专利名称：用于补偿光电检测器的方法及装置的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明的领域一般涉及光网络，更具体来说，涉及光接收机。
2.相关技术描述在通信系统中，越来越多地采用光束来传送信息。对通信带宽的需求已经使远程和短程通信中继线从铜线转换为光纤(数字)通信。光纤的宽谱特性以每秒数千兆位的极高数据速率支持宽带信号。
一般来说，光源、即发射机把数字或模拟电信号转换为调制光束，然后再通过光纤传递到光检测器、即接收机，光检测器则从所接收光束中提取电信号。光纤可与采用频分复用、时分复用或其它形式复用的不同通信信道共用。典型的光链路利用在光纤相对端的光纤与局域网(LAN)之间处理光电转换的收发信机单元扩展通信系统的范围。光收发信机通过远程跨洋电缆或城市区域中的短程链路来提供千兆位通信速率。
典型的发射机以固定功率电平工作。光链路的距离范围可从数米到百公里，从而在光接收机上交付宽范围的光信号电平。光接收机必须对于宽范围的所接收光信号电平准确且精确地起作用。光接收机通常包括正-本征-负(PIN)类型或雪崩光电二极管(APD)类型的光电检测器。两种类型具有不同的增益和信噪比特性，两者都随工作参数、如偏压和温度而变化。两种光电检测器都要求监测诸如所接收的光功率和温度等参数，以便确保所接收信号处于适当范围，从而确保在接收机对数据的正确解码。增益和信噪比特性的调节通常采用模拟电路来处理，以及采用数字电路来监测。
需要的是用于调节和监测光电检测器的新方式，它避免了先有技术方法的复杂度和费用。
发明内容
公开一种用于补偿可作为光接收机或换能器的组成部分的光电检测器的方法及装置。补偿使光电检测器的调节和监测可以采用普通数字控制器来执行。控制器接受包括所接收信号强度和温度的被监测工作参数的输入。控制器提供偏压控制信号作为输出，它调节光电检测器的正或负端偏压电源。控制器把光电检测器的偏压保持在优化光电检测器的增益和信噪比的电平，从而有助于在宽范围的信号强度和温度上对接收信号的解码。控制器包括相应的数字信号强度补偿器，它输出目标偏压；以及温度补偿器，它输出温度相关的电压偏移，对光电检测器温度的变化补偿偏压。加法器对信号强度和温度补偿器的输出求和，从而提供驱动偏压电源的偏压控制信号。数字信号强度补偿器还提供监测信号作为输出，其电平与补偿从偏压电平产生的光电检测器的可变增益之后由光电检测器所接收的实际光信号强度对应。
在本发明的备选实施例中，收发信机以及用于监测光电检测器的方法及装置也被公开并要求其权益。
附图概述从以下结合附图的详细描述中，本领域的技术人员将会更清楚本发明的这些及其它特征和优点，附图中
图1表示相互耦合以形成广域网(WAN)的多个光收发信机。
图2A是本发明的一个实施例的电路图，其中光收发信机的偏压补偿电路耦合在光检测器的高端。
图2B是本发明的一个实施例的电路图，其中光收发信机的偏压补偿电路耦合在光检测器的低端。
图3A-B是图2A所示的补偿电路的备选实施例的详细电路图。
图4A-B是图2B所示的补偿电路的备选实施例的详细电路图。
图5A是曲线图，表示光接收机中的光电检测器增益和灵敏度对偏压。
图5B是曲线图，表示在某一光电检测器工作温度范围中的偏压偏移对温度。
图5C是曲线图，表示光接收机中的光电检测器增益和灵敏度对单位为毫安的所接收信号强度。
图6是过程流程图，表示补偿电路响应变化的工作温度和所接收信号强度而执行的过程。
实施例的详细描述图1表示相互耦合以形成处理多个局域网(LAN)之间通信的光广域网(WAN)的多个光收发信机。LAN 112、132表示为在公司总部100中。LAN 162表示为在公司仓库150中。LAN 182表示为在公司工厂170中。所有LAN通过高速光干线网链接。光网络的光段的长度可从数米到数百公里不等。在每个公司位置，相应的LAN提供到连网工作站、服务器、加工机械等的电通信链路。为了处理LAN之间的高带宽通信，光收发信机卡110、130、160和180表示为分别耦合到LAN 112、132、162和182。这些光收发信机卡以光方式链接在一起，并组成处理LAN之间高速通信的光干线网的节点。
