中。
[0007] 本發(fā)明的采樣裝置包括第一輸入端口和第二輸入端口，其中，輸入信號(hào)被輸入至 第一輸入端口，并且其中，光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)被輸入至第二輸入端口。采樣裝置還包括多個(gè)跟蹤 與保持單元，其中，所述多個(gè)跟蹤與保持單元中的每一個(gè)與第一輸入端口連接，并且其中， 所述多個(gè)跟蹤與保持單元通過(guò)光波導(dǎo)還與第二輸入端口連接，以此方式使得所述多個(gè)跟蹤 與保持單元以時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行。非常有利的是，利用多個(gè)跟蹤與保持單元，且單一的光 學(xué)時(shí)鐘信號(hào)可被轉(zhuǎn)送至那些多個(gè)跟蹤與保持單元，使得僅需要一個(gè)光源。還有益的是，所述 多個(gè)跟蹤與保持單元以時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行。這確保了輸入信號(hào)通過(guò)所述多個(gè)跟蹤與保持 單元在不同的時(shí)間而被捕獲，從而使所述多個(gè)跟蹤與保持單元中的每一個(gè)更長(zhǎng)時(shí)間地存儲(chǔ) 所述輸入信號(hào)的一部分。
[0008] 如果光波導(dǎo)包括多個(gè)延遲單元，其中，延遲單元將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)延遲了時(shí)段At =1ΛΝ · felk)，其中，:^為光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的頻率，并且其中，N為所述多個(gè)跟蹤與保持單元 的數(shù)目，這點(diǎn)也是非常有利的。因此，每個(gè)跟蹤與保持單元具有N倍的時(shí)間來(lái)保持用于后面 的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的所述輸入信號(hào)的一部分，從而將采樣頻率提高到N倍。
[0009] 如果每個(gè)延遲單元為光波導(dǎo)的一部分，并且如果每個(gè)延遲單元具有曲徑的形狀， 和/或如果每個(gè)延遲單元具有彼此平行的段，并且如果每個(gè)延遲單元具有將平行段彼此連 接的其他段，其中，所述其他段為直徑等于或大于兩個(gè)平行段之間的距離的弧形，這是非常 有利的。這種具有帶有平行段的曲徑的形狀的延遲單元的使用、以及將平行段彼此連接的 其他弧形段的使用，確保了光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的功率損耗最小化。然而，在延遲單元內(nèi)不使用尖 角或其他不利的交接。
[0010]如果延遲單元為光波導(dǎo)的一部分，并且如果光波導(dǎo)的形成延遲單元的這個(gè)部分具 有螺旋的形狀，其中，延遲單元的內(nèi)段（該內(nèi)段也為螺旋的內(nèi)段）通過(guò)直線(xiàn)通向外部，從而 以大約90°的角度穿過(guò)其他段，這點(diǎn)也是有益的。如果維持 90。的角度，在光波導(dǎo)的不同 段中的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)可以穿過(guò)光波導(dǎo)本身，而不干擾光波導(dǎo)本身，這點(diǎn)是可以的。因此，可 非常容易地應(yīng)用光波導(dǎo)。
[0011] 如果光波導(dǎo)包括N-1個(gè)光功率分配器，其中，N為所述多個(gè)跟蹤與保持單元的數(shù) 目，其中，每個(gè)光功率分配器將光波導(dǎo)分成第一分支和第二分支，和/或如果通過(guò)相對(duì)于光 功率分配器的輸入信號(hào)線(xiàn)，調(diào)節(jié)第一分支的擴(kuò)張角和第二分支的擴(kuò)張角，可以選擇在每個(gè) 分支的信號(hào)功率的比例，這點(diǎn)也是非常有利的。由于抖動(dòng)性能沒(méi)有降低，故這種光功率分配 器的使用是非常有幫助的。如果可調(diào)整在每個(gè)分支的信號(hào)功率，這點(diǎn)也是非常有用的，這是 因?yàn)?，可以確保所述多個(gè)跟蹤與保持單元中的每一個(gè)接收相同的信號(hào)電平。
[0012] 如果N-1個(gè)光功率分配器連接在二叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)中，所述二叉樹(shù)的根位于第二輸入 端口，所述二叉樹(shù)的N個(gè)末端分支與N個(gè)跟蹤與保持單元連接，這點(diǎn)也是非常有益的。末端 分支也是二叉樹(shù)的葉節(jié)點(diǎn)。應(yīng)注意到，可以利用所有種類(lèi)的二叉樹(shù)，像完美二叉樹(shù)或完全二 叉樹(shù)。
[0013] 此外，如果至少一個(gè)延遲單元被設(shè)置在N-1個(gè)光功率分配器中的每一個(gè)光功率分 配器的第二分支內(nèi)，這點(diǎn)是有利的。這確保了每個(gè)跟蹤與保持單元在不同的時(shí)間運(yùn)行，使得 每個(gè)跟蹤與保持單元捕獲所述輸入信號(hào)的不同部分。
[0014] 如果包括第一光功率分配器的所有后代的樹(shù)結(jié)構(gòu)的所有分支的深度是相同的，和 /或如果設(shè)置在每個(gè)光功率分配器的第二分支內(nèi)的延遲單元的數(shù)目等于作為后代與各自的 分支連接的跟蹤與保持單元的數(shù)目，和/或如果沒(méi)有延遲單元設(shè)置在每個(gè)光功率分配器的 第一分支內(nèi)，這點(diǎn)也是有益的。這確保了所有N-1個(gè)光功率分配器對(duì)稱(chēng)設(shè)置，使得各個(gè)分支 中的唯一差別是延遲單元的數(shù)目。這允許在N-1個(gè)光功率分配器內(nèi)可更加容易地調(diào)整信 號(hào)功率，使得所述多個(gè)跟蹤與保持單元中的每一個(gè)跟蹤與保持單元接收大約相同的信號(hào)電 平。
[0015] 如果采樣裝置包括多個(gè)光電觸發(fā)器，其中，所述多個(gè)光電觸發(fā)器中的每一個(gè)將光 學(xué)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘信號(hào)，其中，所述多個(gè)光電觸發(fā)器中的每一個(gè)將每個(gè)跟蹤與保持 單元與光波導(dǎo)連接，這點(diǎn)也是非常有利的。這確保了電時(shí)鐘信號(hào)具有大約50%的占空比，其 中，光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的光脈沖小得多。
[0016] 如果光波導(dǎo)由鍺層或Si02層制成，和/或如果光波導(dǎo)、光功率分配器和延遲單元 由鍺或510 2制成并且如果它們?cè)O(shè)置在晶片的第一部分上，如果所述多個(gè)跟蹤與保持單元和 光電觸發(fā)器由SiGe制成并且如果它們?cè)O(shè)置在晶片的第二部分上，以及如果光電觸發(fā)器包 括光電二極管，所述光電二極管設(shè)置在晶片的這兩個(gè)部分之間，這點(diǎn)也是非常有益的。這確 保了可通過(guò)光學(xué)元件以及通過(guò)電子元件利用晶片。這允許所有上述部件可被集成在單一芯 片內(nèi)，從而降低單位成本。
