专利名称：用于监视光电检测器的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的领域通常涉及光网络，并且更具体地涉及光接收器。
背景技术：
在通信系统中光束正被越来越多地用于发送信息。对通信带宽的要求已经导致了长和短途通信干线从铜到光纤(数字)通信的转换。光纤的宽谱特性支持以很高数据率，即每秒千兆比特的宽带信号。
通常，光源即发送器将数字或模拟电信号转换成经调制的光束，所述经调制的光束随后通过光纤传递到光检测器，即接收器，所述接收器从所接收的光束提取电信号。通过使用频率、时间或者其他形式的复用，光纤可以由不同的通信通道所共享。典型的光链路使用收发器单元来延伸通信系统的范围，所述收发器单元处理光纤与所述光纤的相对端上的局域网(LAN)之间的光-电转换。光收发器在远程越洋线缆或在大城市区域中短范围链路上提供千兆比特的通信率。
对光收发器的监视被用于诊断或者预防性维护的目的。所监视的参数包括激光偏置电流、发送光功率、接收光功率、温度等。典型的发送器工作在固定的功率水平。由于光链路在距离上可在从几米到一百千米的范围，所述光接收器必须对宽范围的接收信号强度起作用。接收器监视被用以保证所接收的信号在适当的范围内，以确保在接收器数据的正确解码。
所需要的是用于监视光接收器的新装置。
发明内容
一种用于监视光信号检测器的方法和设备被公开。所述光信号检测器可以是光接收器、收发器或者变换器的部分。对光电检测器(photo-detector)的监视可用于确定光通信系统的建立或者正常工作期间所接收的光信号的强度。正常工作期间所接收的信号强度可被用于确定部件老化。所述监视器产生在宽电流范围上高度顺从于光电检测器电流的镜电流。所述监视器电路的线性使其特别适合用于光网络，如在网络收发器节点之间具有宽范围长度的电信网络。所述监视器电路也展示大于在给光信号检测器提供功率所需功率的极低功率需求。
在本发明的一实施例中，用于监视光信号检测器的电路包括第一和第二电流镜。第一电流镜具有主电流支路(primary current leg)和镜电流支路，并且其中所述主电流支路展示与镜电流支路所展示的电阻的分数部分(fractional part)对应的电阻，并且所述第一电流镜的主电流支路串联耦合在光信号检测器以及电源和电汲入(electrical sink)之一之间。第二电流镜具有主电流支路和镜电流支路，并且其中所述第二电流镜的镜电流支路展示与第二电流镜的主电流支路所展示的电阻的分数部分对应的电阻，并且其中所述第二电流镜的主电流支路与所述第一电流镜的镜电流支路串联耦合。
在本发明的另一实施例中，用于监视光信号检测器的电路包括分流器电流镜和电流倍增器电流镜。分流器电流镜具有镜支路和主支路。主支路被耦合到光信号检测器。分流器电流镜被配置以产生与主支路电流的部分对应的镜支路电流。电流倍增器电流镜具有耦合到分流器电流镜的镜支路的主支路和镜支路。电流倍增器电流镜被配置以产生与主支路电流的倍数对应的镜支路电流。
在本发明的另一实施例中，公开了具有光信号产生器和光信号检测器的光收发器。所述光收发器包括分流器电流镜和电流倍增器电流镜。分流器电流镜具有耦合到光信号检测器的主支路和镜支路。分流器电流镜被配置以产生与主支路电流的部分对应的镜支路电流。电流倍增器电流镜具有镜支路和主支路。主支路被耦合到分流器电流镜的镜支路。电流倍增器电流镜被配置以产生与主支路电流的倍数对应的镜支路电流。
一种用于监视光信号检测器的方法也被公开。
从下面结合附图的详细说明中，本发明的这些及其他特征和优点对于本领域的技术人员来说将变得更显而易见。
图1示出了彼此耦合以形成广域网(WAN)的多个光收发器。
图2A是本发明一实施例的电路图，其中光收发器具有耦合在光接收器的高侧的监视器电路以监视所接收的信号强度。