在所示实施例中，每个光收发信机卡包括一对双端口收发信机和路由器。每个收发信机卡构成光网络的一个节点。光网络链接这些LAN。收发信机卡耦合在具有环段190、192、194、196的双环拓扑中。每个收发信机表示为从双环的任一个接收和发送光调制信息。每个收发信机的接收端口和发送端口耦合到各环的相应段。信息可被认为在双环的一个环中顺时针传递，而在另一个环中逆时针传递。所有收发信机对接收数据执行光电转换，然后再由整体的路由器进行分析以确定其目的地。如果信息由路由器之一确定为要送往收发信机卡所耦合的LAN，则路由器将该信息从光网络中卸载到相应LAN。
光卡110包括两个收发信机118、120以及路由器114。路由器114通过LAN接口116与LAN112耦合。收发信机经由相应的发送和接收端口对耦合到形成双光环拓扑的相应网络段。光纤电缆126和124经由环段196分别处理线路卡110与180之间的信息的发送和接收。另一对光纤电缆(未示出)经由环段190处理线路卡110与130之间的信息的发送和接收。收发信机118-120的监测经由监测接口122进行。
光卡130包括两个收发信机138、140以及路由器134。路由器134通过LAN接口136与LAN 132耦合。收发信机经由相应的发送和接收端口对耦合到形成双光环拓扑的相应网络段。光纤电缆(未示出)经由环段192处理线路卡130与160之间的信息的发送和接收。收发信机138-140的监测经由监测接口142进行。线路卡160和180采用环段194彼此耦合。
每个收发信机的接收机部分的监测和调节采用普通数字控制器执行。控制器把接收机的光电检测器部分的偏压保持在优化光电检测器的增益和信噪比的电平，从而有助于在宽范围的信号强度和温度上对所接收信号的解码。数字信号强度补偿器还提供监测信号作为输出，其电平与接收机上的实际接收信号强度对应。接收机监测用于诊断或保护性维护目的，例如根据被监测参数确定更换组件的时间。组件老化或生存期阶段可根据被监测参数来确定，从而组件在出故障之前被更换。
图2A是本发明的一个实施例的电路图，其中光收发信机118(参见图1)具有发射机200、接收机220和补偿电路250。发射机200包括一个或多个差分信号输入206-208，用于来自相关LAN的高速数字数据输入；以及光电二极管202，它把采用高频数据调制的光束204传送到组成光网络段的相应光纤126。
接收机包括光电检测器232，它以光方式经由光纤124耦合到光网络，以便从其中接收光调制信息承载信号。在本发明的一个实施例中，光电检测器包括正-本征-负(PIN)或雪崩光电二极管(APD)。PIN以5伏偏压电平工作，而APD可工作在40-60伏。所接收光束的信号强度可在4-6数量级之间变化，如光束234和236所示。在图2A所示的本发明的实施例中，光电检测器的阴极耦合到作为光电检测器的电流吸收器工作的互阻抗放大器226的输入端。TIA具有性能的宽动态范围以及异常的线性度。典型的电信应用要求TIA对于范围从小于0.01μA一直到2.5mA的输入电流保持线性互阻抗特性。高频调制及放大的电数据从TIA中在阻抗匹配并经由AC耦合器214与接收机电路的其余部分AC耦合的差分信号线路上输出。在所示实施例中，AC耦合器包括高频耦合电容器220-222，它们与串联和并联耦合的电阻224、216、218共同组成阻抗匹配网络。AC耦合器的差分输出经过放大器212中的任何后置放大，以及光电转换后的信号由接收机在一个或多个信号线路238-240上输出给接收通路电路的其余部分、例如路由器114(参见图1)。
补偿电路250耦合在接收机的高端，以便调节和监测收发信机的接收机部分。补偿电路把光电检测器232的偏压保持在优化光电检测器的增益和信噪比的电平，从而有助于在宽范围的信号强度和温度上对所接收信号的解码。补偿电路还提供作为输出的监测信号290，其电平与接收机上的实际接收信号强度对应。补偿电路包括电流传感器276。