[0017]如果鎖模激光器用于生成光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)，并且如果鎖模激光器通過(guò)光纖與第二輸 入端口連接，這點(diǎn)也是有益的。鎖模激光器具有非常好的抖動(dòng)性能以及大約30mw的輸出功 率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 在下文中，參考描述，示例性地描述本發(fā)明的不同實(shí)施方式。這點(diǎn)僅通過(guò)實(shí)施例來(lái) 完成，而沒(méi)有限制。完全相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。附圖中的圖示出：
[0019] 圖1為包括根據(jù)本發(fā)明的采樣裝置的實(shí)施方式和多個(gè)以時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行的 跟蹤與保持單兀的高速采樣單元；
[0020] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的采樣裝置；
[0021] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的采樣裝置的簡(jiǎn)化布局；
[0022] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的采樣裝置的簡(jiǎn)化布局；
[0023]圖5A為根據(jù)本發(fā)明的光功率分配器的實(shí)施方式；
[0024]圖5B為根據(jù)本發(fā)明的作為延遲單元運(yùn)行的光波導(dǎo)的實(shí)施方式；
[0025]圖5C為根據(jù)本發(fā)明的作為延遲單元運(yùn)行的光波導(dǎo)的另一實(shí)施方式；
[0026]圖6為用作電子時(shí)鐘發(fā)生器的光電觸發(fā)器的實(shí)施方式；
[0027]圖7為簡(jiǎn)化的跟蹤與保持單元的實(shí)施方式；和
[0028]圖8為帶有根據(jù)本發(fā)明的采樣裝置的簡(jiǎn)化的芯片結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式。

【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示出包括采樣裝置2的高速采樣單元1，該采樣裝置2包括以時(shí)間交錯(cuò)的模式 運(yùn)行的跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N。在一些情況下，高速采 樣單元1可被集成在單一芯片或ASIC(專(zhuān)用集成電路）內(nèi)。然而，還可以的是，采樣裝置2 可被集成在其自己的芯片上，而模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3 2至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3N位于 獨(dú)立的芯片上。應(yīng)注意到，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器32至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3 N僅為了更 好地理解而包含在圖1內(nèi)，它們不是本發(fā)明的必要部件。采樣裝置2還包括第一輸入端口 4和第二輸入端口 5。電輸入信號(hào)（即，RF(射頻）信號(hào)）被輸入至第一輸入端口 4。RF信 號(hào)為具有大約達(dá)到30GHz以及更高的帶寬的高頻信號(hào)。
[0030] 然后，RF信號(hào)被至少一個(gè)放大器6放大。然而，如果N小，例如，四個(gè)或八個(gè)，則RF 信號(hào)不需要被放大。所述至少一個(gè)放大器6的放大因數(shù)優(yōu)選是可調(diào)的。然后，放大的RF信 號(hào)被輸入至多個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N中的每一個(gè)。 因此，例如通過(guò)使用3-dB混合耦合器，可將放大的RF信號(hào)分離。由于信號(hào)線(xiàn)應(yīng)該是足夠短 的，故也可以避開(kāi)在芯片內(nèi)使用3-dB混合耦合器。
[0031] 此外，高速采樣單元1包括光學(xué)時(shí)鐘源8。光學(xué)時(shí)鐘源優(yōu)選為鎖模激光器8。鎖模 激光器8難以與高速采樣單元1的其他部件一起集成在芯片內(nèi)。鎖模激光器8生成具有例 如10GHz的頻率f elk的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)于每個(gè)脈沖的能量超過(guò)例如3pJ,定時(shí)抖動(dòng)小于 20fs RMS。
[0032] 采樣裝置2優(yōu)選包括至少一個(gè)放大器6、多個(gè)跟蹤與保持單元A、72至7N、以及至 少一個(gè)光功率分配器9和至少一個(gè)延遲單元10^ ι〇2。
[0033]鎖模激光器8通過(guò)利用光纖與第二輸入端口連接。在也可以位于芯片內(nèi)的采樣裝 置2內(nèi)，光波導(dǎo)11用來(lái)把光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)引到多個(gè)跟蹤與保持單元7ι、72至7N中的每一個(gè)。 非常重要的是，光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)被輸入至多個(gè)跟蹤與保持單元7 1Λ72至7N，以此方式使得多個(gè) 跟蹤與保持單元以時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行。
[0034]與光波導(dǎo)11連接的第二輸入端口 5與第一光功率分配器9連接。第一光功率分 配器的第一分支與第一跟蹤與保持單元7!連接。第一光功率分配器9的第二分支與第一延 遲單元lOi連接。第一延遲單元l〇i還與另一個(gè)延遲單元1〇 Μ連接，其中，Μ彡1，且航e ?。 在第一延遲單元lOi內(nèi)，還存在另一光功率分配器，該另一光功率分配器將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)分 成被輸入至第二跟蹤與保持單元7 2的信號(hào)。然后，該另一光功率分配器的另一個(gè)信號(hào)被輸 入至其他的跟蹤與保持單元7N，其中，N彡2,且NE N。
[0035]還應(yīng)注意到，從每個(gè)光功率分配器9延伸的所有分支仍屬于光波導(dǎo)11。
