專利名稱：高速、高密度通信系統(tǒng)的光互連裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光互連裝置，尤其涉及通過利用脈沖幅度調(diào)制(PAM)技術(shù)與單獨(dú)的時(shí)鐘信號(hào)傳輸通道相結(jié)合，來減少對大批串行化/并行化(SERDES)功能的需要的裝置。發(fā)明的背景由于對計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的持續(xù)需要，對高性能計(jì)算(HPC)平臺(tái)、以及大型數(shù)據(jù)中心存在不斷增加的需要。在兩種情況下，在計(jì)算機(jī)服務(wù)器之間或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的互連已經(jīng)跟不上在芯片或服務(wù)器中的計(jì)算能力的增長。瓶頸包括，但不限于芯片到芯片的通信能力、 大小和等待時(shí)間，以及服務(wù)器到服務(wù)器的通信能力、大小和等待時(shí)間。在較新的應(yīng)用中，因?yàn)楣饫w的帶寬顯著大于標(biāo)準(zhǔn)的銅互連的帶寬，光纖已經(jīng)被用作芯片(或服務(wù)器)之間的物理鏈接。芯片本身的處理一般采用并行字來實(shí)施，并行字是多位寬度(典型的并行字有8位、16位、32位或64位寬度)。將這些信息從第一芯片傳輸?shù)降诙酒?或其它元件)上，通常要求將并行字轉(zhuǎn)換成串行形式以便減少在芯片邊緣的引腳數(shù)，否則物理封裝可能需要處理大量的并行輸出引線數(shù)。于是，通常在芯片的邊緣進(jìn)行串行化(serialization)處理，從并行字產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)。在通信路徑的接收端，需要并行化(de-serialization)功能以將輸入的串行數(shù)據(jù)流還原成在處理的接收側(cè)上的芯片中使用的并行字結(jié)構(gòu)。這些串行化和并行化處理的結(jié)合在本領(lǐng)域中常被稱為“SERDES”。此外，系統(tǒng)的接收端必須對輸入的串行數(shù)據(jù)流執(zhí)行時(shí)鐘恢復(fù)以便適當(dāng)?shù)剡€原并行字。SERDES和時(shí)鐘恢復(fù)處理存在問題，因?yàn)樗鼈兿南喈?dāng)大的功率，同時(shí)在要求和期望高速運(yùn)行的處理中增加了等待時(shí)間。因此，本領(lǐng)域存在對具有改進(jìn)的運(yùn)行特性的基于光的互連系統(tǒng)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的需求，其涉及光互連裝置，尤其涉及通過利用脈沖幅度調(diào)制(PAM)技術(shù)，以及另外地，與時(shí)鐘信號(hào)的單獨(dú)的傳輸通道相結(jié)合，消除在該裝置的接收端上對時(shí)鐘恢復(fù)電路的需求，來減少對大批串行化/并行化(SERDES)功能的需求的
>j-U ρ α裝直。根據(jù)本發(fā)明，從并行數(shù)據(jù)字產(chǎn)生多級(jí)PAM信號(hào)來產(chǎn)生能夠同時(shí)傳輸多位的編碼的數(shù)據(jù)流，消除在芯片邊緣將并行數(shù)據(jù)字完全串行化的需要?？梢栽谡麄€(gè)字上實(shí)施ΡΑΜ，或采用部分PAM技術(shù)。例如，ΡΑΜ-16光調(diào)制技術(shù)可以被用于同步地傳輸4位。通常，PAM-N2調(diào)制技術(shù)用于同步地傳輸N位數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，光Mach-Zehnder干涉儀(MZI)被用于從并行字輸入信號(hào)產(chǎn)生PAM輸出信號(hào)。然后，第二 MZI被用于與該P(yáng)AM信號(hào)并行地單獨(dú)傳輸時(shí)鐘信號(hào)，消除在接收端上對執(zhí)行時(shí)鐘恢復(fù)的需要。利用不同的波長，可以在與PAM輸出數(shù)據(jù)信號(hào)相同的信號(hào)路徑(通常是光纖)上傳輸光時(shí)鐘信號(hào)，或者利用相同的波長在第二個(gè)單獨(dú)的光纖上傳輸光時(shí)鐘信號(hào)。有利地，產(chǎn)生的光時(shí)鐘信號(hào)可以進(jìn)一步跨芯片分布和提供頻率鎖定的計(jì)時(shí)裝置。在下列討論過程和通過參考附圖