图2B是本发明一实施例的电路图，其中光收发器具有耦合在所述光接收器的低侧的监视器电路以监视所接收的信号强度。
图3A-B是图2A所示的监视电路的另一实施例的详细电路图。
图4A-B是图2B所示的监视电路的另一实施例的详细电路图。
图5A-B是内部和外部监视器的另一实施例的详细的电路图。
图6A-B是分别示出用于本发明的一实施例的监视电路的顺从(compliance)以及功率消耗的曲线图。
具体实施例方式
公开了一种用于监视光信号检测器的方法和设备。所述光信号检测器可以是光接收器、收发器或者变换器的部分。对光电检测器的监视可用于确定光通信系统的建立或者正常工作期间所接收的光信号的强度。正常工作期间接收的信号强度可用于确定部件老化。所述监视器产生在宽电流范围高度顺从于光电检测器电流的镜电流。所述监视器电路的线性使其特别适于光网络，如在网络收发器节点之间具有宽范围长度的电信网络。所述监视器电路也展示大于给光信号检测器提供功率所需的极低功率需求。
图1示出了彼此耦合以形成广域光网(WAN)的多个光收发器，所述广域光网处理多个局域网(LAN)之间的通信。LAN 112、132被示出于公司总部100中。LAN 162被示出于公司仓库150中。LAN 182被示出于公司工厂170中。所有的LAN由高速的光骨干网所链接。所述光网的光段(optical segment)在长度上可从几米变化到上百千米。在每个公司位置，对应的LAN提供到联网的工作站、服务器、处理机等的电通信链路。为了处理LAN之间的高带宽通信，光收发器卡110、130、160和180被示出分别耦合到LAN 112、132、162和182。这些光收发器卡被以环、星或者其他配置光链接在一起，以形成所述光骨干网的节点，其处理LAN之间的高速通信。示出的拓扑是双环。
在示出的实施例中，每个光收发器卡包括双端口收发器对和路由器。每个收发器卡形成光网的节点。所述光网链接所述LAN。示例中的收发器卡以双环拓扑与环段190、192、194、196耦合。每个收发器被示出从所述双环的任一个接收和发送光调制信息。每个收发器具有耦合到每个环的对应段的接收端口和发送端口。信息可被认为在一个环中被顺时针传递而在所述双环的另一个环中被逆时针传递。所有的收发器对所接收的数据进行光到电的转换，所述数据随后被积分路由器(integral router)分析以确定其目的地。如果所述信息被所述路由器之一确定其目的地是所述收发器卡所耦合的LAN，那么所述路由器将所述信息从光网卸载到对应的LAN。
光卡110包括两个收发器118、120以及路由器114。路由器114通过LAN接口116与LAN 112耦合。所述收发器经由对应的发送和接收端口对而耦合到形成所述双光环拓扑的对应网络段。光缆126和124分别经由环段196而处理线卡110和180之间的信息发送和接收。另一对光缆(未示出)经由环段190而处理线卡110和130之间的信息发送和接收。对收发器118-120的监视经由监视器接口122发生。
光卡130包括两个收发器138、140以及路由器134。路由器134通过LAN接口136与LAN 132耦合。所述收发器经由对应的发送和接收端口对而耦合到形成所述双光环拓扑的对应网络段。光缆(未示出)经由环段192来处理线卡130和160之间的信息发送和接收。对收发器138-140的监视经由监视器接口142发生。线卡160和180利用环段194而相互耦合。
监视被用于诊断或者预防性维护的目的，如确定何时基于所监视的参数来更换部件。部件的老化或寿命周期阶段可基于所监视的参数来确定，结果是部件在失效之前得以更换。所监视的参数包括激光偏置电流、发送光功率、接收光功率、温度等。典型的发送器工作在固定的功率水平。由于光链路在距离上可在从几米到上百千米的范围，光接收器必须在所接收信号强度的宽范围如4-6量级起作用。接收器监视被最好地完成，而无需将电路附着到光电二极管的相同节点，即阴极或阳极，高速的经调制信号被从其中提取。将监视器电路以及高速数据电路两者连接到相同节点增加了高速数据电路的复杂性，而没有提供补偿的益处。将监视器电路附着到没有连接到高速数据电路的光电二极管节点允许简单的总体设计。