[0036]每個(gè)延遲單元lOi至延遲單元10M將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)延遲時(shí)段Δ t = 1ΛΝ ·?elk)，其 中，f；lk為光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的頻率。如果例如N的數(shù)字為3,每個(gè)延遲單元埤至延遲單元1〇Μ 將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)延遲了周期的I/3。這意味著，對(duì)于整個(gè)時(shí)鐘周期，跟蹤與保持單元7l、跟 蹤與保持單元7 2至跟蹤與保持單元\可以存儲(chǔ)RF信號(hào)的一部分，從而確保以光學(xué)時(shí)鐘信 號(hào)的頻率的三倍的頻率對(duì)該RF信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0037] 所述多個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N中的每一 個(gè)還包括多個(gè)將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘信號(hào)的光電觸發(fā)器12i、光電觸發(fā)器122至光電 觸發(fā)器12N。因此，所述多個(gè)光電觸發(fā)器1?、光電觸發(fā)器122至光電觸發(fā)器12N將跟蹤與保 持單元、跟蹤與保持單元7 2至跟蹤與保持單元7N中的每一個(gè)與光波導(dǎo)11連接。所述多 個(gè)光電觸發(fā)器12i、光電觸發(fā)器12 2至光電觸發(fā)器1?還將電時(shí)鐘信號(hào)的占空比提高到大約 50%。光電觸發(fā)器12i、光電觸發(fā)器122至光電觸發(fā)器12 N可被集成在跟蹤與保持單元、跟 蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N內(nèi)，但它們也可以與各自的跟蹤與保持單元、跟蹤 與保持單元7 2至跟蹤與保持單元7N分離。因此，光電觸發(fā)器可被集成在采樣裝置2中的某 處。
[0038] 所述多個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N中的每一 個(gè)的輸出端優(yōu)選與放大器13i、放大器132至放大器13N連接。放大器13i、放大器13 2至放 大器13N驅(qū)動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。此外，由于芯片可不足夠大，故模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3l、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器3 2至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3N優(yōu)選設(shè)置在芯片的外部。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3,、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 32至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3 N中的每一個(gè)具有多個(gè)可被用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿休敵龆丝凇?br> [0039] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的采樣裝置2。采樣裝置2包括多個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤 與保持單元72至跟蹤與保持單元7N。在這種情況下，交錯(cuò)因數(shù)N等于8,這也意味著存在8 個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N。還可以看到，存在多個(gè)延 遲單元10,至延遲單元10 M。每個(gè)延遲單元IO^IOm為光波導(dǎo)11的一部分，在下文中，詳細(xì) 地說(shuō)明該光波導(dǎo)。
[0040] 光波導(dǎo)11還包括N-1個(gè)光功率分配器％至光功率分配器9N_i,其中，N為交錯(cuò)因 數(shù)，也為所述多個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N的數(shù)目。每 個(gè)光功率分配器1至光功率分配器9 N_i將光波導(dǎo)11分成第一分支和第二分支。如果光波 導(dǎo)11是幾乎無(wú)損耗的，則每個(gè)分支應(yīng)該獲得輸入的光功率的一半。事實(shí)上，光波導(dǎo)會(huì)有大 的損耗，由此，與具有小延遲的分支相比，在具有大延遲的分支上將出現(xiàn)更大的衰減。在 這種情況下，優(yōu)選向具有大延遲的分支提供更多的功率，使得在每個(gè)分支的輸出端的功率 將基本上相等。通過(guò)調(diào)整第一分支相對(duì)于相應(yīng)的光功率分配器 9ι至光功率分配器9N1的輸 入信號(hào)線(xiàn)的擴(kuò)張角和第二分支相對(duì)于相應(yīng)的光功率分配器％至光功率分配器 9n i的輸入信 號(hào)線(xiàn)的擴(kuò)張角，可以選擇各個(gè)分支的信號(hào)功率的比例。也將在下文說(shuō)明這些細(xì)節(jié)。
[0041]以此方式調(diào)節(jié)所有的N-1個(gè)光功率分配器1至光功率分配器9N_i的信號(hào)功率的比 例，使得在光波導(dǎo)11的每個(gè)端節(jié)點(diǎn)或在多個(gè)跟蹤與保持單元7ι、跟蹤與保持單元72至跟蹤 與保持單元 7n中的每一個(gè)跟蹤與保持單元處的信號(hào)功率大約相同。更確切地說(shuō)，必須以此 方式調(diào)節(jié)所有的N-1個(gè)光功率分配器 9ι至光功率分配器gN i的信號(hào)功率的比例，使得在所 述多個(gè)光電觸發(fā)器14、光電觸發(fā)器122至光電觸發(fā)器12N的輸入端口的信號(hào)功率應(yīng)該是相 同的，其中，光，觸發(fā)器12i、光電觸發(fā)器12 2至光電觸發(fā)器12N被集成在跟蹤與保持單元 跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元 7n內(nèi)，或者其中，光電觸發(fā)器12ι至光電觸發(fā)器12n設(shè) 置在跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N的前面，g卩，信號(hào)路徑中的 上游。
[0042]圖2描述了光波導(dǎo)11的對(duì)稱(chēng)的樹(shù)結(jié)構(gòu)。這意味著，樹(shù)結(jié)構(gòu)的所有分支的深度是相 同的，其中，該樹(shù)結(jié)構(gòu)包括第一光功率分配器1的所有后代。所述后代包括另外的光功率分 配器％至光功率分配器t以及所述多個(gè)延遲單元 1〇1、延遲單元％至延遲單元1〇m。后 代與第一光功率分配器W的第一分支或第二分支連接。因此，第一光功率分配器％與第二 輸入端口 5連接。在圖2的實(shí)施方式中，樹(shù)結(jié)構(gòu)的深度為3。
[0043]此外」設(shè)置在每個(gè)光功率分配器9ι至光功率分配器9n i的第二分支內(nèi)的延遲單元 lOi至延遲單元10M的數(shù)目等于作為后代而連接至相應(yīng)的分支的跟蹤與保持單元7ι、跟蹤與 保持單元 72至跟蹤與保持單元7N的數(shù)目。例如，第一光功率分配器9ι的第二分支包括四 個(gè)延遲單元lOi。這由在At前的數(shù)字"4"表示。然而，第一光功率分配器 9ι的第二分支在 端部與4個(gè)跟蹤與保持單元7l、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元 7n連接。同樣情況也 適用于第一光功率分配器92的第二分支。第二光功率分配器％的第二分支與 2個(gè)跟蹤與 保持單元7!、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7N連接，這意味著，2個(gè)延遲單元1〇 2被 包含在第二光功率分配器92的第二分支內(nèi)。