电流传感器的复杂度可从串联耦合电阻器变化到电流镜。电流传感器提供作为输出的与接收信号强度成比例的低频信号。在电阻器实施例中，这个低频信号与电阻两端的电压降对应。在电流镜实施例中，电流镜具有两个分支，又称作光电检测器分支和镜像分支，分别通过它们传递光电检测器电流“Ip”和镜像电流“Im”。镜像电流提供与接收信号强度成比例的低频信号。电流镜的两个分支在正端耦合到在所示实例中是可变DC电源270的电压源节点278。电流镜的控制分支经由线路280与光电检测器232的阳极耦合。在所示实例中，电源电压是在30-60伏之间可控制的，以及光电检测器为APD。在本发明的备选实施例中，可采用PIN类型的光电检测器，其中的电源电压电平相应减小到例如3-5伏。电流镜的镜像分支282提供镜像电流Im，其电平与光电检测器检测的所接收光信号电平对应。在所示实施例中，Im通过转换成与监测节点284处的电流成比例的电压来监测。这通过把监测节点以电阻方式耦合到电吸收器286来实现。把监测节点耦合到地的电阻器274用来执行这个功能。监测节点284耦合到运算放大器268的输入端。运算放大器268把与镜像电流成比例的放大输出提供给模数(A/D)转换器266。与镜像电流对应的数字化值由A/D提供给数字控制器252。数字控制器还接收作为输入的与光电检测器232的温度对应的数字值。温度传感器272检测光电检测器温度，并把相应信号提供给A/D转换器，A/D转换器又把相应数字化值提供给控制器252。
控制器可采用处理器、微控制器、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或者能够实现状态机的任何逻辑来实现。在本发明的一个实施例中，控制器包括电流补偿器254和温度补偿器256。
电流补偿器接收作为输入的与被监测光电检测器电流对应的数字化值。电流补偿器包括表格和/或公式260，用于把偏压目标电平Vtn与被监测电流电平Iin相关，包括将出现上下目标电平之间的偏压转变时的最大和最小被监测电流电平。表格/公式还把目标偏压与增益换算值相关，用于把传感器所感测的光电检测器电流电平换算到与光电检测器处的接收光信号强度对应。电流补偿器还包括存储器262，用于存储历史偏压目标电平。电流补偿器把与被监测电流电平对应的每个新数字输入转换为实际电流电平。这种转换通过从表格/公式260确定历史寄存器、又称作存储器262中的目标偏压以及用于那个目标偏压的增益换算值来确定。光电检测器上的实际接收光信号强度通过将增益换算值分为感测电流电平来确定。电流补偿器在线路290上输出与实际接收光信号强度对应的信号。
电流补偿器254还处理对不同接收电流电平的偏压目标的补偿。电流补偿器根据存储器262中的偏压目标历史记录以及节点284上的感测镜像电流电平来确定偏压目标的转换是否适当。电流补偿器在确定偏压目标电平时采用数字滞后，从而避免在高和低目标偏压之间的转变点附近的镜像电流电平处的偏压的不必要转换。滞后采用存储先前目标偏压电平的存储器262以及采用表明将出现上与下偏压目标电平之间转变的镜像电流电平的最大和最小值的表格/公式260来实现。一旦目标偏压电平由电流补偿器所确定，相应的值则由电流补偿器提供，作为对加法器258的输入。加法器的其它输入由温度补偿器256提供。
温度补偿器256接收作为输入的与被监测光电检测器温度对应的数字化值。温度补偿器包括表格或公式264，它把偏压偏移与被监测温度Tpd相关。当进行光电检测器的每个新确定时，相应的偏压偏移采用来自表格/公式264的参数来确定。对偏压的温度相关偏移通过将补偿系数k(伏特/摄氏度)乘以当前温度与校准接收机时的参考温度之差来确定。所得值由温度补偿器输出到加法器258的其余输入。加法器把来自电流补偿器的偏压与来自温度补偿器的偏压偏移相加。所得之和与所需偏压电平对应。与所需偏压电平对应的来自加法器的信号作为输入提供给可变DC电源270。可变DC电源的输出向光电检测器232提供相应的偏压。