下面的电路被设计以监视具有以4-6量级变化的强度的所接收信号，而不影响所接收信号的质量。
图2A是本发明一实施例的电路图，其中光收发器118(见图1)具有发送器200、接收器220以及监视器电路260。发送器200包括一个或多个差动信号输入206、208，用于从相关联的LAN输入的高速数字数据；以及光电二极管202，其将采用高频数据调制的光束204发送到形成光网络段的对应光纤126中。
所述接收器包括光电检测器242，其经由光纤124而光耦合到光网以从该处接收经光调制的信息承载信号。在本发明的一实施例中，光电检测器包括正-本征-负(PIN)或者雪崩光电检测器(APD)。PIN工作在5伏偏置电压电平而APD可工作在40-60伏。所接收光束的信号强度可在4-6量级之上变化，如束244和246所表示的。在图2A中所示的本发明的实施例中，光电检测器的阴极被耦合到转阻放大器(transimpedanceamplifier，TIA)236的输入，所述放大器作为用于光电检测器的电流汲入(current sink)而工作。所述TIA具有宽的动态范围以及特殊的线性性能。经高频调制并放大的电数据在差动信号线上从TIA被输出，所述差动信号线被阻抗匹配并且经由AC耦合器224与接收器电路的其余部分AC耦合。在所示的实施例中，AC耦合器包括高频耦合电容器230-232，其与串联及并联耦合的电阻器234、226、228一起形成阻抗匹配的网络。AC耦合器的差动输出在放大器222中经受任何后置放大，并且经光电转换的信号由所述接收器在一个或者多个信号线246-248上输出到接收路径电路的其余部分，例如路由器114(见图1)。
监视器电路260耦合在接收器的高侧以监视由光电检测器242所测量的接收信号强度。所述监视器电路包括电流镜对266、276，其一起提供装置，用于高度线性和低功率的路径以便监视光电检测器电流消耗。
第一电流镜266具有两个支路，也称为主支路和镜支路，通过其分别将主电流270传递到光电检测器并将镜电流268传递到第二电流镜。第一电流镜266的两个支路在其正侧(positive side)上耦合到电压源节点264，其在本例中被耦合到DC电源262。第一电流镜的主支路经由线274与光电检测器242的阳极耦合。在所示实例中，供应电压是60伏并且光电检测器是APD。在本发明的另一实施例中，可使用PIN型光电检测器，其中供应电压水平对应减少到例如5伏。第一电流镜的主和镜支路中的电流被阻性地偏置到高度不对称的水平，其中镜支路中的电流是主支路中的电流的分数部分。这显著地减少了监视光电检测器中的电流所需的功率量。但是，如果其为仅有的电流镜，第一电流镜266中主和镜支路中的不对称电流将导致被监视电流与实际的光电检测器电流之间的高度的非线性。第一和第二电流镜的独特配置一起被用于使被监视电流与实际的光电检测器电流之间的关系线性化，而不管光电检测器和被监视的电流的量值之间的一个量级或更多的差。
第二电流镜266具有两个支路，也称为主支路和镜支路，其串联耦合到电汲入282。来自第一电流镜的镜电流268流经串联耦合272通过第二电流镜276的主支路到电汲入。第二电流镜的主支路中的电流280在量值和方向上与来自电流镜266的镜电流268相同。第二电流镜276的两个支路被阻性地偏置到高度不对称水平，其中主支路中的电流是镜支路中的电流的分数部分。这显著地减少了监视光电检测器中的电流所需的功率量。并且使第一电流镜266的主支路和第二电流镜276的镜支路中的电流比线性化。镜支路中的电流278从源284流动。在本发明的另一实施例中，所述源可包括内部监视器286、经由引脚290直接耦合到节点284的外部监视器，或者外部和内部监视器的组合。引脚292提供到节点284的直接外部接入。所述监视器提供固定的电压供应到第二电流镜276的镜支路，并且监视与流经光信号检测器242的电流270线性成比例的结果电流278。