[0044]分支為光波導(dǎo)11的線(xiàn)段，該線(xiàn)段從每個(gè)光功率分配器9l至光功率分配器9η的輸 出端延伸且結(jié)束于后代光功率分配器9l至光功率分配器的輸入端、或結(jié)束于光電觸發(fā) 器12i至光電觸發(fā)器12 N的輸入端口、或結(jié)束于跟蹤與保持單元7ι、跟蹤與保持單元72至跟 S1 示與保持單兀7N的輸入端口。延遲單元lOi至延遲單元ι〇Μ可被包含在每個(gè)分支中。正如 在下文中所詳細(xì)描述的，延遲單元lOi至延遲單元 1〇M為具有特定布線(xiàn)的光波導(dǎo)n的組成 部分。
[0045]在根據(jù)本發(fā)明的圖2的實(shí)施方式中，沒(méi)有延遲單元1〇1至延遲單元1〇M被設(shè)置在每 個(gè)光功率分配器％至光功率分配器9^的第一分支內(nèi)。很顯然，被輸入至第一跟蹤與保持 單元L的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)僅通過(guò)光波導(dǎo)i〖的從第二輸入端口 5到第一跟蹤與保持單元的 光電觸發(fā)器12i的相應(yīng)的輸入端口的長(zhǎng)度而延遲。然而，第二跟蹤與保持單元 72的光學(xué)時(shí) 鐘信號(hào)被一個(gè)延遲單元延遲了時(shí)段At = 1ΛΝ · fdk)。如果周期具有l(wèi)〇〇ps的長(zhǎng)度，則對(duì) Ω 于第二跟蹤與保持單元72的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)延遲了 12. 5ps。也很顯然的是，與輸入至第一跟 蹤與保持單元A的時(shí)鐘信號(hào)相比，對(duì)于第三跟蹤與保持單元73的時(shí)鐘信號(hào)延遲了 25ps。 [0046] 當(dāng)計(jì)算光功率分配器％至光功率分配器的分配比時(shí)，必須考慮后代分支的量， 包括后代延遲單元％至后代延遲單元9^的量。例如，第一光功率分配器％的第一分支包 括4個(gè)后代延遲單元至延遲單元10Μ，其中，第一光功率分配器\的第二分支包括8個(gè) 延遲單元lOi至延遲單元10 Μ。將所有該信息匯總，可以計(jì)算所有光功率分配器％至光功率 分配器9^的分配比，使得對(duì)于所述多個(gè)光電觸發(fā)器12i至光電觸發(fā)器12 Ν的所有光電觸發(fā) 器或?qū)τ谒龆鄠€(gè)跟蹤與保持單元7!、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7 Ν而言，輸入 信號(hào)電平是相同的。
[0047] 然而，應(yīng)該清楚的是，對(duì)于比圖2所示的采樣裝置具有更多或更少的跟蹤與保持 單兀7!、跟蹤與保持單兀72至跟蹤與保持單兀7Ν的采樣裝置2,也可以提供上述樹(shù)結(jié)構(gòu)。 [0048] 還可存在其他的不必須是對(duì)稱(chēng)的樹(shù)結(jié)構(gòu)。然而，所有的樹(shù)結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)是，根節(jié)點(diǎn) 與第二輸入端口 5連接，并且多個(gè)端節(jié)點(diǎn)與所述多個(gè)跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72 至跟蹤與保持單元7!^連接或與所述多個(gè)光電觸發(fā)器12i至光電觸發(fā)器12N連接。所述至少一 個(gè)延遲單元lOi至延遲單元10 M延遲光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)，使得所述多個(gè)跟蹤與保持單元7l、跟蹤 與保持單兀72至跟蹤與保持單兀7 N中的每一個(gè)跟蹤與保持單元在不同的時(shí)間捕獲Rp·(射 頻）輸入信號(hào)的一部分。
[0049] 正如已提到的，還可使用用于光波導(dǎo)11的其他的樹(shù)結(jié)構(gòu)。例如，N-1個(gè)光功率分 配器I至光功率分配器9^可串聯(lián)連接，使得每個(gè)光功率分配器％至光功率分配器9N與 各自的母光功率分配器9!至光功率分配器 9N_i的第二分支連接，其中，第一光功率分配器％ 與第二輸入端口 5連接，并且其中，N-1個(gè)光功率分配器％至光功率分配器中的每一個(gè) 的第一分支與各自的跟蹤與保持單元A、跟蹤與保持單元 72至跟蹤與保持單元7N連接。例 如，在圖1中示出了這種結(jié)構(gòu)。
[0050] 此外，一個(gè)延遲單元10!至延遲單元10M設(shè)置在N-1個(gè)光功率分配器％至光功率 分配器9^中的每一個(gè)的第二分支內(nèi)。如果跟蹤與保持單元7l、72至7N的數(shù)目小，則可優(yōu)選 使用這種樹(shù)結(jié)構(gòu)。因此，可容易調(diào)整在第一光功率分配器％內(nèi)的分配比。然而，如果例如 存在32個(gè)跟蹤與保持單元7^1至7 N，則第一光功率分配器％應(yīng)該具有至少1 :32的分配 t匕，這個(gè)比例是難以獲得的。
[0051]所述多個(gè)跟蹤與保持單元7p72至7N與多個(gè)放大器％至放大器13N連接，其中， 所述多個(gè)放大器13i至放大器1?的輸出端優(yōu)選也為芯片的輸出端。
[0052]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的采樣裝置2的簡(jiǎn)化布局。正如已提到的，職信 號(hào)被輸入至第一輸入端口 4。在RF配電線(xiàn)路30內(nèi)，RF信號(hào)被分成N個(gè)被輸入至多個(gè)跟蹤 與保持單兀7!、跟蹤與保持單兀72至跟蹤與保持單兀7 N的單獨(dú)信號(hào)。RF配電線(xiàn)路30包括 數(shù)個(gè)用于放大每個(gè)單獨(dú)的RF信號(hào)的放大器6。應(yīng)注意到，RF配電線(xiàn)路30關(guān)于第一輸入端 口 4是匹配的。
[0053]此外，正如已描述的，光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)被輸入至第二輸入端口 5。這種光學(xué)時(shí)鐘信號(hào) 優(yōu)選由鎖模激光器8而生成。然后，通過(guò)作為光波導(dǎo)11的一部分的第一光功率分配器9 將該光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)分割。 "
[0054]為了簡(jiǎn)化布局，多個(gè)將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘信號(hào)的光電觸發(fā)器I2t至光電 觸發(fā)器12N在圖3內(nèi)未示出。