图2B是本发明的一个实施例的电路图，其中的光收发信机的补偿电路250耦合在光接收机210的低端，以便监测所接收信号强度。接收机包括光电检测器232，以光方式经由光纤124耦合到光网络，以便从其中接收光调制信息承载信号。在本发明的一个实施例中，光电检测器包括正-本征-负(PIN)或雪崩光电二极管(APD)。所接收光束的信号强度可在4-6数量级之间变化，如光束234和236所示。在图2B所示的本发明的实施例中，光电检测器的阳极耦合到作为光电检测器的电流源工作的互阻抗放大器226的输入端。TIA在范围从小于0.01μA直到2.5mA的电流上具有宽动态范围以及异常的线性度性能。TIA的Vsource输入端230耦合到作为补偿电路的组成部分的可变DC电源270。TIA的Vsink输入端228耦合到电平小于电源电平的电压吸收器。TIA把电流提供给其输入所耦合到的光电检测器的阳极。高频调制及放大的电数据在差分信号线路上从TIA输出到AC耦合器214。AC耦合器的输出在后置放大器212中经过放大。后置放大器的输出耦合到一个或多个高频数据输出238-240。
补偿电路250耦合在接收机的低端，以便监测光电检测器232所测量的接收信号强度。补偿电路包括电流传感器276。电流传感器可由各种部件来实现，包括串联电阻器和电流镜。在电流镜实现中，电流镜具有两个分支，又称作光电检测器分支和镜像分支，分别通过它们传递光电检测器电流“Ip”和镜像电流“Im”。电流镜的两个分支在负端耦合到节点278上、在所示实例中是模拟地的电压吸收器。电流镜的控制分支经由线路280与光电检测器232的阴极耦合。电流镜的镜像分支282在线路282上提供镜像电流Im。镜像电流的电平与光电检测器所检测的接收光信号电平对应。在所示实施例中，Im通过转换成与监测节点284处的电流成比例的电压来监测。这通过把监测节点耦合到电源、如Vcc＝5伏的电阻器274来实现。监测节点284耦合到运算放大器268的输入端。运算放大器把与镜像电流成比例的放大输出提供给模数(A/D)转换器266，它向控制器262提供相应的数字输出。温度传感器272经由A/D转换器向控制器提供另一个输入。控制器262接收与被监测温度和镜像电流电平对应的数字信号输入，并在电流和温度补偿器中执行上述偏压调节和监测功能。分别来自电流和温度补偿器254、256的合计输出用来驱动可变DC电源270。实际电流电平由电流补偿器在信号线路290上输出。
图3A-B是图2A所示的补偿电路、明确地说是其电流镜276的部分的备选实施例的详细电路图。电流镜包括配置为电流镜的一对背对背双极型晶体管302和304。感测晶体管302定义电流镜的光电检测器(Pd)分支330，在其中流过光电检测器电流Ip参考320。镜像晶体管304定义监测分支332，在其中流过镜像电流Im参考322。感测和镜像晶体管的基极彼此耦合，并耦合到镜像晶体管的集电极。在图3A-B所示的高端实施例中，感测和镜像晶体管包括‘pnp’型双极晶体管。
晶体管302-304对单独组成的电流镜的性能是不合需要的，因为这些晶体管的组合所产生的镜像电流Im为了实际目的而限制到5个数量级的上限。即使在那个范围内，感测和镜像晶体管单独组成的电流镜是极其非线性的。Ip和Im在该范围上的绝对大小不同，例如超过75％的差异；以及在该范围上的相对大小的线性不同，例如10％变化。
双极晶体管的Ebers-Moll模型提供对非线性源的了解及量化，并在下列公式1中阐明公式1Ic=Io(ecVbekT-1)]]>其中Ic是集电极电流，Vbe是基极-发射极电压降，Io是从发射极到基极的反向漏电流，c是电荷的基本单位，k是波尔兹曼常数，以及T是绝对温度(单位为开尔文)。通过典型的掺杂级，由纯半导体的“本征”行为产生的漏电流极小，以及第二项-Io可忽略，给出Ic对Vbe的简单指数相关性。
在电流镜中必须考虑的对于Ebers-Moll的扩充是厄列效应。厄列效应描述随集电极-发射极电压的变化出现的双极晶体管的基极-发射极电压的成比例变化。镜像电流与光电检测器电流之间的非线性因厄列效应而由两个晶体管的集电极-发射极压降的差异与两个晶体管的基极-发射极电压的伴随差异所产生。
集电极-发射极电压差在APD中可以为40伏，而在PIN实现中可以为4伏。感测晶体管通常受到0.7伏的压降，而镜像晶体管则受到实质上等于全电源电压的压降。感测和镜像晶体管中的集电极电流对两个晶体管之间的基极-发射极电压的差异极敏感。感测和镜像晶体管之间的基极-发射极压降中的不同产生镜像电流与光电检测器电流之间的实质且非线性的差异。