图2B是本发明一实施例的电路图，其中光收发器具有耦合在光接收器220的低侧上的监视器电路260，用于监视所接收信号强度。所述接收器包括光电检测器242，其经由光纤124光耦合到光网以从该处接收光调制信息承载信号。在本发明的一实施例中，光电检测器包括正-本征-负(PIN)或者雪崩光电检测器(APD)。所接收的光束的信号强度可在4-6量级上变化，如束244和246所表示的。在图2B所示的本发明的实施例中，光电检测器的阳极被耦合到TIA236的输入，该TIA作为光电检测器的电流源而工作。所述TIA在范围从少于.01uA到2.5mA的电流上具有宽的动态范围以及特殊的线性性能。所述TIA具有耦合到DC功率供应260的Vsource输入240，所述功率供应是监视器电路的部分。TIA的Vsink输入238被耦合到处于低于所述功率供应电平的电压汲入(voltage sink)。所述TIA将电流供给其输入所耦合到的光电检测器的阳极。高频调制并放大的电数据在差动信号线上从TIA输出到AC耦合器224。AC耦合器的输出经受后置放大器222中的放大。后置放大器的输出被耦合到一个或者多个高频数据输出246-248。
所述监视器电路260耦合在所述接收器的低侧上以监视由光电检测器242测量的所接收信号强度。如上面所讨论的，所述监视器电路包括具有不对称电阻的电流镜对，它们沿着对应的镜支路彼此串联耦合。第一电流镜266的两个支路耦合到电压汲入264，其在示出的实例中为电接地。光电检测器电流270流经第一电流镜266的主支路到电汲入264。镜电流268通过镜支路流到电汲入264。电流镜266的主支路经由线274与光电检测器242的阴极耦合。在所示实例中，到TIA的供应电压是60伏并且光电检测器是APD。在本发明的另一实施例中，可使用PIN型光电检测器，其中供应电压水平对应减少到例如5伏。电流镜266的主和镜支路中的电流被阻性地偏置到高度不对称的水平，其中镜支路中的电流是主支路中的电流的分数部分。这显著地减少了监视光电检测器中的电流所需的功率量。第一和第二电流镜的独特配置一起用于使被监视电流与实际的光电检测器电流之间的关系线性化，而不管光电检测器和被监视的电流的量值之间的一个量级或更多的差。
第二电流镜276的主和镜支路串联耦合到电压源，所述电压源具有与偏置光电检测器所需电压相比而相对低的电压。在所示实施例中电压源Vcc是5伏。第二电流镜的主支路中的电流280通过与第一电流镜266的镜支路的串联耦合272流到电汲入264。第二电流镜主支路的电流280在量值和方向上与来自第一电流镜266的镜电流268相同。第二电流镜276的两个支路被阻性地偏置到高度不对称水平，其中主支路中的电流是镜支路中的电流的分数部分。这显著地减少了监视光电检测器中的电流所需的功率量，并且使第一电流镜266主支路中与第二电流镜276镜支路中的电流比线性化。镜支路中的电流278流到电汲入284。在本发明的另一实施例中，所述汲入可包括内部监视器286、经由引脚290直接耦合到节点284的外部监视器，或者外部和内部监视器的组合。引脚292提供到节点284的直接外部接入。所述监视器提供固定的电压汲入到第二电流镜276的镜支路，并且监视与流经光信号检测器242的电流270线性成比例的结果电流278。