[0055] 在圖3的布局內(nèi)還示出了所述多個(gè)延遲單元lOi至延遲單元1〇Μ。作為光波導(dǎo)11 的一部分的延遲單元lOi至延遲單元1〇Μ具有曲徑的形狀。必須注意到，比例失調(diào)地示出延 遲單元1(^至延遲單元l〇M的曲徑的尖角。正如在下文所描述的，曲徑結(jié)構(gòu)僅具有將平行 段彼此連接的弧形段。因此，相對(duì)于光波導(dǎo)11的典型的直線(xiàn)而言，曲徑結(jié)構(gòu)增加了光長(zhǎng)度。 可清晰地看到，用于第一跟蹤與保持單元的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)不經(jīng)過(guò)任何延遲單元lOi至延 遲單元1〇 Μ。用于最后的跟蹤與保持單元7N的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)N-1個(gè)延遲單元1(^至延 遲單元l〇 M。
[0056] 如果時(shí)鐘信號(hào)具有l(wèi)oops的周期，則每個(gè)輸出端口相對(duì)于各自相鄰的輸出端口， 延遲了 12· 5ps。由于鎖模激光器具有非常良好的抖動(dòng)性能，故各個(gè)輸出端口的延遲時(shí)間之 間的差值是恒定的。
[0057]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的采樣裝置2的簡(jiǎn)化布局。與在圖2中的交 錯(cuò)因數(shù)相比，在圖4中的交錯(cuò)因數(shù)N是更高的。交錯(cuò)因數(shù)N等于16,使得同樣存在16個(gè)跟 蹤與保持單元至7N。同樣可看到，RF信號(hào)被輸入至第一輸入端口 4。然后，RF信號(hào)被 分成兩個(gè)信號(hào)路徑，其中，每個(gè)信號(hào)路徑包括放大器6。然后，每個(gè)信號(hào)路徑被進(jìn)一步拆分， 使得被輸入至第一輸入端口 4的RF信號(hào)的一部分同樣應(yīng)用在多個(gè)跟蹤與保持單元71、72至 7N中的每一個(gè)的輸入端口。
[0058]圖4還示出了通過(guò)光纖與鎖模激光器8連接的第二輸入端口 5。輸入端口 5由將 入射光耦合到光波導(dǎo)11中的光柵組成。這確保了盡可能多的光脈沖功率可被注入到光波 導(dǎo)11中。同樣降低第二輸入端口 5處的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的功率損耗的其他形式也是適合的。 [0059] 正如已描述的，通過(guò)第一光功率分配器％，光波導(dǎo)11被分成第一分支和第二分支。 正如已描述的，多個(gè)延遲單元lOi至10M形成在光波導(dǎo)11內(nèi)。如虛線(xiàn)所示，每個(gè)延遲單元1〇ι 至1〇Μ與相鄰的延遲單元lOi至10M分離開(kāi)。設(shè)置在第一光功率分配器％的第二分支內(nèi)的 延遲單元lOi至延遲單元10 M的數(shù)目同樣等于作為后代連接至相應(yīng)分支的跟蹤與保持單元 A、72至7N的數(shù)目。在這種情況下，8個(gè)跟蹤與保持單元7i、7 2至7N作為后代與第一光功率 分配器％的第二分支連接。因此，存在8個(gè)插入在第二分支內(nèi)的延遲單元。例如，同樣的情 況也適用于第二光功率分配器9 2。在這種情況下，存在4個(gè)與第二光功率分配器％的第二 分支連接的跟蹤與保持單元7i、72至7 N。因此，第二光功率分配器92的第二分支包括4個(gè) 延遲單元lOi至10 M。另一方面,正如已提到的，每個(gè)光功率分配器91至9]^的第一分支不 包括任何延遲單元lOi至10 M。
[0060]圖4還示出了所述多個(gè)光電觸發(fā)器I2i至光電觸發(fā)器12N。每個(gè)光電觸發(fā)器 12ι至 光電觸發(fā)器12N設(shè)置在跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元72至跟蹤與保持單元7n的'入 口。每個(gè)光電觸發(fā)器12i至光電觸發(fā)器1心將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為被輸入至相應(yīng)的跟蹤 與保持單兀、跟蹤與保持單元7 2至跟蹤與保持單元7n的電子時(shí)鐘信號(hào)。還期望的是，在 每個(gè)光電觸發(fā)器12!至光電觸發(fā)器12 N，光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)具有大約相同的功率電平。通過(guò)相對(duì) 于光功率分配器％至光功率分配器gN i的輸入端口，每個(gè)光功率分配器9ι至的第一分 支和第二分支之間的適當(dāng)?shù)慕嵌?，?shí)現(xiàn)這個(gè)目的。
[0061]圖5A示出光功率分配器1至光功率分配器9η的簡(jiǎn)化的實(shí)施方式?？梢钥吹剑?功率分配器9!至光功率分配器9^具有一個(gè)輸入信號(hào)線(xiàn)50,該輸入信號(hào)線(xiàn)5〇為光波導(dǎo)u 的一部分。該輸入信號(hào)線(xiàn)50被分成第一分支和第二分支512。通過(guò)相對(duì)于光功率分配 器％至9^的輸入信號(hào)線(xiàn)5〇調(diào)節(jié)第一分支的擴(kuò)張角52i和第二分支512的擴(kuò)張角522,可 以選擇在每個(gè)分支的信號(hào)功率的比例。如果第一分支5L和第二分支51 2的起始點(diǎn) 在輸入信號(hào)線(xiàn)的中間，并且如果兩個(gè)擴(kuò)張角為45°，則光功率分配器9l至光功率分配器9 nm 將光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)分成兩個(gè)具有相同的信號(hào)功率級(jí)別的時(shí)鐘信號(hào)。
[0062] 此外，將第一分支51i與第二分支512連接的尖角53可沿著輸入信號(hào)線(xiàn)50的寬度 滑動(dòng)，以進(jìn)一步調(diào)整分配比，這允許構(gòu)成具有非常高的例如1 :30或更高的分配比的光功率 分配器％至光功率分配器。如果應(yīng)實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)11的非對(duì)稱(chēng)的樹(shù)結(jié)構(gòu)，則可使用那些種 類(lèi)的光功率分配器％至光功率分配器9^。
[0063]在圖5Α的實(shí)施方式中所示的第一分支51!和第二分支512具有比輸入信號(hào)線(xiàn)50 小的寬度。應(yīng)當(dāng)明白，第一分支5L和第二分支512也可以具有與輸入信號(hào)線(xiàn)50的寬度相 等的寬度，或者第一分支和第二分支512可以具有比輸入信號(hào)線(xiàn)50的寬度大的寬度。 [0064]正如已提到的，每個(gè)光功率分配器\至光功率分配器9^的輸入信號(hào)線(xiàn)50以及第 一分支和第二分支51 2為光波導(dǎo)11的一部分，因此由透明的鍺層或Si〇2層制成。光功 率分配器％至光功率分配器 9N_i以及整個(gè)光波導(dǎo)11可被容易地構(gòu)造在共同晶片上。此外， 還可以設(shè)計(jì)具有多于兩個(gè)分支的光功率分配器。