，本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式和優(yōu)勢將變得顯而易見，在幾個(gè)視圖中相似的數(shù)字表示相似的部件。附圖簡要說明_下面參考附圖，圖I是利用SERDES功能的傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的基于光的互連裝置的在第一芯片和 第二芯片之間的示例性的數(shù)據(jù)通信裝置的方框圖，所述每個(gè)芯片具有利用并行數(shù)據(jù)字的處理內(nèi)核和利用串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕ミB；圖2表示用在圖I的裝置中的利用SERDES功能的基于光的互連裝置的示例性的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；圖3是示例性數(shù)據(jù)通信裝置的方框圖，其中在圖I中顯示的SERDES功能被直接的光互連裝置取代；圖4表示可以在圖3的裝置中使用的示例性的直接的光互連裝置，其中脈沖幅度調(diào)制(PAM)方案被用于同步地傳輸多位數(shù)據(jù)；圖5包含本發(fā)明的光互連裝置的示例性實(shí)施方式，其利用第一 MZI將并行的電數(shù)據(jù)編碼成PAM光信號(hào)和利用第二 MZI傳輸時(shí)鐘信號(hào)，從而消除在接收端對CDR的需求；圖6顯示本發(fā)明的光互連裝置的可替換實(shí)施方式，其利用相同的波長傳輸PAM數(shù)據(jù)信號(hào)和光時(shí)鐘，提供分開的光纖來傳輸兩種信號(hào)；以及圖7表示可用在圖5或圖6的裝置中的可替換的光時(shí)鐘配置，可替換的配置包括第二(備用的)時(shí)鐘源，以及將頻率鎖定的光信號(hào)分布到計(jì)算芯片的各個(gè)區(qū)域的光分離裝置。詳細(xì)說明如上所敘述，當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心依賴于與高速互連相耦合以實(shí)現(xiàn)當(dāng)今應(yīng)用的性能度量(performance metrics)的成千上萬的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)由用于執(zhí)行各種功能的集成電路(芯片)處理器內(nèi)核組成。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理能力正持續(xù)快速地增強(qiáng)。但是，以高速度、低功耗以及更少的等待時(shí)間來互連節(jié)點(diǎn)的需求正超出當(dāng)今的可用技術(shù)。圖I表示傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的在第一芯片I和第二芯片2之間的光互連裝置。芯片I包括用于操縱大量并行字格式的數(shù)據(jù)的處理內(nèi)核3。類似的處理內(nèi)核4包括在芯片2中，需要經(jīng)由光互連鏈路5提供在芯片I和2之間的通信。需要理解的是為了清晰起見，僅顯示了單個(gè)鏈路5。在一個(gè)適度復(fù)雜的系統(tǒng)中，有好幾萬個(gè)這種鏈路。此外，盡管圖I顯示了一組來自芯片I和2的四個(gè)輸出，需要理解的是可以有將這些芯片鏈接到不止四個(gè)的其它節(jié)點(diǎn)的另外的輸出組。如所示，離開/進(jìn)入每個(gè)處理內(nèi)核的并行字?jǐn)?shù)據(jù)首先經(jīng)過關(guān)聯(lián)的SERDES設(shè)備，其中SERDES 6與處理內(nèi)核3相關(guān)聯(lián)，而分開的SERDES 7與處理內(nèi)核4相關(guān)聯(lián)。假定通信路徑是從第一芯片I到第二芯片2，離開處理內(nèi)核3的并行數(shù)據(jù)字此后在SERDES 6中被串行化，在例如電連接引腳Pl離開第一芯片I。此后，串行的電信號(hào)在電/光(E/Ο)轉(zhuǎn)換設(shè)備8中被變換成光復(fù)制品，并被耦合到光互連鏈路5以用于傳輸?shù)降诙酒?中。在第二芯片2的外圍，光信號(hào)然后在光/電(Ο/E)轉(zhuǎn)換設(shè)備9中被轉(zhuǎn)換成電形式，并被用作SERDES 7的“并行化”部分7-D的輸入，其起到對該數(shù)據(jù)進(jìn)行并行化和以并行字形式再生的功能。
