專利名稱：具有快速決定閾值設(shè)置的pon突發(fā)模式接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(PON)中使用的突發(fā)模式數(shù)字接收器，且確 切地說涉及一種從多個光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)或其它產(chǎn)生具有未知轉(zhuǎn)變電平的信號 的發(fā)射器接收每秒千兆位的信號。
技術(shù)背景PON在點(diǎn)對多點(diǎn)通信應(yīng)用中使用。圖1說明PON10的簡單實(shí)例。光學(xué)線路終 端(OLT) 12連接到PON的"首端"，且通常位于本地電話交換(中心局)中。OLT 12控制對共享的PON的接入，并使PON與更寬的電信網(wǎng)絡(luò)互連。連接到PON的 外部服務(wù)的實(shí)例可以是電纜電視(CATV) 14、因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)16 (用于VoIP和數(shù)據(jù)) 和任何其它廣域網(wǎng)絡(luò)(WAN) 18。連接器總線或交換機(jī)19將來自各種服務(wù)的信號 連接到OLT 12端口。 OLT 12使用具有眾所周知的格式的串行或并行電信號與總線 19通信。OLT 12管理來自外部來源的傳入數(shù)據(jù)、將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光脈沖并經(jīng)由一個或 一個以上光纖電纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉鄠€光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元(ONU) 20， 21, 22，其是PON 的用戶端，通常在OLT12下游至多達(dá)10km處。ONU經(jīng)由電線連接到最終用戶23 到25。 OLT 12還管理從ONU20到22到外部網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)傳輸。如果光纖一直延伸 到住宅或辦公建筑，那么將需要光學(xué)網(wǎng)絡(luò)端接(Optical Network Termination, ONT)。 端接是ONU還是ONT與本發(fā)明無關(guān)。PON是非常高效的，因?yàn)樵诠饫w網(wǎng)絡(luò)中只使用無源分路器28。分路器28將來 自O(shè)LT 12的光纖電纜34耦合到每個通往ONU 20到22的光纖電纜30到32。在 PON系統(tǒng)中，可將來自單個光纖電纜的光信號分路到64個或64個以上的光纖中。在例如ITU-T-G.984 (千兆位PON (Gigabit PON))等各種公開案中描述PON的 標(biāo)準(zhǔn)。所有這些可應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)都是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的，且以引用的方 式并入。OLT 12中的發(fā)射器36使用激光二極管將電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光脈沖。OLT 12以一種波長將光傳輸?shù)絆NU，且ONU以不同的波長將光傳輸回到OLT，因此在PON中 存在波分多路復(fù)用(WDM)。PON中的接收器38將從ONU接收到的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號。媒體接入控制器(MAC) 40控制PON上的通信和數(shù)據(jù)的格式化(例如，包化、 解包化、串行-并行轉(zhuǎn)換等)。在PON上從ONU"向上游"傳遞到OLT12的數(shù)據(jù)通 常根據(jù)時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)而多路復(fù)用，其中使用指配的時(shí)隙在時(shí)間上分隔數(shù) 據(jù)信道，以免在OLT12處發(fā)生沖突。OLT 12通常使用廣播方案將來自外部網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆NU，且具有在傳輸中指定的目的地地址的特定ONU接著處理所述數(shù) 據(jù)。未定址的ONU忽略所述傳輸。為了安全性起見使用加密。使用某一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以包的形式傳輸來自O(shè)NU的數(shù)據(jù)。已經(jīng)研發(fā)出被稱為媒體 接入控制(MAC)協(xié)議的各種協(xié)議來控制ONU的對PON上的共享容量的上游接入。 MAC協(xié)議可在上游方向上實(shí)施TDMA多路復(fù)用方案，或者可使用其它基于包的數(shù) 據(jù)傳送案，所述方案更加適合于特別高的數(shù)據(jù)速率或可變速率不對稱數(shù)據(jù)傳輸。