本發(fā)明主要涉及在光通信中使用的光收發(fā)芯片。

背景技術(shù)：

在光學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)由光學(xué)波導(dǎo)發(fā)射及接收的光學(xué)信號的形式傳遞數(shù)據(jù)。更具體地，在通信設(shè)備上使用雙向光學(xué)鏈路供在所述鏈路中使用的雙向并行光學(xué)收發(fā)器模塊。光學(xué)收發(fā)器產(chǎn)生表示數(shù)據(jù)的經(jīng)振幅及/或相位及/或偏振調(diào)制的光學(xué)信號，接著在耦合到所述收發(fā)器的光纖上發(fā)射所述光學(xué)信號。每一收發(fā)器包含發(fā)射器側(cè)及接收器側(cè)。在所述發(fā)射器側(cè)上，激光光源產(chǎn)生激光且光學(xué)耦合系統(tǒng)接收所述激光并將所述光光學(xué)耦合或成像到光纖的一端上。所述激光光源通常由產(chǎn)生特定波長或波長范圍的光的一個或一個以上激光二極管制成。光學(xué)耦合系統(tǒng)通常包含一個或一個以上反射元件、一個或一個以上折射元件及/或一個或一個以上衍射元件。在所述接收器側(cè)上，光電二極管檢測在光纖上發(fā)射的光學(xué)數(shù)據(jù)信號并將所述光學(xué)數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成電信號，所述電信號接著由接收器側(cè)的電路放大及處理以恢復(fù)數(shù)據(jù)。在光纖的每一端上連接的光學(xué)收發(fā)器與光纖本身的組合通常稱為光纖鏈路。

在現(xiàn)有的光通信領(lǐng)域中使用的光收發(fā)芯片，往往是通過分立的激光驅(qū)動器、跨導(dǎo)放大器和時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器，制作成單獨的芯片，然后通過芯片間信號的耦合傳送來實現(xiàn)整體的光收發(fā)功能。然而，隨著光通信領(lǐng)域速度的越來越快，特別是在像高速光纖鏈路(例如，10千兆位/秒(Gb/s)及更高)中使用的光收發(fā)芯片中，這種分立的芯片設(shè)計已經(jīng)遠遠不能滿足需求，其功耗高、通信速度慢、抗干擾能力差。

因此，需要一種能夠以相對高的數(shù)據(jù)速率操作同時實現(xiàn)相對低的功耗的光收發(fā)芯片來解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提供了一種四通道高速低功耗光收發(fā)芯片，其中，每個通道都包括光發(fā)射模塊、光接收模塊以及共用模塊，其中：

所述光發(fā)射模塊包括數(shù)據(jù)緩沖器、第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器、第一數(shù)據(jù)選擇器、激光驅(qū)動器、功率控制器、第一時鐘緩沖器以及發(fā)光二極管和第一光電二極管，其中：所述數(shù)據(jù)緩沖器將輸入數(shù)據(jù)通過所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器傳輸至所述第一數(shù)據(jù)選擇器；所述第一時鐘緩沖器與所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器連接，用于時鐘的輸出；輸入數(shù)據(jù)通過所述第一數(shù)據(jù)選擇器選擇后傳輸至所述激光驅(qū)動器進行數(shù)據(jù)輸出，所述激光驅(qū)動器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；所述電壓信號通過所述發(fā)光二極管轉(zhuǎn)化為光信號，并且由監(jiān)測輸入端的所述第一光電二極管接收，將光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，輸入至所述功率控制器；所述功率控制器與所述激光驅(qū)動器相連接，用于反饋并調(diào)整所述激光驅(qū)動器輸出的電壓信號；

所述光接收模塊包括第二光電二極管、直流偏置模塊、跨導(dǎo)放大器、反饋電阻、第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器、第二時鐘緩存器、第二數(shù)據(jù)選擇器、輸出驅(qū)動器，其中：所述第二光電二極管將接收的光信號轉(zhuǎn)化成電信號并導(dǎo)通，所述直流偏置模塊用于向所述光接收模塊供電；所述跨導(dǎo)放大器將接收端的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號傳輸至所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器；所述跨導(dǎo)放大器并聯(lián)所述反饋電阻，用于調(diào)節(jié)所述跨導(dǎo)放大器中的電信號；所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器連接所述第二時鐘緩沖器，用于輸出時鐘；通過所述第二數(shù)據(jù)選擇器將電壓信號輸入至所述輸出驅(qū)動器；所述輸出驅(qū)動器將電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進行輸出；

所述共用模塊包括電源控制器、直流偏置、邏輯控制器、串行接口、存儲器以及偽隨機數(shù)據(jù)發(fā)生器和校驗器；所述共用模塊同時為所述光發(fā)射模塊和所述光接收模塊提供通信回路。