盡管沒有詳細(xì)顯示，顯然，在相反的方向可使用類似的傳輸路徑將數(shù)據(jù)從第二芯片2回傳到第一芯片I。實(shí)際上，所有的互連都被假定形式上是雙向的。如上所敘述，SERDES 6、7和E/0、0/E轉(zhuǎn)換設(shè)備8、9消耗相當(dāng)大的功率，并被公知給總系統(tǒng)增加了等待時(shí)間。此外，對于高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用，這些各種部件的帶寬都需要非常大，甚至要求更大的電功率。圖2是可以部署在圖I的系統(tǒng)中的傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的光互連裝置的示意圖。在這種情形，期望傳輸4位寬的并行數(shù)據(jù)字，每個(gè)位運(yùn)行在例如5Gb/s的數(shù)據(jù)速率(當(dāng)然，可以使用任何其它的數(shù)據(jù)速率)。四個(gè)并行數(shù)據(jù)位被用作SERDES 6的串化器部分6-S的分開的輸入。四個(gè)分開的數(shù)據(jù)流運(yùn)行在示例性的5Gb/s的速率，因此被合并以形成運(yùn)行在20Gb/s的數(shù)據(jù)速率的單個(gè)輸出數(shù)據(jù)流。在圖2的特定實(shí)施方式中，E/0轉(zhuǎn)換發(fā)生在E/0轉(zhuǎn)換設(shè)備8中形成的Mach-Zehnder干涉儀(MZI)中，其中連續(xù)波(CW)光輸入信號(hào)I被用作單獨(dú)的輸入，而電數(shù)據(jù)信號(hào)被用于產(chǎn)生調(diào)制的光輸出信號(hào)O。光輸出信號(hào)O此后被I禹合到光通道5 (其可以是光纖，集成的光波導(dǎo)或其它適當(dāng)?shù)墓馔ㄐ沤橘|(zhì))并沿著光通道5傳播。0/E轉(zhuǎn)換設(shè)備9，其位于第二芯片2的外圍，然后將接收到的20Gb/s的光信號(hào)再轉(zhuǎn)換成串行電數(shù)據(jù)信號(hào)(以20Gb/s的速率)。SERDES 7的并行化部分(在圖2中表示成7-D)然后沿著四個(gè)輸出數(shù)據(jù)路徑分離該信號(hào)，各自運(yùn)行在與離開第一芯片I的一組信號(hào)相同的數(shù)據(jù)速率(在這種情形，是5Gb/s)。對于這個(gè)特定的數(shù)據(jù)速率，調(diào)制器8、0/E轉(zhuǎn)換器9、串化器6-S和并化器7-D的帶寬，都需要在20GHz (假定四個(gè)通道的輸入數(shù)據(jù)速率是5Gb/s)的數(shù)量級(jí)，要求相當(dāng)大的電功率。對在圖I和2中示出的現(xiàn)有技術(shù)的裝置的改進(jìn)可以通過改變光調(diào)制技術(shù)以允許N2級(jí)信號(hào)被用于同步傳輸N個(gè)數(shù)據(jù)位來實(shí)現(xiàn)，從而消除在處理內(nèi)核3和4的輸出端的SERDES操作的需求。圖3包含示例性N2級(jí)直接光裝置的方框圖。再次假定N = 4(即4位并行字從處理內(nèi)核3離開)的通信路徑，該4位并行字被直接地用作適當(dāng)類型的E/0轉(zhuǎn)換設(shè)備10的輸入，用于將所有四位編碼成16級(jí)光輸出信號(hào)，其然后沿著互連鏈路5傳輸。在接收端，首先執(zhí)行0/E轉(zhuǎn)換，接著將該16級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換成分開的數(shù)據(jù)信號(hào)以被第二處理內(nèi)核4使用。圖4是可以用在圖3的裝置中的N2級(jí)處理類型的具體實(shí)施方式
。如在這個(gè)具體實(shí)施方式
中所示，4位并行字被用作光調(diào)制器12的輸入(需要理解的是也可以使用各種其它裝置，包括但不限于8位、16位、64位等等)。類似于上面描述的現(xiàn)有技術(shù)的裝置，數(shù)據(jù)可以以5Gb/s的速率流動(dòng)，盡管可以使用任何其它的數(shù)據(jù)速率。與圖2的現(xiàn)有技術(shù)的裝置形成對比，該四個(gè)分開的位并不首先被串行化，而是被用作光調(diào)制器12的同步輸入。在這個(gè)具體實(shí)施方式
中，光調(diào)制器12包括利用四位輸入信號(hào)產(chǎn)生PAM-16光輸出信號(hào)的脈沖幅度調(diào)制器(PAM)。可以在第7383597號(hào)美國專利中找到利用本申請的光PAM裝置的完整討論，該專利于2009年I月27日發(fā)布給K. Shastri等人,被轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人,通過引用合并在本文中。在這種情形，通過控制沿著調(diào)制器12形成的多個(gè)調(diào)制段(segment) 13-1、13-2、13-3、13-4的長度，四個(gè)并行位被耦合到分開的調(diào)制段13，形成了保留初始的輸入速率(例如5Gb/s)的PAM-16調(diào)制的光輸出信號(hào)?？