在图2A-B中所示的本发明的实施例中，两个电流镜的主和镜支路上的电阻的量值的比互为倒数。在本发明的一个实施例中，第一电流镜266上主支路的电阻等于第二电流镜276上镜支路的电阻，并且第一电流镜266上镜支路的电阻等于第二电流镜上主支路的电阻。第一电流镜266作为具有与主电流的分数部分对应的镜电流的分流器而工作。在第二电流镜中，所述关系被颠倒，第二电流镜作为具有与主电流的正倍数对应的镜电流的电流倍增器而工作。在本发明的一个实施例中，经组合的串联耦合的电流镜提供了第二电流镜上镜电流关于第一电流镜主支路上的光电检测器驱动偏置电流的单位增益(unity gain)。
借助于第一电流镜中发生的电流分路以及通过第二电流镜的镜支路上减少的电压差动(voltage differential)，总体功率消耗得以减少。该后者特征使第二电流镜作为电流倍增器来工作所需的功率最小化。
就线性以及性能范围如范围在4-6量级上的电流来说，光电检测器的宽工作电流范围对电流镜设置了显著的要求。在下面的图3A-B和4A-B中所示的电流镜实施例满足这些需求。
图3A-B是图2A中所示的监视器电路的另一实施例的详细电路图，并且具体地是其双电流镜部分。在本发明的一个实施例中，第一电流镜包括配置为电流镜的背对背双极型晶体管对306和310。主晶体管306限定了其中使主电流270流到光电检测器242的第一电流镜的主支路。镜晶体管310限定了其中流动镜电流268的镜支路的部分。所述主和镜晶体管的基极在节点308处彼此耦合，并且耦合到镜晶体管的集电极。图3A-B中所示的高侧实施例中，第一电流镜266的主和镜晶体管包括‘pup’型极性双极晶体管。所述电流镜也可包括镜支路上的附加晶体管314，其基极通过线312耦合到主晶体管306的集电极。为了从总体上减少用于收发器的功率消耗，通过主和镜支路以及节点264处的电源之间的不对称电阻性元件300的串联耦合，镜电流可显著地减少。在所示实施例中，电阻器302和304通过节点264将主支路和镜支路分别耦合到功率供应262。所述电阻被设置以使主支路具有为镜支路上电阻的分数部分的电阻，因此确保主和镜支路之间的高度不对称的电流，如一个量级或更多的差。在所示实施例中，主支路上的电阻器302具有100Ω的值，而镜支路上的电阻器304具有1000Ω的值。结果的高度不对称电流导致通过第一电流镜的镜支路的对光电检测器电流的高度非线性的跟踪。所述主和镜电流可在范围上的绝对量值上不同，例如大于75％的差；以及在所述范围上的相对量值的线性上不同，例如10％的变化。
所述双极晶体管的Ebers-Moll模型提供了对非线性源的了解和量化，并且被阐明在下面的等式1中等式1Ic=Io(cVbeekT-1)]]>其中Ic是集电极电流，Vbe是基极到发射极的电压降(voltage drop)，Io是从发射极到基极的反向泄漏电流，c是电荷的基本单位，k是波尔滋曼(Boltzmann)常数，而T是绝对温度(以Kelvin表示)。以典型的掺杂级，从纯半导体的“本征”行为所发生的泄漏电流是很小的，并且第二项一Io是可忽略的，给出Ic对Vbe简单的指数依赖性。
在电流镜中必须考虑的对Ebers-Moll的扩展是厄列效应(Early Effect)的扩展。所述厄列效应描述伴随集电极到发射极电压中的变化而发生的用于双极晶体管的基极到发射极电压中的成比例的变化。镜电流和光电检测器电流之间的非线性是由两个晶体管的集电极到发射极电压降的差以及由于厄列效应的两个晶体管的基极到发射极电压降的伴随的差所导致的。
电流镜的两个晶体管之间的集电极到发射极电压差在APD中可以是40伏，而在PIN实施中可以是4伏。主晶体管典型地被暴露于0.7伏的电压降而镜晶体管经受基本上等于全供应电压的电压降。主和镜晶体管中的集电极电流对于所述两个晶体管之间的基极到发射极电压的差很敏感。主和镜晶体管之间的基极到发射极电压降中的不一致导致镜电流和光电检测器电流之间基本的和非线性的差。