典型的PON配置并不準(zhǔn)許ONU彼此直接通信，且需要MAC 40來確定傳輸次 序和傳輸時(shí)間。用于GPON的ITU標(biāo)準(zhǔn)中所描述的一種常用類型的MAC協(xié)議指定包小區(qū)之間 最小32位的保護(hù)時(shí)間以防止沖突，用于位同步的交替的1秒與0秒的44位前同歩 碼，用以指示傳入的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的開始的20位的定界符，接下來是固定或可變 長度的有效負(fù)載數(shù)據(jù)。所述有效負(fù)載數(shù)據(jù)包含地址和主要數(shù)據(jù)信息。圖2中說明此 協(xié)議的簡化版本。由于每個ONU 20到22與OLT 12相距不同的距離，所以包的往返時(shí)間對于每 個ONU將是不同的。OLT 12中的MAC40具有穩(wěn)定的參考時(shí)鐘，其用于對傳入的 數(shù)字信號進(jìn)行處理。由于重要的是來自所有ONU的位都由OLT12同相地接收，所 以MAC 40針對每個ONU引入相位校正以供在傳輸時(shí)使用，使得所有的ONU都具 有相同的恒定的均衡的往返延遲。這被稱為測距修正(ranging)。GPON系統(tǒng)中的MAC 40在包突發(fā)結(jié)束后不久便發(fā)布可編程的復(fù)位信號，以便 使協(xié)議序列和其它任何需要復(fù)位的電路復(fù)位。復(fù)位脈沖在前同步碼之前不久結(jié)束。 復(fù)位脈沖在數(shù)據(jù)突發(fā)之間的保護(hù)時(shí)間期間發(fā)生。此些MAC是眾所周知的，且市場 上可購買到。由于每秒1.25和2.5千兆位的數(shù)據(jù)速率，且由于來自每個ONU的光脈沖的量 值是不同的，所以將光的脈沖轉(zhuǎn)換成無錯誤的電數(shù)字信號是非常困難的。在PON接收器中，光電檢測器將光脈沖的量值轉(zhuǎn)換成成比例的模擬電流。通過互阻抗放大器 (TIA)將此電流轉(zhuǎn)換成模擬電壓，且將互阻抗放大器的輸出施加到限制放大器(例 如比較器)，所述限制放大器確定所述模擬信號是邏輯1位還是邏輯0位。(即使傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)是數(shù)字的，本文中也使用術(shù)語"模擬"，因?yàn)檫壿?位和0位的幅值由于 發(fā)射器的不同距離而可變。)限制放大器接著輸出清楚且有效的數(shù)字信號。限制放大器用于確定光脈沖是邏輯1還是邏輯0的模擬信號的閾值電壓難以快 速確立，因?yàn)镺LT所接收到的光脈沖的量值針對每個ONU而變動。閾值電壓最優(yōu) 是邏輯1和邏輯0的電壓幅值之間的中點(diǎn)。舉例來說，圖2說明互阻抗放大器分別針對"近"ONU 20和針對"遠(yuǎn)"ONU 22 而輸出的兩個簡化的模擬信號44和46。用于確定信號是邏輯1還是邏輯0的最優(yōu) 閾值電壓電平48理想地是峰值電壓與最小電壓之間的中點(diǎn)。在非常高的速度下， 很難快速地將閾值電壓確立在中點(diǎn)處，因?yàn)檫@通常使用兩個峰值檢測器和電阻分壓 器來實(shí)施以檢測最小值和峰值。不將閾值設(shè)置在中點(diǎn)處會增加位錯誤的幾率。在另一可能的技術(shù)中，可通過隨時(shí)間的過去獲得模擬脈沖的平均量值來導(dǎo)出用 于確定模擬信號是邏輯1還是邏輯0的閾值電壓。可使用低通濾波器(例如，具有 RC時(shí)間常數(shù)的電容器和電阻器)來獲得平均值，以便提取數(shù)據(jù)流的DC分量(假定 其為數(shù)據(jù)流的平均值)。如果模擬信號高于數(shù)據(jù)流的平均值，那么假定其為邏輯l。 然而，為了防止一系列的1或0顯著地改變閾值電壓，低通濾波器的時(shí)間常數(shù)必須 相對較長/較慢。較長的RC時(shí)間常數(shù)將導(dǎo)致需要相對較長的時(shí)間(在包小區(qū)的開始 處開始)來確立平均值，因?yàn)闉V波器電容器電壓以任意電壓開始，所述任意電壓由 來自不同ONU的先前突發(fā)引起。這將導(dǎo)致較高的錯誤率，直到電容器電壓穩(wěn)定為 止。需要一種用于確定高數(shù)據(jù)速率PON系統(tǒng)或其它數(shù)字突發(fā)模式系統(tǒng)中的模擬信 號是邏輯1還是邏輯0的經(jīng)改進(jìn)的技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，接收器將從光纖系統(tǒng)中的光脈沖導(dǎo)出的模擬信號轉(zhuǎn) 換成二進(jìn)制電信號。所述接收器特定適合在GPON系統(tǒng)中使用，其中模擬信號的峰 值量值隨著發(fā)射器與接收器之間的距離而變動。在用來描述本發(fā)明的實(shí)例中，接收 器位于OLT中。光電檢測器和支持突發(fā)模式的互阻抗放大器(TIA)將從ONU接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成模擬電信號。