梢允褂谜{(diào)制器12的其它多段裝置，其中增加段數(shù)允許提高輸出信號(hào)的線性度。此外，如上所述，5Gb/s的數(shù)據(jù)速率僅作為示例考慮；任何其它適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率可以用于本發(fā)明的系統(tǒng)中。通過維持輸入數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)速率，光通道經(jīng)歷較少的基于色散的損失，且0/E轉(zhuǎn)換設(shè)備9在第二芯片2上執(zhí)行0/E轉(zhuǎn)換時(shí)將消耗較少的功率。在這個(gè)特定應(yīng)用中，利用4位A/D轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路14來代替并化器以恢復(fù)四個(gè)分開的數(shù)據(jù)位。當(dāng)對圖I和2的裝置進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，圖3和4的“直接光學(xué)”實(shí)施方式仍然要求在通信路徑的接收側(cè)使用CDR，其仍然消耗相當(dāng)大的功率，并可引入錯(cuò)誤到該系統(tǒng)，都是以增加等待時(shí)間為代價(jià)。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過與PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)并行地同步傳輸光時(shí)鐘信號(hào)，利用傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)來控制接收側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換器，可以消除在各個(gè)光互連路徑的接收側(cè)對CDR的需求。通過消除沿著各個(gè)鏈路的CDR操作，在降低系統(tǒng)的等待時(shí)間的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了功率的
顯著節(jié)省。圖5包含圖示根據(jù)本發(fā)明形成以包括用于與PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)并行地傳輸光時(shí)鐘信號(hào)的第二信號(hào)路徑的示例性光互連的示意圖。類似于上面關(guān)聯(lián)圖3和圖4所描述的裝置，PAM調(diào)制器12被用于傳輸基于并行N位數(shù)據(jù)輸入的N2級(jí)光信號(hào)。該實(shí)施方式在這種情形中N = 4 ;顯然,可以使用任何其它適當(dāng)?shù)腘值。如所示，4位的并行位字被用作相位對準(zhǔn)器(phase aligner) 20的輸入(為了討論，假定各個(gè)數(shù)據(jù)輸入運(yùn)行在5Gb/s的速率，顯然可以使用任何其它適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率)。單獨(dú)的時(shí)鐘輸入被應(yīng)用到相位對準(zhǔn)器20和用于保持該四個(gè)分開的數(shù)據(jù)流的同步操作。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，一組D觸發(fā)器可用于形成相位對準(zhǔn)器20?！皶r(shí)鐘控制的(clocked)”數(shù)據(jù)信號(hào)此后被用作PAM調(diào)制器的單獨(dú)的輸入，在第一波長λ I的CW光輸入信號(hào)I被用作調(diào)制器12的光輸入。再次，光調(diào)制器12包括能夠形成PAM輸出信號(hào)的多段調(diào)制器，段數(shù)有助于輸出的線性度(即，段數(shù)的增加將導(dǎo)致適當(dāng)?shù)卣{(diào)整輸出以更好地符合調(diào)制器的相位傳 遞函數(shù)的能力)。調(diào)制器12的輸出因此是脈沖幅度調(diào)制的光信號(hào)(也稱作“ΡΑΜ光數(shù)據(jù)信號(hào)”)，代表輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的所有N位。根據(jù)本發(fā)明，電時(shí)鐘信號(hào)被用作分離的調(diào)制器22的輸入。在圖5的這個(gè)具體實(shí)施方式