晶体管314趋于减少晶体管对306、310的每个之间的集电极到发射极电压降的差。该晶体管元件响应于镜电流的变化水平而展示至少两个端子之间的非线性的电压降。两个端子之间的电压降基本独立于镜电流。此特性通过分别减少主和镜晶体管306和310之间的集电极到发射极以及由此的基极到发射极电压差而改善镜电流和光电检测器电流之间的顺从。由于厄列效应的性能中的不一致因此基本上得以减少。
非线性的分离源是电流镜的主和镜支路之间的电流的不对称，其中发射极电阻器(图3A中的306和310)在值上基本上不同。此效应足够显著，使得晶体管314单独地不足以使在例如跨越6个量级的宽范围光电检测器电流水平上的性能线性化。
第二电流镜276提供用于扩展光电检测器242的总体线性监视范围的装置。这是通过以下来实现第一电流镜的镜支路与第二电流镜的主支路串联耦合以及不对称地阻性偏置第二电流镜的主和镜支路使其作为电流倍增器而工作，其倍增因子为第一电流镜的电流分路因子的倒数。该第二镜将非线性引入到电路的总体传递函数，其紧密地补偿第一镜的发射极电阻器变化不对称，因此基本上改善了电路总体线性。
本发明的该实施例中的第二电流镜包括配置为电流镜的背对背双极型晶体管对342和340。镜晶体管342限定了其中从节点284流动镜电流278的第二电流镜的镜支路。主晶体管340限定了其中流动主电流280的主支路的部分。主和镜晶体管的基极在节点344彼此耦合，并且耦合到主晶体管的集电极。图3A-B中所示的高侧实施例中，第二电流镜276的主和镜晶体管包括‘npn’型极性双极晶体管。第二电流镜的主和次支路通过不对称的电阻性元件326耦合到电汲入282。在所示实施例中，电阻器346和348分别将主和镜支路耦合到电汲入282。所述电阻被设置以使镜支路具有主支路上的电阻的分数部分的电阻，因此确保镜和主支路之间的高度不对称的电流，如一个量级或更多的差。在所示实施例中，镜支路上的电阻器348具有100Ω的值，而主支路上的电阻器346具有1000Ω的值。第二电流镜的主支路上的功率消耗是在节点284所施加的电压以及镜支路的电阻两者的函数。在本发明的APD实施例中，节点284处的电压电平被保持在DC功率供应电平的部分，如5伏对60伏，因此大大减少第二电流镜的镜支路上的电压差动并由此减少了镜电流278的水平以及镜支路上的功率消耗。
镜晶体管342的集电极在监视器节点284处耦合到电源。所述源在本发明的另一实施例中可包括分别的内部或外部监视器286和288。所述监视器提供固定电压供应到第二电流镜276的主支路，并监视与流经光信号检测器242的电流270线性成比例的结果电流278。
图3B示出了第一电流镜266中的高侧监视器的另一实施例，其中第二“pnp”型极性双极晶体管316与主支路上的主晶体管306串联耦合。双极晶体管316的发射极端子被耦合到主晶体管的集电极而集电极被耦合到光电检测器242。基极被耦合到镜晶体管314的集电极并耦合到发射极。
在图3A-B中所示的实施例中，耦合到主支路的电阻器302执行以下功能，即关于所接收光信号的强度相反地改变供应电压。因此随着光信号强度的增加，到主晶体管306的供应电压被减少，从而改善APD的性能。这种电阻器在其中使用PIN型光电检测器的本发明的实施例中不是必要的。
图4A-B是图2B中所示的监视器电路的另一实施例的详细电路图，其中监视器电路260耦合在接收器的低侧以监视由光电检测器242所测量的接收信号强度。所述监视器电路包括双电流镜266、276。图4A-B中所示的电流镜分别类似于图3A-B中所示的电流镜。但是第一电流镜在节点264将光电检测器耦合到电汲入。第二电流镜亦耦合到电汲入。第一电流镜266的晶体管是“npn”极性类型而第二电流镜的晶体管是“pnp”极性类型。监视器节点284对于第二电流镜的镜支路作为电汲入而工作。