在GPON協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，在連續(xù)的數(shù)據(jù)突發(fā)(包小區(qū))之間存在指定的保護(hù)時(shí)間， 且包以用于位同步的前同步碼中的44個交替的1和0開始。在圖3的實(shí)施例中，接收器利用由OLT中的MAC產(chǎn)生的復(fù)位信號來表示來自 ONU的新數(shù)據(jù)突發(fā)的開始。接收器具有耦合到從TIA輸出的模擬信號的可切換低 通濾波器。在所使用的實(shí)例中，可切換低通濾波器包括電容器和可切換電阻。低通 濾波器確立用于確定模擬信號是邏輯1還是邏輯0的閾值電壓。恰好在新包的開始 處，當(dāng)OLT即將接收到新的ONU傳輸時(shí)，將通過使用來自MAC的復(fù)位信號(展 示為復(fù)位1)產(chǎn)生的復(fù)位信號(展示為復(fù)位2)施加到切換器，所述切換器將低電 阻(例如IO歐姆)耦合到低通濾波器電容器，以使低通濾波器具有快RC時(shí)間常數(shù)。 這使得電容器能夠使用44個前同步碼位來快速地確立平均電壓。接著，將此平均值(實(shí)質(zhì)上是DC電壓)施加到限制放大器的反相輸入。限制 放大器作為輸出具有預(yù)定高和低電平的數(shù)字電壓的比較器而操作。如本文所使用， 術(shù)語限制放大器是指任何在其差分輸入信號實(shí)質(zhì)上交叉時(shí)觸發(fā)且輸出具有預(yù)定高 和低電平的數(shù)字信號的電路。所述限制放大器可具有滯后現(xiàn)象。將來自TIA的模擬信號直接施加到支持突發(fā)模式的限制放大器的非反相輸入。 模擬信號與平均值的交叉確定限制放大器(例如)在PECL電平下是輸出數(shù)字1還 是輸出數(shù)字0?？霷C時(shí)間常數(shù)將過短而無法導(dǎo)出無前同步碼的數(shù)據(jù)的平均電壓，因?yàn)橛行ж?fù) 載數(shù)據(jù)中的一長串1或0將顯著影響平均電壓，原因在于數(shù)據(jù)的頻率分量低得多。 因此， 一旦所述平均值已在前同步碼期間穩(wěn)定，便停用切換器，從而允許相對較高 的電阻(例如1K歐姆)可耦合到濾波器電容器，并大大增加時(shí)間常數(shù)，以便為有 效負(fù)載數(shù)據(jù)形成相對較穩(wěn)定的閾值電壓。因此，在包的前同步碼階段期間快速確立閾值電壓，且在接收到有效負(fù)載數(shù)據(jù) 之前閾值電壓變得非常穩(wěn)定。本發(fā)明可應(yīng)用于任何接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)的接收系統(tǒng)，其中通過快速確立閾值并 接著通過使所述閾值穩(wěn)定來獲得益處?？墒褂萌魏晤愋偷木哂锌煽刂频臅r(shí)間常數(shù)的 低通濾波器。本文中所描述的用于提供切換信令的特定時(shí)序產(chǎn)生器只使用五個組件，因此其 非常小且高效。


圖1說明現(xiàn)有技術(shù)PON系統(tǒng)。圖2說明代表在OLT處從兩個ONU接收到的兩個不同突發(fā)的兩個模擬波形， 其中信號的量值由于穿過光纖的信號損失和PON中的分路數(shù)目的緣故而大體上與 ONU和OLT之間的距離成反比。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的可用作圖1的PON系統(tǒng)中的接收器的接收器的 示意圖。圖4說明1)具有疊加在模擬信號上的低通濾波器電壓的從互阻抗放大器輸 出的用于兩個循序包的模擬信號的樣本波形；2)復(fù)位1和復(fù)位2信號；以及3)由 限制放大器輸出的數(shù)字信號。圖5是描述圖3的接收器從ONU接收新包的流程圖。圖6說明用于任何合適的應(yīng)用的更一般的接收系統(tǒng)。圖7說明可在圖6的實(shí)施例中使用的復(fù)位1和復(fù)位2波形。各圖中標(biāo)有相同標(biāo)號的元件可以是相同的。
具體實(shí)施方式
圖3說明接收器50的一個實(shí)施例，其可代替圖1的GPON系統(tǒng)10中的接收器38。光纖電纜34在靠近光電檢測器54處終止。在圖3中，光電檢測器54是以反 向偏壓配置連接的光電檢測器二極管。施加到光電檢測器54的光學(xué)信號使光電檢 測器54傳導(dǎo)與光學(xué)信號的強(qiáng)度成比例的電流。假定光纖電纜34經(jīng)耦合以從圖1中 的各個ONU接收數(shù)據(jù)突發(fā)，其中ONU在圖1的MAC 40所確定的經(jīng)指配時(shí)隙中傳 輸。將穿過光電檢測器54的模擬電流的脈沖施加到互阻抗放大器(TIA)56的輸入。 TIA56是高速突發(fā)模式TIA，其將電流轉(zhuǎn)換成其輸出處的單端或差分模擬電壓。TIA 是眾所周知的。實(shí)例中的TIA56具有差分信號輸出。TIA56的反相輸出不被使用， 且連接到負(fù)載電阻器58以用于正確的操作。此實(shí)例中所使用的特定突發(fā)模式TIA 需要負(fù)載電阻器，但其它TIA可能不需要。支持突發(fā)模式且支持DC耦合接口的其 它高速TIA也將起作用。