中，運(yùn)行在第二波長λ 2的第二 CW光源，被用作調(diào)制器22的光輸入，因此在輸出端產(chǎn)生光時(shí)鐘信號(hào)0C。如圖5中所示，調(diào)制器22被形成以基本上呈現(xiàn)與PAM調(diào)制器12同樣的尺寸，使得沿著調(diào)制器22傳播的光信號(hào)與沿著模塊12傳播的光信號(hào)經(jīng)歷基本上相同的傳播延時(shí)，因此允許光時(shí)鐘信號(hào)OC與PAM調(diào)制的光數(shù)據(jù)信號(hào)保持同步。如圖5中所示，PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)和光時(shí)鐘信號(hào)OC然后被用作光多路復(fù)用器24的分開的輸入，多路復(fù)用器24將波長λ I和λ 2的信號(hào)組合到光通道5上以用于傳輸?shù)降诙酒?。一旦在芯片2接收到，PAM數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)在光多路分離器26中被分離，波長λ I的PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)被用作第一 0/Ε轉(zhuǎn)換器設(shè)備9-1的輸入，而波長λ 2的光時(shí)鐘信號(hào)OC被用作第二 0/Ε轉(zhuǎn)換器設(shè)備9-2的輸入。從設(shè)備9-1輸出的經(jīng)轉(zhuǎn)換的電數(shù)據(jù)信號(hào)然后被用作A/D轉(zhuǎn)換器28的輸入，而從0/Ε轉(zhuǎn)換器設(shè)備9-2輸出的電時(shí)鐘信號(hào)被直接用作A/D 28的時(shí)鐘輸入。
本發(fā)明的裝置的一個(gè)重要特征是，沿著光通道5與數(shù)據(jù)信號(hào)一起同步傳輸時(shí)鐘信號(hào)，允許時(shí)鐘直接地同步所接收的數(shù)據(jù)和避免在通道的接收側(cè)從PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)執(zhí)行“時(shí)鐘恢復(fù)”的需要。消除對CDR的需要因此減少由裝置消耗的總功率并減少系統(tǒng)的等待時(shí)間。圖6表示本發(fā)明的光互連裝置的可替換實(shí)施方式。在這種情形，產(chǎn)生的光時(shí)鐘具有與PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)相同的波長λ I,然后在第一芯片I和第二芯片2之間的單獨(dú)的光纖上傳輸光時(shí)鐘。參考圖6，其中同樣的參考數(shù)字保留給類似的部件，從相位對準(zhǔn)器20輸出的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)被用作調(diào)制器12的電輸入，初始時(shí)鐘信號(hào)被用作第二調(diào)制器22的輸入，如同圖5的實(shí)施方式。但是，在這種情形，相同的CW激光源被用于提供光輸入信號(hào)到調(diào)制器12和22。S卩，CW激光源的輸出被通過光分路器29傳輸和耦合到兩個(gè)調(diào)制器12和22的光輸入端。因此，在調(diào)制器12和22的輸出端將是運(yùn)行在相同波長但具有不同的調(diào)制特性的光信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式，不需要多路復(fù)用器；相反，光通道5被形成以包括一對光纖5-1和5-2, PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)被稱合到第一光纖5-1,而光時(shí)鐘信號(hào)OC被稱合到第二光纖
5-2。該對信號(hào)然后沿著該路徑傳播到第二芯片2，其中沿著光纖5-1的PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)然 后被用作第一 0/Ε轉(zhuǎn)換設(shè)備9-1的輸入，而沿著光纖5-2的光時(shí)鐘信號(hào)OC被用作第二 0/Ε轉(zhuǎn)換設(shè)備9-2的輸入。后續(xù)處理基本上與上面關(guān)聯(lián)圖5所描述的處理相同。在圖6的實(shí)施方式中，在消除在另一波長的第二光學(xué)激光器和波長復(fù)用/分離部件的需求，和在該裝置的任何一端利用第二光纖以及必要的耦合的需求之間存在折中。此外，將產(chǎn)生的光時(shí)鐘信號(hào)的使用進(jìn)行擴(kuò)展以提供分布到系統(tǒng)中的各種光學(xué)元件或元件的組合的時(shí)鐘信號(hào)是可能的。