[0065]圖5B示出光波導(dǎo)11的作為根據(jù)本發(fā)明的延遲單元至延遲單元1〇M運(yùn)行的一 部分的實(shí)施方式。在圖3和圖4內(nèi)，示出了延遲單元1(^至延遲單元1〇Μ為光波導(dǎo)11的一 部分，并且光波導(dǎo)11的該部分具有曲徑的形狀。然而，延遲單元lOi至延遲單元1〇 Μ還可具 有螺旋的形狀，其中，延遲單元lOi至延遲單元1〇Μ的內(nèi)段55通過(guò)利用直線(xiàn)56而通向外部， 從而以大約90°的角度穿過(guò)其他段57i、段57 2。90。的角度確保了在直線(xiàn)56上的延遲的 時(shí)鐘信號(hào)不干擾在其他段57i、段572上的或多或少的被延遲的時(shí)鐘信號(hào)。正如已提到的， 必須確保不使用尖角。
[0066]螺旋形狀的延遲單元l〇i至10M的所有部分的半徑越大，光功率的損耗可被降低得 越多。
[0067]圖5C示出根據(jù)本發(fā)明的作為延遲單元1(^至延遲單元10M運(yùn)行的光波導(dǎo)11的另 一實(shí)施方式。正如上文提到的，延遲單元lOi至延遲單元i〇M可具有曲徑的形狀，其中，延遲 單元10!至延遲單元10 M具有平行于彼此的段eOi、段602，并且其中，延遲單元埤至延遲單 元10M具有為弧形的其他段 61，從而將平行段6〇i、段602彼此連接。如圖4所示，其他段61 的半徑可等于兩個(gè)平行段 6〇1、6〇2之間的距離。然而，如圖5C所示，其他段的直徑還可大于 兩個(gè)平行段之間的距離。如果其他段61具有大于兩個(gè)平行段之間的距離的半徑， 則光功率損耗被進(jìn)一步降低。
[0068]圖6示出可被用作電子時(shí)鐘發(fā)生器的光電觸發(fā)器I2i至光電觸發(fā)器12N的實(shí)施方 式。光電觸發(fā)器％至光電觸發(fā)器12N包括數(shù)個(gè)晶體管6(^、晶體管602、晶體管603、晶體管 6〇 4。晶體管60!、晶體管602的發(fā)射極與光電二極管61連接，就其本身而言，該光電二極管 61與負(fù)電源電壓連接，該光電二極管61也可以接地。數(shù)據(jù)輸入端D和數(shù)據(jù)輸入端萬(wàn)與晶體 管60!、晶體管60 2的基極端子連接。晶體管6〇i、晶體管602的集電極各自通過(guò)電阻器62^ 電阻器62 2與正電源電壓連接。
[0069]在這個(gè)電路中的光電二極管61以此方式連接，使得只要沒(méi)有光落在光電二極管 61上，只有最小的泄漏電流流動(dòng)。光一落到光電二極管61上，光電流就從光電二極管的η 摻雜區(qū)流到Ρ摻雜區(qū)。通過(guò)良好的近似法，光電流的強(qiáng)度與激光脈沖的光功率成比例。 [0070]圖6還示出形成鎖存器的晶體管6〇 3、晶體管604的差分對(duì)。這種差分對(duì)的基極端 子交叉地連接至晶體管6〇i、晶體管60 2的集電極端子。換言之，晶體管603的基極端子與晶 體管eOi的集電極端子連接。晶體管60 4的基極端子與晶體管602的集電極端子連接。而 且，晶體管603的集電極端子與晶體管 6〇2的集電極端子連接。晶體管6〇4的集電極端子也 與晶體管6(^的集電極端子連接。晶體管60 3、晶體管604的發(fā)射極端子通過(guò)電流源63與負(fù) 電源電壓連接，該負(fù)電源電壓也可以接地。交叉布線(xiàn)的結(jié)果是，生成正反饋，從而維持鎖存 器的邏輯狀態(tài)。在該上下文中，由電流源63產(chǎn)生的鎖存器的零信號(hào)電流必須顯著地小于由 光電二極管61產(chǎn)生的光電流。只要滿(mǎn)足這個(gè)條件，光電二極管61的光電流就可以超過(guò)電 流源63的零信號(hào)電流，從而改變鎖存器的邏輯狀態(tài)。
[0071] 在此所示的也被稱(chēng)為光電觸發(fā)器12i、光電觸發(fā)器1?至光電觸發(fā)器12N的光控D 觸發(fā)器可用于多個(gè)應(yīng)用。特別地，光控D觸發(fā)器適合用在高精度的時(shí)鐘發(fā)生器中，g卩，該時(shí) 鐘發(fā)生器可被用在根據(jù)本發(fā)明的采樣裝置2內(nèi)。為了生成其時(shí)鐘狀態(tài)提供相同的長(zhǎng)度（占 空比50%)的電時(shí)鐘信號(hào)，也必須實(shí)現(xiàn)反饋回路。
[0072] 圖6還示出了延遲裝置64。延遲裝置64包括兩個(gè)晶體管65p652、電流源66和兩 個(gè)電阻器67i、672。兩個(gè)電阻器67i、672分別連接在正電源電壓和晶體管65^晶體管65 2之 一的集電極之間，作為負(fù)載電阻器。晶體管65;、晶體管652的發(fā)射極分別與電流源66連接， 該電流源66與負(fù)電源電壓連接，負(fù)電源電壓還可接地。晶體管 65ι的基極與晶體管6〇4的 基極連接。晶體管652的基極與晶體管60 3的基極連接。而且，晶體管65i的集電極與晶體 管6〇i的基極連接，作為反饋。類(lèi)似地，晶體管65 2的集電極與晶體管602的基極連接。 [0073]圖7示出簡(jiǎn)化的跟蹤與保持單元、跟蹤與保持單元7 2至跟蹤與保持單元7N的 實(shí)施方式?？梢钥吹?，簡(jiǎn)化的跟蹤與保持單元7ι、跟蹤與保持單元7 2至跟蹤與保持單元7n 具有三個(gè)輸入端口。RF信號(hào)被輸入至第一輸入端口 70,其中，時(shí)鐘信號(hào)被輸入至第二輸入 端口 71，其中，時(shí)鐘非信號(hào)（clock-not-signal)被輸入至第三輸入端口 72。跟蹤與保持單 元^至跟蹤與保持單元7N的第一輸入端口與電阻器73的一端連接，其中，電阻器73的另 一端與電源電壓連接。此外，第一輸入端口 70還與晶體管74的基極和另一個(gè)晶體管75的 集電極連接。晶體管74的集電極也與電源電壓連接。晶體管74的發(fā)射極與又一個(gè)晶體管 76的集電極和電容器77的一端連接，其中，電容器77的另一端與例如可接地的電源電壓連 接。；^述又二個(gè)晶體管76的基極與簡(jiǎn)化的跟蹤與保持單元 7ι至跟蹤與保持單元&的第二 輸入端口 連接，其中，所述另一個(gè)晶體管 75的基極與簡(jiǎn)化的跟蹤與保持單元A至跟蹤 與保持單元7N的第三輸入端口 72連接。所述另一個(gè)晶體管75和所述又一個(gè)晶體管76的 發(fā)射極被連接在一起，且與電流源79連接。
[0074]然而，如果電壓低于電時(shí)鐘信號(hào)的邏輯"高，，電平且高于電時(shí)鐘信號(hào)的邏輯"低，，電 平，其中，幅被輸人至第二輸人端□ n，則傭棚化醜蹤與鱗單元至跟蹤 與保^單元7N的|^二輸入端口 72連接至?xí)r鐘非信號(hào)，第三輸入端口 72也可與恒壓電源連 接。另外，時(shí)鐘非信號(hào)也可被輸入到第三輸入端口 ？2,其中，時(shí)鐘非信號(hào)相對(duì)于被輸入到第 一輸入纟而口 "71的電時(shí)鐘信號(hào)，具有18〇。的相移。
[0075]姆電時(shí)鐘信號(hào)的邏輯電平是"高的"，麵述又一個(gè)晶體管％處于導(dǎo)通狀態(tài)。因 1 Q 此，電容器77被充電有RF信號(hào)的一部分，其中，該部分等于RF信號(hào)減去晶體管74的電壓 UBE。如果電時(shí)鐘信號(hào)的邏輯電平在簡(jiǎn)化的跟蹤與保持單元至跟蹤與保持單元7N的第二 輸入端口 71是"低的"，則另一個(gè)晶體管75處于導(dǎo)通狀態(tài)，這確保了晶體管74不處于導(dǎo)通 狀態(tài)。電阻器73增強(qiáng)了這種效應(yīng)。