图5A-B是与本发明的另一实施例相关联的内部和外部监视器的另一实施例的详细电路图。在图5A中数字监视器被示出。这可以在收发器的内部或者外部实施。监视器节点284耦合到运算放大器502的输入。运算放大器502将与主电流278成比例的放大输出提供到模数(AID)转换器504。微控制器506接受AID的数字信号输出，其中其可被用作诊断的部分。所述微控制器的输出可以在引脚290处获得，以便由网络管理者或者系统级诊断和或维护电路(未示出)来使用。在本发明的另一实施例中，模拟监视器被示出于图58中。主电流278通过转换到与监视器节点284处的电流成比例的电压而被监视。这是通过耦合跨接在电阻器520上的运算放大器522输入来完成的。电阻器520将监视器节点耦合到电源，如Vcc＝5伏。所述运算放大器输出与跨过电阻器520的电压降成比例，该电压降又与主电流278成比例。运算放大器的输出510被提供以便由网络管理者使用用于系统级诊断和/或维护。
图6A是示出本发明的光电检测器电流与被监视电流之间的顺从的曲线图。基准线602示出图3A中所示的用于本发明的双不对称电流镜实施例的镜电流278对光电检测器电流270的高度顺从。(参见图3A的参考278和270)。通过比较，基准线604示出对于单个不对称电流镜，即电流镜266而没有电流镜276，镜电流268和光电检测器电流270之间的顺从中可观的非线性。
图6B是一曲线图，其中基准线606示出图3A中所示的本发明的双不对称电流镜实施例的功率消耗。包括与其中所示的电流270、268/280、和278相关联的功率。通过比较，基准线608示出具有对称电阻的单个电流镜所需功率消耗中可观的增加，即电流镜266，不具有电流镜276而具有彼此等值的电阻器302-304。
如从图6A-B两者明显的，本发明的双不对称电流镜具有宽范围电流上的不寻常顺从以及最小的功率消耗两者。图3A-B和4A-B中所示的电流镜的不寻常性能允许改善对光收发器的光电检测器部分的监视以用于光网建立、诊断以及预防性维护。
前述的本发明优选实施例的描述得以表述，目的在于说明和描述。其并非想要穷尽，或者将本发明限制到所公开的精确形式。对于本领域的技术人员来说很多修改和变化将是明显的。意图是本发明的范围是由所附权利要求及其等价来限定的。
权利要求
1.一种用于监视光信号检测器的电路，包括第一电流镜，具有主电流支路和镜电流支路，并且所述主电流支路展示与所述镜电流支路所展示电阻的分数部分对应的电阻，并且其中所述第一电流镜的主电流支路串联耦合在所述光信号检测器以及电源和电汲入之一之间；以及第二电流镜，具有主电流支路和镜电流支路，并且其中所述第二电流镜的镜电流支路展示与所述第二电流镜的主电流支路所展示电阻的分数部分对应的电阻，并且其中所述第二电流镜的主电流支路与所述第一电流镜的镜电流支路串联耦合。
2.如权利要求1的电路，其中所述第二电流镜的主电流支路和镜电流支路在电阻上关于彼此展示不对称性，所述不对称性与所述第一电流镜的镜电流支路和主电流支路关于彼此的不对称性基本上相似。
3.如权利要求1的电路，进一步包括至少一个监视器部件，耦合到所述第二电流镜的镜电流支路以监视所述光信号检测器。
4.如权利要求1的电路，其中所述第一电流镜进一步包括第一电阻器对，单独地标识为主电阻器和镜电阻器，分别并联耦合所述第一电流镜的主和镜电流支路以及所述电源和电汲入之一，并且所述主电阻器展示与所述镜电阻器所展示电阻的分数部分对应的电阻。
5.如权利要求1的电路，其中所述第二电流镜进一步包括主电阻器，与所述第二电流镜的主支路串联耦合；以及镜电阻器，与所述第二电流镜的镜支路串联耦合，并且其中所述镜电阻器展示与所述主电阻器所展示电阻的分数部分对应的电阻。
6.如权利要求1的电路，其中所述第一和第二电流镜每个包括以镜配置而耦合的双极型晶体管对。
7.如权利要求1的电路，其中所述第一和第二电流镜每个分别包括双极晶体管对，以镜配置而耦合，并且其中包括所述第一电流镜的所述双极晶体管对的极性与包括所述第二电流镜的所述晶体管对的极性相反。