TIA 56的非反相輸出連接到負(fù)載電阻器60，且連接到限制放大器62的非反相 輸入(In)。放大器62是突發(fā)模式差分放大器，其輸出差分信號(Dout和/Dout)， 所述差分信號將進(jìn)一步由MAC和OLT中所使用的其它眾所周知的電路來處理，所述電路例如是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路、寄存器、串行到并行轉(zhuǎn)換器、解碼器、 解包化器等。限制放大器是眾所周知的。TIA 56的非反相輸出還經(jīng)由相對較高值電阻器(例如，1K歐姆)64耦合到放 大器62的反相輸入(/In)。當(dāng)MOSFET開關(guān)68閉合時(shí)，低值(例如，〗0歐姆)電 阻器66與電阻器64并行耦合，從而導(dǎo)致并行電阻大約為10歐姆。第二 MOSFET 開關(guān)70耦合在放大器62的差分輸入之間，以使放大器62的輸入暫時(shí)具有相同電 壓以實(shí)現(xiàn)快得多的閾值獲取。低通(LP)濾波器電容器72 (例如800pF)耦合到放大器62的反相輸入，以 在耦合到電阻器64 (開關(guān)68斷開)時(shí)產(chǎn)生相對較慢的RC時(shí)間常數(shù)，或在耦合到 電阻器66 (開關(guān)68接通)時(shí)產(chǎn)生快RC時(shí)間常數(shù)。開關(guān)70的控制端子耦合到由GPONMAC40 (圖l)產(chǎn)生的常規(guī)的可編程復(fù)位 1信號，以發(fā)信號通知新的包突發(fā)開始。復(fù)位1信號是具有在前一包的終止與下一 包的近似開始之間持續(xù)某段時(shí)間的持續(xù)時(shí)間的脈沖。復(fù)位1信號脈沖在包之間根據(jù) 協(xié)議的預(yù)定保護(hù)時(shí)間期間發(fā)生。OLT內(nèi)的任何電路使用復(fù)位1信號來使協(xié)議算法和 其它任何電路復(fù)位，以準(zhǔn)備處理通常來自不同ONU的新數(shù)據(jù)突發(fā)。在緊接在前同 步碼位(GPON中是44個位)開始之前或?qū)⒁_始時(shí)，MAC對復(fù)位信號解除斷 言，所述前同步碼位用來確立位同步。開關(guān)68的控制端子連接到加寬的復(fù)位信號(復(fù)位2)，其中延長的時(shí)間導(dǎo)致復(fù) 位2信號在復(fù)位1信號脈沖已被解除斷言后保持被斷言持續(xù)預(yù)定時(shí)間。在閾值電壓 已穩(wěn)定之后，復(fù)位2信號在前同步碼時(shí)間內(nèi)的某一時(shí)間被解除斷言，以允許位同步。在復(fù)位1信號被斷言后幾乎立刻斷言復(fù)位信號2。脈沖加寬器電路76從MAC 40接收復(fù)位1信號，從而使MOSFET開關(guān)78接通。 電阻器80是相對較高值的上拉電阻器(例如1K歐姆)。開關(guān)78接通立刻使開關(guān)82 斷開。上拉電阻器84接著斷言高復(fù)位2信號以使開關(guān)68接通，以便形成快RC時(shí) 間常數(shù)低通濾波器。這大約與復(fù)位l信號被斷言同時(shí)發(fā)生，其中復(fù)位2信號的斷言 中出現(xiàn)的任何延遲由寄生電容導(dǎo)致。復(fù)位2信號耦合到限制放大器62的啟用端子(/EN)。因此，斷言復(fù)位2信號 會使限制放大器62停用，因?yàn)榧俣〝?shù)據(jù)將在低通濾波器確立閾值電壓之前具有錯 誤。電路76的脈沖加寬功能如下起作用。 一旦復(fù)位1信號被解除斷言且開關(guān)78斷開，便通過經(jīng)由電阻器80對電容器92進(jìn)行充電(例如2 pF)來延遲開關(guān)82的接通。電容器92和電阻器80的值確定所述延遲。 一旦已將電容器92充電到一走電 平，電容器電壓便接通開關(guān)82以對復(fù)位2信號解除斷言。因此，在對復(fù)位1脈沖解除斷言之后，加寬的復(fù)位2信號保持被斷言。因此， 復(fù)位l信號一被解除斷言，開關(guān)70便斷開，以停止使限制放大器62的輸入端子短 路，限制放大器62保持由高/EN信號停用，且低通濾波器具有快時(shí)間常數(shù)(開關(guān) 68通過高復(fù)位2信號接通)。TIA 56接著從ONU接收新的脈沖包，其以前同步碼位開始。形成通過電阻器 66而具有快RC時(shí)間常數(shù)的低通濾波器的電容器72快速充電到前同步碼位的平均 電平，以便為限制放大器62確立DC閾值。雖然電容器72電壓正在不斷上升，但 復(fù)位2信號使限制放大器62停用，因此沒有任何位錯誤。電路76作為用于切換控制信號的時(shí)序產(chǎn)生器而操作，其中通過突發(fā)指示符信 號(復(fù)位1信號)來觸發(fā)時(shí)序。電路76具有最小數(shù)目的組件，且因此極其小。電 路76可在任何需要加寬的脈沖信號的應(yīng)用中使用。圖4展示簡略的模擬曲線圖。圖4的包中的脈沖數(shù)目不與實(shí)際GPON包中的脈 沖一致。圖4說明復(fù)位1信號脈沖和加寬的復(fù)位2信號脈沖對時(shí)間的曲線圖86。