本發(fā)明還提供了一種單通道高速低功耗光收發(fā)芯片，包括光發(fā)射模塊、光接收模塊以及共用模塊，其中：

所述光發(fā)射模塊包括數(shù)據(jù)緩沖器、第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器、第一數(shù)據(jù)選擇器、激光驅(qū)動器、功率控制器、第一時鐘緩沖器以及發(fā)光二極管和第一光電二極管，其中：所述數(shù)據(jù)緩沖器將輸入數(shù)據(jù)通過所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器傳輸至所述第一數(shù)據(jù)選擇器；所述第一時鐘緩沖器與所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器連接，用于時鐘的輸出；輸入數(shù)據(jù)通過所述第一數(shù)據(jù)選擇器選擇后傳輸至所述激光驅(qū)動器進行數(shù)據(jù)輸出，所述激光驅(qū)動器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；所述電壓信號通過所述發(fā)光二極管轉(zhuǎn)化為光信號，并且由監(jiān)測輸入端的所述第一光電二極管接收，將光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，輸入至所述功率控制器；所述功率控制器與所述激光驅(qū)動器相連接，用于反饋并調(diào)整所述激光驅(qū)動器輸出的電壓信號；所述光發(fā)射模塊設(shè)置為單通道；

所述光接收模塊包括第二光電二極管、直流偏置模塊、跨導(dǎo)放大器、反饋電阻、第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器、第二時鐘緩存器、第二數(shù)據(jù)選擇器、輸出驅(qū)動器，其中：所述第二光電二極管將接收的光信號轉(zhuǎn)化成電信號并導(dǎo)通，所述直流偏置模塊用于向所述光接收模塊供電；所述跨導(dǎo)放大器將接收端的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號傳輸至所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器；所述跨導(dǎo)放大器并聯(lián)所述反饋電阻，用于調(diào)節(jié)所述跨導(dǎo)放大器中的電信號；所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器連接所述第二時鐘緩沖器，用于輸出時鐘；通過所述第二數(shù)據(jù)選擇器將電壓信號輸入至所述輸出驅(qū)動器；所述輸出驅(qū)動器將電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進行輸出；所述光接收模塊設(shè)置為單通道；

所述共用模塊包括電源控制器、直流偏置、邏輯控制器、串行接口、存儲器以及偽隨機數(shù)據(jù)發(fā)生器和校驗器；所述共用模塊同時為所述光發(fā)射模塊和所述光接收模塊提供通信回路。

優(yōu)選地，所述功率控制器包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路以及10位時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。

優(yōu)選地，所述激光驅(qū)動器的基極電流Ibase范圍為0-80mA；驅(qū)動/調(diào)制電流Imod范圍為0-80mA。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)緩沖器最大增益值為30db，最大boost值為20db。

優(yōu)選地，所述第一時鐘緩沖器的接口采用CML結(jié)構(gòu)，負(fù)載50Ω。

優(yōu)選地，所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器的帶寬范圍為1KHZ-200MHZ。

優(yōu)選地，所述跨阻放大器增益范圍為0-100db。

優(yōu)選地，所述第二光電二極管最大輸入共模電流為10mA。

優(yōu)選地，所述第二時鐘緩存器的差分輸出阻抗為100Ω。

優(yōu)選地，所述輸出驅(qū)動器的差分輸出阻抗為100Ω，差分輸出電壓幅度范圍為0-3.3V。

優(yōu)選地，所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器的帶寬范圍為1KHZ-200MHZ。

應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng)用作對本發(fā)明所要求保護內(nèi)容的限制。

附圖說明

參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下描述得以闡明，其中：

圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的單通道高速低功耗光收發(fā)芯片的邏輯圖；

圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的四通道高速低功耗光收發(fā)芯片的邏輯圖。

具體實施方式

通過參考示范性實施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實現(xiàn)這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開的示范性實施例；可以通過不同形式來對其加以實現(xiàn)。說明書的實質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細節(jié)。

在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部件。

如圖1所示，為本發(fā)明的單通道高速低功耗光收發(fā)芯片的邏輯圖。所述光收發(fā)芯片包括：光發(fā)射模塊、光接收模塊以及共用模塊，其中：

所述光發(fā)射模塊包括數(shù)據(jù)緩沖器、第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器、第一數(shù)據(jù)選擇器、激光驅(qū)動器、功率控制器、第一時鐘緩沖器以及發(fā)光二極管和第一光電二極管，其中：

所述數(shù)據(jù)緩沖器將輸入數(shù)據(jù)通過所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器傳輸至所述第一數(shù)據(jù)選擇器；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)緩沖器最大增益值為30db，最大boost值為20db。

所述第一時鐘緩沖器與所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器連接，用于時鐘的輸出；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一時鐘緩沖器的接口采用CML結(jié)構(gòu)，負(fù)載50Ω，所述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器的帶寬范圍為1KHZ-200MHZ。

輸入數(shù)據(jù)通過所述第一數(shù)據(jù)選擇器選擇后傳輸至所述激光驅(qū)動器進行數(shù)據(jù)輸出，所述激光驅(qū)動器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述激光驅(qū)動器的基極電流Ibase范圍為0-80mA；驅(qū)動/調(diào)制電流Imod范圍為0-80mA。