[0076]圖8示出帶有根據(jù)本發(fā)明的采樣裝置2的芯片結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式。該芯片包括作為 基結(jié)構(gòu)的硅晶片。此外，包括光功率分配器％至光功率分配器9^和延遲單元1(^至延遲 單元1〇Μ的光波導(dǎo)11設(shè)置在晶片的第一部分80 :上。光波導(dǎo)11和上述部件一起由對(duì)于光 源的各自的波長(zhǎng)而言可透射的層制成，即，由鍺層或Si02層制成。應(yīng)該提到，其他可沉積在 晶片上且具有透明結(jié)構(gòu)的材料也可被用于制造光波導(dǎo)11。
[0077] 另一方面，所述多個(gè)跟蹤與保持單元至跟蹤與保持單元7N和光電觸發(fā)器12i至 光電觸發(fā)器12NS置在晶片的第二部分80 2上。應(yīng)該注意到，在光電觸發(fā)器12i至光電觸發(fā) 器12N內(nèi)的光電二極管ei優(yōu)選設(shè)置在晶片的第一部分SOi和第二部分80 2之間的交接處。 第二部分802的部件優(yōu)選由SiGe制成。應(yīng)該清楚，也可以使用其他材料，只要它們可被沉 積在晶片上并且適合于高速數(shù)據(jù)速率。
[0078] 代替利用光延遲單元10!至延遲單元1〇Μ，也可以延遲輸入在第一輸入端口 4的電 RF信號(hào)。在有限的范圍內(nèi)，通過(guò)適當(dāng)?shù)夭迦胱內(nèi)荻O管，例如，通過(guò)插入壓敏電容器，可實(shí)現(xiàn) 這一點(diǎn)。
[0079] 本發(fā)明不受限于所提出的示例性實(shí)施方式。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，根據(jù)需要，上文所 述的或在附圖中所示的所有特征可有利地彼此結(jié)合。其他的晶體管（如，PNP雙極晶體管、 NM0S晶體管或PM0S晶體管、或甚至其他的FET晶體管（場(chǎng)效應(yīng)晶體管））可用來(lái)代替npn 晶體管?？梢允褂么骀i模激光器的其他光源，如，頻閃燈（stroke lamp)、LED(發(fā)光二極 管）、或其他種類(lèi)的激光器（如，半導(dǎo)體激光器）。如果III-V-半導(dǎo)體層（如InGaAs)通過(guò) 例如MBE (分子束外延）被應(yīng)用于Si基片上，則半導(dǎo)體激光器可被集成在同一個(gè)芯片上。
【權(quán)利要求】
1. 一種米樣裝置（2)，包括第一輸入端口（4)和第二輸入端口（5)， 其中，輸入信號(hào)被輸入至所述第一輸入端口（4)，并且光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)被輸入至所述第二 輸入端口（5)， 其特征在于， 所述采樣裝置（2)包括多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)，其中，所述多個(gè)跟蹤與保持單 元（7i，72,7N)中的每一個(gè)跟蹤與保持單元與所述第一輸入端口⑷連接，并且， 所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)通過(guò)光波導(dǎo)（11)與所述第二輸入端口（5)連接， 使得所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)以時(shí)間交錯(cuò)的模式運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述光波導(dǎo)（11)設(shè)置成樹(shù)結(jié)構(gòu)，其中，根節(jié)點(diǎn)與所述第二輸入端口（5)連接，并且其 中，多個(gè)端節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)端節(jié)點(diǎn)與所述多個(gè)跟蹤與保持單元（T1Jp7n)中的一個(gè)跟蹤與 保持單元連接，其中，所述光波導(dǎo)（11)包括至少一個(gè)延遲單元（IOplOylOM)，所述延遲單 元延遲所述光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)，使得所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)中的每一個(gè)跟蹤與保 持單元在不同的時(shí)間捕獲RF信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采樣裝置， 其特征在于， 每個(gè)延遲單元（K^IO^IOm)將所述光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)延遲時(shí)段At=V(N*f；lk)，其中，N為所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)的數(shù)目，并且其中，〖。11;為所述光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的采樣裝置， 其特征在于， 每個(gè)延遲單元（IOpK^IOm)為所述光波導(dǎo)（11)的一部分，并且所述光波導(dǎo)（11)的該 部分具有曲徑的形狀，和/或 每個(gè)延遲單元（IOpK^IOm)具有平行于彼此的段（6(^600，并且所述延遲單元（IO1, 1〇2,l〇M)具有將平行的段^O1AO2)彼此連接的其他段（61)，其中，所述其他段（61)為直徑 等于或大于兩個(gè)平行的段（GO1AO2)之間的距離的弧形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4所述的采樣裝置， 其特征在于， 每個(gè)延遲單元（IOpK^IOm)為所述光波導(dǎo)（11)的一部分，并且所述光波導(dǎo)（11)的該 部分具有螺旋的形狀，其中，所述延遲單元（IOplO2,l〇M)的內(nèi)段（55)通過(guò)直線(xiàn)（56)通向 外部，從而優(yōu)選以大約90度的角度穿過(guò)所述螺旋的其他段（57 :，572)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述光波導(dǎo)（11)包括N-I個(gè)光功率分配器（9 其中，N為所述多個(gè)跟蹤與 保持單元（7i，72,7N)的數(shù)目，其中，每個(gè)光功率分配器（9 將所述光波導(dǎo)（11)分 成第一分支（51^和第二分支（512)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的采樣裝置， 其特征在于， 通過(guò)相對(duì)于所述光功率分配器（9A1A2AnJ的輸入信號(hào)線(xiàn)（50)調(diào)節(jié)所述第一分支 (51J的擴(kuò)張角和所述第二分支（512)的擴(kuò)張角，能夠選擇各個(gè)分支（51i，512)處的信號(hào)功 率的比例。