假 定所有電路都在斜坡波形的中點(diǎn)處觸發(fā)。曲線圖90說明限制放大器62的非反相輸 入(In)處的針對來自兩個ONU的循序突發(fā)的模擬信號91。時(shí)間0.00到IO毫微秒 是突發(fā)之間的保護(hù)時(shí)間。前同步碼位在10毫微秒處開始，且定界符位(其后面是 有效負(fù)載數(shù)據(jù))在約40毫微秒處開始。復(fù)位l信號在大約IO毫微秒處被解除斷言， 以便開始電容器72的低通濾波。曲線圖90還說明濾波器電容器72處的電壓92，其是施加到限制放大器62的 反相輸入(/In)的閾值電壓。所述閾值電壓在約25毫微秒時(shí)變得穩(wěn)定。加寬的復(fù) 位2信號被設(shè)置為使得復(fù)位2信號在閾值電壓已變得穩(wěn)定后不久被解除斷言。對復(fù)位2信號解除斷言會啟用限制放大器62 (/EN變低)且使開關(guān)68斷開。 使開關(guān)68斷開會將低值電阻器66從濾波器中移除，使得RC時(shí)間常數(shù)由高值電阻 器64確定。因此，低通濾波器變得非常穩(wěn)定，且不受包中的一長串l或0的顯著 影響。如在圖4的曲線圖86和卯中所見，復(fù)位2信號在前同步碼期間的某一時(shí)間在大約25毫微秒處被解除斷言。復(fù)位2信號一切換成低，慢RC時(shí)間常數(shù)和限制放大器62便被啟用。假定電路的切換大約在復(fù)位2信號幅值的中點(diǎn)處發(fā)生。一旦限制放大器62被啟用，便產(chǎn)生來自限制放大器62的準(zhǔn)確的Dout和經(jīng)反相的Dout (/Dout)數(shù)字信號，如圖4的曲線圖96中所示。本發(fā)明允許使用具有快時(shí)間常數(shù)的低通濾波器來非常快地產(chǎn)生準(zhǔn)確的閾值電壓，接著一旦閾值被確立便切換到慢RC時(shí)間常數(shù)以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的閾值電壓。電 路還使限制放大器62停用，直到確立了穩(wěn)定的閾值電壓為止。在圖4的曲線圖90中，包在約100毫微秒處結(jié)束，接著是保護(hù)時(shí)間和在約110 毫微秒處的另一個包。第二個包是來自遠(yuǎn)得多的ONU，因此光信號和來自TIA 56 的成比例的電信號具有較低的量值。如前所述，復(fù)位1信號和加寬的復(fù)位2信號導(dǎo) 致較低的閾值電壓92在前同步碼位開始后不久被快速地確立。在約125毫微秒處， 對復(fù)位2信號解除斷言提供穩(wěn)定的閾值電壓(慢RC時(shí)間常數(shù))，并啟用限制放大器 62，如曲線圖96中所示。在另一實(shí)施例中，限制放大器62可在使RC時(shí)間常數(shù)變慢之前或之后不久被啟 用，只要已首先確立了準(zhǔn)確的閾值。圖5是在步驟101到107中概述上述過程的自闡釋流程圖。可使用許多方式來實(shí)施低通濾波器、脈沖加寬器電路、切換電路和放大器，同 時(shí)仍然使用本文中所描述的概念。舉例來說，可使用且可選擇性接通多個低通濾波 器，或者多個切換器可接通/斷開各個電阻器。還可使用開關(guān)電容器或電感器來控制 時(shí)間常數(shù)。濾波器甚至可使用除了電容器和電感器之外的組件。電路實(shí)例中所使用的特定限制放大器是麥克雷爾公司(Micrel)的突發(fā)模式 1.25GbpsPECL限制放大器，SY88卯3AL。此裝置的特征在于快速信號恢復(fù)、快速 信號損失指示符，且可與其它獨(dú)立突發(fā)模式TIA直接介接。限制放大器或具有類似 能力的其它類型的比較器也是合適的。盡管實(shí)例中展示了 NMOS晶體管，但任何類型的MOSFET或其它晶體管在對 電路進(jìn)行略微改變后也可使用。此外，可使用復(fù)位1信號而不是復(fù)位2信號來接通 開關(guān)68。盡管本發(fā)明尤其適用于GPON系統(tǒng)(因?yàn)楦邤?shù)據(jù)速率)，但本發(fā)明可在必 須快速設(shè)置閾值電壓，接著使用具有較慢時(shí)間常數(shù)的低通濾波器來使閾值電壓穩(wěn)定 的任何其它系統(tǒng)(光學(xué)或非光學(xué))中使用。請注意，可使施加到各個組件的非反相和反相輸入的信號反向，且接收器將仍 然產(chǎn)生可能需要或可能不需要被最終反相的數(shù)字信號，這取決于信號的所需極性。圖6和圖7說明實(shí)施本發(fā)明的更加一般類型的電路。在圖6中，在數(shù)據(jù)突發(fā)之間的保護(hù)時(shí)段的結(jié)尾處，來自外部來源的突發(fā)指示符信號110指示突發(fā)即將開始。在給定的實(shí)例中，信號110對于全部或一部分保護(hù)時(shí)間來說較高，且信號iio轉(zhuǎn)變成邏輯"低"指示突發(fā)即將開始。將信號110施加到 時(shí)序產(chǎn)生器112。在保護(hù)時(shí)間期間，由時(shí)序產(chǎn)生器112產(chǎn)生的復(fù)位1信號使開關(guān)114 將差分放大器116的輸入短路，以便本質(zhì)上使低通濾波器118復(fù)位到啟動電平(見 圖7)。