所述電壓信號通過所述發(fā)光二極管轉(zhuǎn)化為光信號，并且由監(jiān)測輸入端的所述第一光電二極管接收，將光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，輸入至所述功率控制器；

所述功率控制器與所述激光驅(qū)動器相連接，用于反饋并調(diào)整所述激光驅(qū)動器輸出的電壓信號；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述功率控制器包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路以及10位時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路；

所述光發(fā)射模塊設(shè)置為單通道。

所述光接收模塊包括第二光電二極管、直流偏置模塊、跨導(dǎo)放大器、反饋電阻、第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器、第二時鐘緩存器、第二數(shù)據(jù)選擇器、輸出驅(qū)動器，其中：

所述第二光電二極管將接收的光信號轉(zhuǎn)化成電信號并導(dǎo)通，所述直流偏置模塊用于向所述光接收模塊供電；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二光電二極管最大輸入共模電流為10mA。

所述跨導(dǎo)放大器將接收端的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號傳輸至所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器的帶寬范圍為1KHZ-200MHZ。

跨導(dǎo)放大器是電流模式電路中最為通用的標(biāo)準(zhǔn)模塊之一,將輸入差分電壓轉(zhuǎn)換為輸出電流的放大器，因而它是一種電壓控制電流源(VCCS)?？鐚?dǎo)放大器通常會有一個額外的電流輸入端，用以控制放大器的跨導(dǎo)。高阻的差分輸入級、可配合負(fù)反饋回路進行工作的特性，使得跨導(dǎo)放大器類似于常規(guī)運算放大器。

所述跨導(dǎo)放大器并聯(lián)所述反饋電阻，用于調(diào)節(jié)所述跨導(dǎo)放大器中的電信號；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述跨阻放大器增益范圍為0-100db。

所述第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器連接所述第二時鐘緩沖器，用于輸出時鐘；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二時鐘緩存器的差分輸出阻抗為100Ω。

通過所述第二數(shù)據(jù)選擇器將電壓信號輸入至所述輸出驅(qū)動器；

所述輸出驅(qū)動器將電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進行輸出；根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述輸出驅(qū)動器的差分輸出阻抗為100Ω，差分輸出電壓幅度范圍為0V-3.3V。

本發(fā)明的時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器首先串行發(fā)送數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8b/10b編碼方案。編碼處理獲得8位數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成10位符號。8b/10b編碼方式可以在數(shù)據(jù)線上傳送相等數(shù)目的0和1，從而減少碼間干擾，并提供足夠多的數(shù)據(jù)邊沿，以便接收器在收到的數(shù)據(jù)流上鎖定相位。發(fā)送器將系統(tǒng)時鐘倍頻至傳送比特率，并以該速率在TX差分對上發(fā)送8b/10b數(shù)據(jù)。

時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器的任務(wù)首先是在RX差分位流上鎖定相位，然后接收器按照恢復(fù)的時鐘進行數(shù)據(jù)位對齊，接著用接收器的參考時鐘進行字對齊。最后，將數(shù)據(jù)進行8b/10b解碼，供系統(tǒng)使用。

在時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器系統(tǒng)中，發(fā)送和接收系統(tǒng)通常擁有完全獨立的系統(tǒng)時鐘。這兩個時鐘在一個特定的變化范圍內(nèi)非常關(guān)鍵，這個范圍大約是數(shù)百個PPM。

所述光接收模塊設(shè)置為單通道。

所述共用模塊包括電源控制器、直流偏置、邏輯控制器、串行接口、存儲器以及偽隨機數(shù)據(jù)發(fā)生器和校驗器；所述共用模塊同時為所述光發(fā)射模塊和所述光接收模塊提供通信回路；

其中，電源控制器為光發(fā)射模塊和光接收模塊供電；

直流偏置應(yīng)用于光接收模塊中，調(diào)節(jié)信號輸出的直流分量，也就是說將整個輸出信號上移或者下移。

邏輯控制器的應(yīng)用例如第一/二數(shù)據(jù)選擇器，通過相應(yīng)的規(guī)則選擇數(shù)字信號；

串行接口為光收發(fā)芯片內(nèi)部或與外部連接的接口，可提高傳輸速度；

存儲器用于存儲光發(fā)射模塊和光接收模塊中的數(shù)據(jù)；

偽隨機數(shù)據(jù)發(fā)生器和校驗器用于檢測模塊的狀態(tài)并對其校驗，加強了各模塊電路工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的四通道高速低功耗光收發(fā)芯片的邏輯圖：光發(fā)射模塊和光接收模塊的邏輯原理與圖1所示的單通道高速低功耗光收發(fā)芯片相同。如圖2所示的四通道高速低功耗光收發(fā)芯片的每個通道都設(shè)置有光發(fā)射模塊、光接收模塊以及共用模塊，可以同時通過多個光發(fā)射通道和多個光接收通道進行數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

所述附圖僅為示意性的并且未按比例畫出。雖然已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護范圍并不局限于這里所描述的實施例。

結(jié)合這里披露的本發(fā)明的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均由權(quán)利要求所限定。