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的采樣裝置， 其特征在于， 調(diào)節(jié)所有N-I個(gè)光功率分配器（9 的信號(hào)功率的比例，使得在每個(gè)端節(jié)點(diǎn) 或在所述多個(gè)跟蹤與保持單元G1J2Jn)中的每一個(gè)跟蹤與保持單元處的信號(hào)功率大約相 同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述N-I個(gè)光功率分配器（9 串聯(lián)連接，使得每個(gè)光功率分配器（9 ;%，％， V)與各自的母光功率分配器（9;%，％，^)的所述第二分支（512)連接，并且，第一光功 率分配器（9A1)與所述第二輸入端口（5)連接，并且，所述N-I個(gè)光功率分配器（9 ;%，％， 9」的所述第一分支（51)與各自的跟蹤與保持單元（7i，72,7N)連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的采樣裝置， 其特征在于， 一個(gè)延遲單兀（IO1,1〇2,l〇M)設(shè)置在所述N-I個(gè)光功率分配器（9 ;%，4,9]^)中的每一 個(gè)光功率分配器的所述第二分支（512)內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6至8所述的采樣裝置， 其特征在于， 包括所述第一光功率分配器（9A1)的所有后代的樹(shù)結(jié)構(gòu)的所有分支（51:，512)的深度 是相同的，和/或 設(shè)置在每個(gè)光功率分配器（9A1A2AnJ的所述第二分支（512)內(nèi)的延遲單元（IO1,l〇2，l〇M)的數(shù)目等于作為后代與該相應(yīng)分支（512)連接的所述跟蹤與保持單元（7i，72,7N) 的數(shù)目，和/或 沒(méi)有延遲單元（IOpK^IOm)設(shè)置在每個(gè)光功率分配器（9A1A2AnJ的所述第一分支 (51J內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6至8或權(quán)利要求11所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述N-I個(gè)光功率分配器（9A1A2AnJ連接在二叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)中，所述二叉樹(shù)的根位于 所述第二輸入端口（5)處，所述二叉樹(shù)的N個(gè)末端分支（51:，512)與所述N個(gè)跟蹤與保持單 元（7i,72,7N)連接。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述采樣裝置（2)包括多個(gè)光電觸發(fā)器（^^^^^^，其中：所述多個(gè)光電觸發(fā)器 (12^14,12^中的每一個(gè)光電觸發(fā)器將所述光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為電時(shí)鐘信號(hào)，其中，所述 多個(gè)光電觸發(fā)器（12^14,12)中的每一個(gè)光電觸發(fā)器將每個(gè)所述跟蹤與保持單元（7 :，72， 7N)與所述光波導(dǎo)（11)連接，和/或其中，所述電時(shí)鐘信號(hào)具有大約50%的占空比。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的采樣裝置， 其特征在于， 對(duì)于一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間段，所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)中的每一個(gè)跟蹤與 保持單元在相應(yīng)的光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)或相應(yīng)的轉(zhuǎn)換的電時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿，捕獲所述 輸入信號(hào)的一部分，和/或 所述光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)的最大頻率等于多個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（3i，32,3N)的最大采樣頻率，其 中，每個(gè)所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（3i，32,3N)與所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)中的一個(gè)跟蹤 與保持單元連接。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14和權(quán)利要求3和權(quán)利要求6所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述光波導(dǎo)（11)由鍺層或SiO2層制成，和/或 所述光波導(dǎo)（11)、所述光功率分配器（9 和所述延遲單元（IOplO2,10M)由 鍺或SiO2制成且設(shè)置在晶片的第一部分（SO1)上，所述多個(gè)跟蹤與保持單元（7i，72,7N)和 所述光電觸發(fā)器（12^14,12)由SiGe異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管制成且設(shè)置在所述晶片的第二 部分（802)上，所述光電觸發(fā)器（12^?,%)包括光電二極管，所述光電二極管置于所述晶 片的兩個(gè)部分（SO1AO2)之間。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的采樣裝置， 其特征在于， 鎖模激光器（88)用于生成所述光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)，并且所述鎖模激光器（8)通過(guò)光纖與所 述第二輸入單元（5)連接。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的采樣裝置， 其特征在于， 所述光電觸發(fā)器（IOplOyl〇M)包括第一晶體管（6(^,6(^)的差分對(duì)和兩個(gè)負(fù)載電阻器 (62x, 622), 所述負(fù)載電阻器（62i，622)連接在電源電壓端子和所述第一晶體管^O1AO2)的集電極 之間，并且 所述第一晶體管（6(^,600的發(fā)射極與所述光電二極管（61)連接，和/或 所述光電觸發(fā)器（IOp1〇2,l〇M)包括第二晶體管（603,604)的差分對(duì)和第一電流源 (63)， 所述第一電流源（63)連接在所述第二晶體管（603,604)的發(fā)射極之間， 所述第二晶體管（603,604)的基極端子交叉地連接至所述第二晶體管（60 3,604)的集電 極，并且 所述第二晶體管（603,604)的集電極分別與所述第一晶體管^O1AO2)的集電極連接， 和/或 所述光電觸發(fā)器（IOplOy10M)包括第三晶體管（65^650的差分對(duì)、兩個(gè)負(fù)載電阻器 (67i，672)和第二電流源（66)， 所述負(fù)載電阻器（67i，672)連接在電源電壓端子和所述第三晶體管（65:，65 2)的集電極 之間， 所述第三晶體管^5i，652)的發(fā)射極與所述第二電流源￠6)連接，并且 所述第三晶體管（65:，652)的基極端子與所述光電觸發(fā)器（IOpK^IOm)的至少一個(gè)輸 出端（Q，5 )連接。
【文檔編號(hào)】G02B6/125GK104272395SQ201380022685
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月30日
【發(fā)明者】奧利弗·蘭多爾特 申請(qǐng)人:羅德施瓦茲兩合股份有限公司