復(fù)位1信號的使用可視特定電路和應(yīng)用而可選。在一個實(shí)施例中，復(fù)位1信 號與突發(fā)指示符信號110相同。時(shí)序產(chǎn)生器U2輸出復(fù)位2信號，所述信號控制低通濾波器118以在數(shù)據(jù)突發(fā) 開始時(shí)具有快時(shí)間常數(shù)。在圖7的實(shí)例中，復(fù)位2信號在保護(hù)時(shí)間期間產(chǎn)生且保持 被斷言持續(xù)短暫時(shí)間后進(jìn)入突發(fā)。復(fù)位2信號還可用來使差分放大器116保持被停 用，直到低通濾波器118輸出穩(wěn)定的電壓為止。如果下游電路能夠在低通電壓正穩(wěn) 定的同時(shí)忽略突發(fā)開始時(shí)的數(shù)據(jù)，那么停用放大器U6可以是可選的。接著，將數(shù)據(jù)突發(fā)從任何來源(不限于PON系統(tǒng))施加到輸入端子120。施加 到端子120的數(shù)據(jù)可具有較廣范圍的DC偏移、DC閾值和峰到峰量值，其可在各突 發(fā)之間有所不同。將數(shù)據(jù)施加到差分放大器116的一個輸入。低通濾波器118快速 從數(shù)據(jù)突發(fā)確立DC閾值電壓，且將此決定閾值電壓施加到差分放大器116的另一 輸入。在短周期之后，假定閾值電壓已經(jīng)穩(wěn)定。此時(shí)，通過時(shí)序產(chǎn)生器112所產(chǎn)生 的復(fù)位2信號將低通濾波器U8切換到慢得多/長得多的時(shí)間常數(shù)，且通過(例如) 復(fù)位2信號來啟用差分放大器116。差分放大器116現(xiàn)在輸出具有固定的上電壓電 平和下電壓電平的準(zhǔn)確數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。雖然數(shù)據(jù)突發(fā)中存在一長串1和0，但閾值電壓 將是穩(wěn)定的。時(shí)序信號可采取任何形式，且不限于實(shí)例中所展示的形狀和持續(xù)時(shí)間。 已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在給定本揭示內(nèi)容的情 況下，可在不脫離本文中所描述的精神和發(fā)明性概念的情況下對本發(fā)明進(jìn)行修改。 因此，并不希望本發(fā)明的范圍限于已說明和描述的特定實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種接收器，其用于接收輸送二進(jìn)制信息突發(fā)的信號、檢測所述二進(jìn)制信息的邏輯電平、并輸出數(shù)字信號，所述接收器包括第一節(jié)點(diǎn)，其用于接收二進(jìn)制信息突發(fā)；差分限制放大器，其具有第一輸入端子和第二輸入端子，所述第一節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一輸入端子，所述限制放大器用于輸出具有預(yù)定量值的數(shù)字信號；低通濾波器，其耦合在所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第二輸入端子之間，所述低通濾波器對突發(fā)中的所述二進(jìn)制信息進(jìn)行濾波，并產(chǎn)生用于確定所述二進(jìn)制信息的邏輯狀態(tài)的閾值電壓；所述低通濾波器具有至少第一時(shí)間常數(shù)和第二時(shí)間常數(shù)，所述第一時(shí)間常數(shù)比所述第二時(shí)間常數(shù)快；以及時(shí)序產(chǎn)生器，其用于接收指示二進(jìn)制信息突發(fā)的開始的第一信號，且響應(yīng)于所述第一信號，從所述第一信號產(chǎn)生至少第二信號，至少所述第二信號耦合到所述低通濾波器；所述低通濾波器在接收所述二進(jìn)制信息突發(fā)的第一部分時(shí)具有所述第一時(shí)間常數(shù)，以便為所述限制放大器產(chǎn)生閾值電壓，所述時(shí)序產(chǎn)生器接著產(chǎn)生所述第二信號，以使所述低通濾波器在接收所述二進(jìn)制信息突發(fā)的第二部分時(shí)具有用于使所述閾值電壓穩(wěn)定的所述第二時(shí)間常數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的接收器，其進(jìn)一步包括產(chǎn)生所述二進(jìn)制信息突發(fā)的互阻 抗放大器，所述互阻抗放大器將電流轉(zhuǎn)換成電壓，所述互阻抗放大器的輸出耦 合到所述差分限制放大器的所述第一輸入端子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述低通濾波器包括至少濾波器電容器、 第一電阻和第二電阻，其中所述第二電阻高于所述第一電阻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收器，其中在所述二進(jìn)制信息突發(fā)的所述第一部分期 間，所述第一電阻耦合在所述第一節(jié)點(diǎn)與所述電容器之間，以產(chǎn)生所述第一時(shí) 