圖7圖示一個(gè)示例性的可被用作調(diào)制器22的光時(shí)鐘分布裝置30，其中來自裝置30的一個(gè)輸出端被用作例如光多路復(fù)用器24或光纖5-2的光時(shí)鐘輸入，而剩下的光時(shí)鐘信號(hào)被分布到其它光系統(tǒng)部件。參考圖7，它顯示裝置30也可以利用CW光輸入信號(hào)的第二光源(以第二光源32表示)，以在識(shí)別到最初的光源失效時(shí)被用作備用光源(“失效”也可以被定義為第一光源的輸出功率下降到預(yù)定的閾值以下)。在這個(gè)平衡配置中，電時(shí)鐘信號(hào)和它的反相信號(hào)(在圖7中顯示為CLK和CLK)被用作MZI 34的輸入和被用于調(diào)制CW光信號(hào)，產(chǎn)生光時(shí)鐘OC輸出信號(hào)和它的反相信號(hào)(顯示為石己)。如圖7中所示，裝置30還包括由多個(gè)分支波導(dǎo)形成的光分離裝置36，光分路器36耦合到MZI 34的輸出端。每個(gè)波導(dǎo)部分因此攜帶在波長λ 2傳播的光時(shí)鐘信號(hào)0C。一個(gè)輸出波導(dǎo)38被顯示為此后被用作到光多路復(fù)用器24 (見圖5)的OC輸入。剩下的OC信號(hào)可用于分布到位于相同芯片上的各種其它光學(xué)系統(tǒng)，這些信號(hào)保持頻率鎖定。有利地，分布頻率鎖定的光時(shí)鐘的能力，消除了在光系統(tǒng)內(nèi)的各種位置對CDR的需求。盡管沒有明確示出，需要理解的是PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)可以被傳輸通過類似的光分離裝置，并被跨芯片分布到可能利用這個(gè)數(shù)據(jù)的各個(gè)光節(jié)點(diǎn)。盡管本發(fā)明已經(jīng)參考它的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)至IJ，在不背離所要求的發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變。因此，本發(fā)明不限于附圖中所顯示和說明書中所描述的內(nèi)容，而是僅由所附的權(quán)利要求所指出的內(nèi)容限定。
權(quán)利要求
1.一種用于傳輸高速數(shù)據(jù)信號(hào)的光互連裝置，所述裝置包括 傳輸部件，其與第一處理節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，所述傳輸部件用于將電的高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光數(shù)據(jù)信號(hào)； 光傳輸通道，其耦合到所述傳輸部件的輸出端；以及 接收部件，其與第二處理節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)且被耦合到所述光傳輸通道的輸出端，所述接收部件用于接收所述光數(shù)據(jù)信號(hào)，并將所接收的光數(shù)據(jù)信號(hào)再轉(zhuǎn)換成初始的電的高速數(shù)據(jù)信號(hào)，其中 所述傳輸部件包括 相位對準(zhǔn)元件，其響應(yīng)于數(shù)量為N的多個(gè)并行數(shù)據(jù)信號(hào)和電時(shí)鐘信號(hào)以產(chǎn)生作為輸出的多個(gè)并行的相位對準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號(hào)； 第一光調(diào)制器，其響應(yīng)于所述數(shù)量為N的多個(gè)并行的相位對準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號(hào)和連續(xù)波(CW)光信號(hào)以產(chǎn)生脈沖幅度調(diào)制(PAM)的光數(shù)據(jù)信號(hào)，所述脈沖幅度調(diào)制(PAM)的光數(shù)據(jù)信號(hào)表示所述數(shù)量為N的多個(gè)并行的相位對準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號(hào)；及 第二光調(diào)制器，其響應(yīng)于所述電時(shí)鐘信號(hào)和CW光信號(hào)以產(chǎn)生光時(shí)鐘輸出信號(hào)；以及 所述接收部件包括 第一光/電(0/E)轉(zhuǎn)換設(shè)備,其響應(yīng)于所接收的PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)以產(chǎn)生其電的形式；第二 