8.如权利要求1的电路，其中所述光信号检测器包括雪崩光电检测器(APD)以及正-本征-负(PIN)光电检测器的至少一个。
9.一种用于监视光信号检测器的电路，包括分流器电流镜，具有耦合到所述光信号检测器的主支路和镜支路，并且所述分流器电流镜被配置以产生与所述主支路电流的部分对应的镜支路电流；以及电流倍增器电流镜，具有耦合到所述分流器电流镜的镜支路的主支路和镜支路，并且所述电流倍增器电流镜被配置以产生与所述主支路电流的倍数对应的镜支路电流。
10.如权利要求9的电路，进一步包括第一电阻性元件，耦合到所述分流器电流镜以将镜支路电流限制到所述分流器电流镜中所述主支路电流的部分；以及第二电阻性元件，耦合到所述电流倍增器电流镜以将主支路电流限制到所述电流倍增器电流镜中所述镜支路电流的部分。
11.如权利要求9的电路，其中所述第一和第二电阻性元件的每个进一步包括电阻器对，并联耦合到所述分流器和电流倍增器电流镜的对应的一个的所述镜和主支路。
12.如权利要求9的电路，其中所述倍增器和分流器电流镜每个包括两对晶体管，其中每对的晶体管以镜配置彼此耦合，其中所述主和镜支路与每对晶体管中的对应晶体管相关联。
13.如权利要求9的电路，其中所述倍增器和分流器电流镜每个包括以镜配置而耦合的双极型晶体管对。
14.如权利要求13的电路，其中包括所述电流倍增器电流镜的所述晶体管对关于包括所述分流器电流镜的所述晶体管对展示相反的极性。
15.如权利要求9的电路，进一步包括至少一个监视器部件，耦合到所述电流倍增器电流镜的镜支路以监视所述分流器电流镜的主支路电流。
16.如权利要求9的电路，其中所述光信号检测器包括雪崩光电检测器(APD)以及正-本征-负(PIN)光电检测器的至少一个。
17.一种具有光信号产生器和光信号检测器的光收发器，包括分流器电流镜，具有耦合到所述光信号检测器的主支路和镜支路，并且所述分流器电流镜被配置以产生与所述主支路电流的部分对应的镜支路电流；以及电流倍增器电流镜，具有耦合到所述分流器电流镜的镜支路的主支路和镜支路，并且所述电流倍增器电流镜被配置以产生与所述主支路电流的倍数对应的镜支路电流。
18.一种用于监视光信号检测器中的电流的方法，包括产生对应于所述光信号检测器中的电流的部分的第一镜电流；产生对应于所述第一产生动作中所产生的第一镜电流的倍数的第二镜电流；以及经由所述第二产生动作中所产生的第二镜电流来监视所述光信号检测器中的电流。
19.如权利要求18的方法，其中所述第一和第二产生动作在所述光信号检测器中的电流和所述第二镜电流之间产生单位增益。
20.如权利要求18的方法，其中所述第二产生动作进一步包括使与所述第二产生动作相关联的电压差动最小化，从而使对应的功率消耗最小化。
全文摘要
在本发明的一实施例中，用于监视光信号检测器的电路包括分流器电流镜和电流倍增器电流镜。分流器电流镜具有镜支路和主支路。主支路被耦合到光信号检测器。分流器电流镜被配置以产生与主支路电流的部分对应的镜支路电流。电流倍增器电流镜具有耦合到分流器电流镜的镜支路的主支路和镜支路。电流倍增器电流镜被配置为产生与主支路电流的倍数对应的镜支路电流。在另一实施例中，所述电路包括第一和第二电流镜。第一电流镜具有主电流支路和镜电流支路，其中所述主电流支路展示与镜电流支路所展示的电阻的分数部分对应的电阻，并且所述第一电流镜的主电流支路串联耦合在光信号检测器以及电源和电汲入之一之间。第二电流镜具有主电流支路和镜电流支路，所述第二电流镜的镜电流支路展示与第二电流镜的主电流支路所展示的电阻的分数部分对应的电阻，并且所述第二电流镜的主电流支路与所述第一电流镜的镜电流支路串联耦合。
文档编号H01J40/14GK1784764SQ200480012587
公开日2006年6月7日 申请日期2004年5月10日 优先权日2003年5月9日
发明者达林·詹姆斯·杜马, 斯蒂芬·C·伯迪克 申请人:菲尼萨公司