間常數(shù)，且在所述二進(jìn)制信息的所述第二部分期間，所述第二電阻耦合在所述 第一節(jié)點(diǎn)與所述濾波器電容器之間，以產(chǎn)生所述第二時(shí)間常數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的接收器，其中所述第一電阻包括與具有第二值的第二電 阻器并聯(lián)的具有第一值的第一電阻器，其中所述第一值小于所述第二值的十分 之一，且所述第二電阻只包括所述第二電阻器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其進(jìn)一步包拮切換器電路，其連接到所述低通 濾波器，用于使所述低通濾波器在具有所述第一時(shí)間常數(shù)與具有所述第二時(shí)間 常數(shù)之間切換。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其進(jìn)一步包括控制電路，以用于產(chǎn)生所述指示 二進(jìn)制信息突發(fā)開始的第一信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，其中所述控制電路包括實(shí)行通信協(xié)議的媒體接 入控制器(MAC)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述第一信號包括在二進(jìn)制信息突發(fā)之間 的保護(hù)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖，所述第一信號大約在二進(jìn)制信息突發(fā)開始時(shí)被解除 斷言，在所述第一信號已被解除斷言之后的某一時(shí)間，所述時(shí)序產(chǎn)生器所產(chǎn)生 的所述第二信號經(jīng)受控的延遲解除斷言。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述第一信號是具有第一持續(xù)時(shí)間的脈 沖，其中所述時(shí)序產(chǎn)生器包括脈沖加寬器電路，其接收所述第一信號，并輸出 所述第二信號，所述第二信號具有比所述第一持續(xù)時(shí)間長的第二持續(xù)時(shí)間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器，其中所述加寬器電路包括電容器和電阻器， 所述電容器和電阻器的值確定所述第二信號的所述第二持續(xù)時(shí)間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述限制放大器具有啟用控制端子，所述 啟用端子經(jīng)耦合以接收所述第二信號，使得所述第二信號的轉(zhuǎn)變在大約與使所 述低通濾波器具有所述第二時(shí)間常數(shù)的相同時(shí)間啟用所述限制放大器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其進(jìn)一步包括耦合在所述限制放大器的所述第 一輸入端子與所述第二輸入端子之間的切換電路-，所述切換電路在所述二進(jìn)制 信息的突發(fā)之間使所述第一輸入端子和所述第二輸入端子短路，并在突發(fā)巳開 始之后提供開路。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述限制放大器的輸出是具有預(yù)定范圍的 差分信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收器，其中所述限制放大器的所述輸出是PECL電平。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其進(jìn)一步包括產(chǎn)生所述二進(jìn)制信息突發(fā)的互阻 抗放大器，所述互阻抗放大器將電流轉(zhuǎn)換成電壓，且進(jìn)一步包括光學(xué)耦合到所 述互阻抗放大器的輸入的光電檢測器，所述光電檢測器檢測光纖電纜的光輸 出。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的接收器，其進(jìn)一步包括光學(xué)耦合到所述光電檢測器的 所述光纖電纜，所述光纖電纜是無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(PON)的一部分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的接收器，其中所述無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(PON)是千兆位PON。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器，其中所述接收器是無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(PON)中的 光學(xué)端接的一部分。