0/E轉(zhuǎn)換設(shè)備，其響應(yīng)于所接收的光時(shí)鐘信號(hào)以產(chǎn)生其電的形式；以及A/D轉(zhuǎn)換器，其響應(yīng)于所述第一 0/E轉(zhuǎn)換設(shè)備和所述第二 0/E轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出以從中恢復(fù)初始的數(shù)量為N的多個(gè)并行數(shù)據(jù)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的光裝置，其中所述傳輸部件的第一光調(diào)制器和第二光調(diào)制器分別包括第一 Mach-Zehnder干涉儀和第二 Mach-Zehnder干涉儀。
3.如權(quán)利要求2所述的光裝置，其中所述第一Mach-Zehnder干涉儀包括多段式干涉儀。
4.如權(quán)利要求3所述的光裝置，其中所述第一Mach-Zehnder干涉儀從數(shù)量為N的多個(gè)并行數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生PAM-N2輸出信號(hào)。
5.如權(quán)利要求I所述的光裝置，其中 所述傳輸部件還包括 第一光信號(hào)源，其運(yùn)行在第一波長、I且稱合到所述第一光調(diào)制器的輸入端； 第二光信號(hào)源，其運(yùn)行在第二波長、2且耦合到所述第二光調(diào)制器的輸入端；以及光多路復(fù)用器，其用于將來自所述第一光調(diào)制器和所述第二光調(diào)制器的光輸出信號(hào)耦合到單一的光輸出信號(hào)路徑上；以及所述接收部件還包括 光多路分離器，其用于將在波長X I上傳播的所述PAM數(shù)據(jù)信號(hào)與在波長入2上傳播的所述光時(shí)鐘信號(hào)分離，并將各個(gè)信號(hào)耦合到分開的光信號(hào)路徑中。
6.如權(quán)利要求I所述的光裝置，其中 所述傳輸部件還包括 光源，其運(yùn)行在波長X I;以及 光分路器，其將來自所述光源的輸出的第一部分引導(dǎo)到所述第一光調(diào)制器的光輸入端，和將來自所述光源的輸出的第二部分引導(dǎo)到所述第二光調(diào)制器的光輸入端；以及所述光傳輸通道包括一對光纖，第一光纖支持所述PAM光數(shù)據(jù)信號(hào)的傳播，第二光纖支持所述光時(shí)鐘信號(hào)的傳播。
7.如權(quán)利要求I所述的光裝置，其中所述第二光調(diào)制器還包括光時(shí)鐘分布裝置，所述光時(shí)鐘分布裝置用于跨所述第一處理節(jié)點(diǎn)分散多個(gè)頻率鎖定的光時(shí)鐘信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的光裝置，其中所述光時(shí)鐘分布裝置包括耦合到所述第二光調(diào)制器的輸出端的光分路器，其中所述光分路器包括多個(gè)分支波導(dǎo)，所述多個(gè)分支波導(dǎo)用于跨所述第一處理節(jié)點(diǎn)分散所述多個(gè)頻率鎖定的光時(shí)鐘信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7所述的光裝置，其中所述第二光調(diào)制器還包括第二CW光輸入信號(hào)源，一旦識(shí)別到所述初始CW源失效時(shí)，所述第二 CW光輸入信號(hào)源用作備用源。
10.如權(quán)利要求I所述的光裝置，其中所述第一光調(diào)制器還包括一對CW光輸入信號(hào)源，所述一對CW光輸入信號(hào)源用于提供所述光信號(hào)到所述第一光調(diào)制器，其中一旦識(shí)別到所述一對CW光輸入信號(hào)源中的第一 CW光輸入信號(hào)源失效時(shí)，所述一對CW光輸入信號(hào)源中的第二 CW光輸入信號(hào)源被用作備用源。
全文摘要
提出了在高速數(shù)據(jù)應(yīng)用中使用的光互連裝置，它通過利用脈沖幅度調(diào)制(PAM)技術(shù)來表示光域中的數(shù)據(jù)，同時(shí)利用單獨(dú)的通道用于傳輸光時(shí)鐘信號(hào)，消除了在該裝置的接收端上對時(shí)鐘恢復(fù)電路的需要，來消除對大批串行化/并行化(SERDES)功能的需要。
文檔編號(hào)H04B10/00GK102804650SQ201080025226
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者卡爾潘都·夏斯特里, 拜平·達(dá)瑪, 馬克·韋伯斯特 申請人:光導(dǎo)束公司