20. —種由無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(PON)中的接收器執(zhí)行的方法，其包括接收指示來自光纖電纜的光脈沖突發(fā)的開始的第一信號，所述光脈沖輸送二 進(jìn)制信息；將所述光信號脈沖轉(zhuǎn)換成電輸入信號；通過互阻抗放大器來放大所述輸入信號，以在所述互阻抗放大器的輸出處產(chǎn) 生輸出信號；將來自所述互阻抗放大器的所述輸出信號施加到差分限制放大器的第一輸 入端子；將低通濾波器的輸出施加到所述限制放大器的第二輸入端子，所述低通濾波 器的輸出提供用于確定所述輸出信號的邏輯狀態(tài)的閾值電壓；使所述低通濾波器在接近所述輸入信號突發(fā)開始時(shí)具有第一時(shí)間常數(shù)；在所述模擬輸入信號突發(fā)開始后的某一時(shí)間，使所述低通濾波器具有比所述 第一時(shí)間常數(shù)慢的第二時(shí)間常數(shù)，所述第一時(shí)間常數(shù)使所述低通濾波器在所述 突發(fā)的第一部分期間產(chǎn)生閾值電壓，且所述第二時(shí)間常數(shù)使所述低通濾波器在 進(jìn)入所述突發(fā)的稍后時(shí)間產(chǎn)生更加穩(wěn)定的閾值電壓；以及通過所述限制放大器來輸出由所述輸出信號和所述閾值電壓的相對電平確 定的數(shù)字信號。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中使所述低通濾波器在輸入信號突發(fā)開始時(shí) 具有所述第一時(shí)間常數(shù)包括將第一電阻耦合在所述輸出信號與低通濾波器電 容器之間，且其中使所述低通濾波器具有所述第二時(shí)間常數(shù)包括將高于所述第 一電阻的第二電阻耦合在所述輸出信號與所述低通濾波器電容器之間。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中接收指示來自光纖電纜的光脈沖突發(fā)開始 的第一信號包括從實(shí)行通信協(xié)議的媒體接入控制器(MAC)接收復(fù)位信號脈沖。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述低通濾波器具有所述第一 時(shí)間常數(shù)時(shí)停用所述限制放大器，以及在所述第二時(shí)間常數(shù)開始時(shí)啟用所述限 制放大器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括在突發(fā)之向使所述限制放大器的 所述第一輸入端子和所述第二輸入端子短路。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述限制放大器的輸出是具有預(yù)定范圍的 差分信號。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述限制放大器的輸出是PECL電平。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(PON)是千兆位PON。
28. —種時(shí)序產(chǎn)生器，其用于接收觸發(fā)信號并輸出經(jīng)加寬的信號，所述時(shí)序產(chǎn)生器 包括第一晶體管，其具有經(jīng)耦合以接收觸發(fā)信號的控制端子； 第一上拉電阻，其連接在所述第一晶體管的第一電流運(yùn)載端子與第一電壓之 間；所述第一晶體管的第二電流運(yùn)載端子，其連接到參考電壓；第二晶體管，其具有耦合到所述第一晶體管的所述第一電流運(yùn)載端子的控制端子；第二上拉電阻，其連接在所述第二晶體管的第一電流運(yùn)載端子與所述第一電 壓之間，所述第二晶體管的所述第一電流運(yùn)載端子提供所述時(shí)序產(chǎn)生器的所述 經(jīng)加寬的信號輸出；所述第二晶體管的第二電流運(yùn)載端子，其連接到所述參考電壓；以及 電容器，其連接在所述第一晶體管的所述第一電流運(yùn)載端子與所述參考電壓 之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接收器，其將從GPON光纖系統(tǒng)中的光脈沖導(dǎo)出的模擬信號轉(zhuǎn)換成清楚的數(shù)字電信號。光電檢測器和互阻抗放大器(TIA)將所述光脈沖轉(zhuǎn)換成模擬電信號。由所述GPON系統(tǒng)中的媒體接入控制器(MAC)產(chǎn)生的復(fù)位信號表示新數(shù)據(jù)突發(fā)的開始。所述接收器具有可切換的低通濾波器，其確立用于確定所述模擬信號是邏輯1還是邏輯0的閾值電壓。恰好在新突發(fā)的開始處，所述低通濾波器具有快時(shí)間常數(shù)以快速確立所述突發(fā)的閾值電壓。在所述突發(fā)期間的稍后時(shí)間，將所述低通濾波器切換到具有慢時(shí)間常數(shù)，以便產(chǎn)生相對較穩(wěn)定的閾值電壓。
文檔編號H04B10/158GK101330765SQ20081012521
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者凱瑟琳·T·黃, 托馬斯·S·王 申請人:麥奎爾有限公司