为了减小晶体管302、304对的每个之间的集电极-发射极压降中的差异，非线性隔离元件被引入镜像分支，其中一个端子耦合到镜像晶体管304的集电极，以及另一个端子耦合到镜像节点284。适当的非线性隔离元件包括史密特或齐纳二极管、场效应晶体管和双极晶体管。这些非线性隔离元件的每个随镜像电流的变化电平而在至少两个端子之间呈现非线性压降。至少两个端子之间的压降实质上与镜像电流无关。通过减小感测和镜像晶体管之间的集电极-发射极电压差并因而减小基极-发射极电压差，这种特性改善镜像电流与光电检测器电流之间的一致性。因此，实质上减小了因厄列效应而产生的性能的不同。
一致性被定义为Ip/Im之商。在图3A所示的实施例中，非线性隔离元件是双极晶体管306，其中的发射极端子耦合到镜像晶体管的集电极，以及集电极耦合到监测节点284。基极经由信号线路312耦合到感测晶体管302的集电极。APD实现中的这种电流镜的一致性如图5的线条520所示。
图3B表示高端电流镜276的一个备选实施例，其中，另一个非线性隔离元件被添加到感测晶体管302与光电检测器242之间的光电检测器分支。适当的非线性隔离元件包括史密特或齐纳二极管和双极晶体管。在图3B所示的实施例中，非线性隔离元件是双极晶体管308，其中的发射极端子耦合到感测晶体管的集电极，以及集电极耦合到光电检测器242。基极耦合到感测晶体管302的集电极。APD实现中的这种电流镜的一致性如图5的线条530所示。
在图3A-B所示的实施例中，感测和镜像晶体管的发射极经由电阻器300耦合到电压源278。这个电阻器适合于其中的光电检测器包括APD型的本发明的实施例。电阻器300提供相对所接收光信号的强度反向改变电源电压的功能。因此，电流镜的电源电压随着光信号强度的增加而减小，从而提高APD的性能。这种电阻器在其中采用PIN类型光电检测器的本发明的一个实施例中是不需要的。
图4A-B是图2B所示的补偿电路的备选实施例的详细电路图，其中，补偿电路260耦合在接收机的低端，以便监测光电检测器242所测量的所接收信号强度。补偿电路包括电流镜276。图4A-B所示的电流镜分别与图3A-B所示的相似，只不过晶体管为‘npn’双极型，其中的感测和镜像晶体管的发射极耦合到电压吸收器，以及监测节点284通过电阻器274耦合到电压源。
图5A是曲线图，表示对于具有高端光电检测器偏压电路的典型APD类型光电检测器，光接收机中的光电检测器增益500和灵敏度502对偏压。各种曲线上的实际值仅作为实例给出。将对于低端光电检测器偏压电路产生具有不同电压值的类似增益和灵敏度曲线。
APD的增益曲线500在30至55伏的偏压范围上从M＝2.5的倍数到M＝6.0的倍数产生。增益换算值把APD上的所接收光信号电平234-236与在它被传送给控制器的电平上由电流传感器所感测的光电检测器电流电平相关。增益换算值可大于或小于1。灵敏度曲线502表示APD呈现可接受信噪比时的光信号电平。APD的灵敏度在两个不同区域504-506上呈现较平坦轮廓。在这些区域的第一个、即低灵敏度区域504中，APD对于在36伏到46伏上的穿通之间的偏压呈现-12dBm的光电响应。在这些区域的第二个、即高灵敏度区域506中，APD对于在48伏与51伏上的击穿之间的偏压呈现-18dBm的光电响应。在较高或较低灵敏度区域中，增益的任何增加均通过减小信噪比来偏移。在较高和较低灵敏度区域之间、例如46-48伏偏置电平之间，灵敏度随着光电检测器增益增加而提高，使光电检测器的信噪比的任何减小变得不重要。在高输入信号电平处，APD偏压需要降低到更低的偏压电平VtLower(例如46伏)，以便减小APD的灵敏度并避免TIA的饱和。在低输入信号电平，APD偏压需要提升到更高的偏压电平VtUpper(例如48伏)，以便增加APD的灵敏度并提高信噪比，从而允许在接收机对数据的正确解码。例如46伏的低灵敏度区域的高端以及例如48伏的高灵敏度区域的低端上的目标偏压电平的选择允许整个接收机的工作范围扩展到五个数量级。高和低目标电压范围可根据经验计算或者通过对典型光电检测器的实际测量来确定。
图5B是具有曲线510的曲线图，表示对于某一光电检测器工作温度范围的偏压偏移对温度。作为一阶近似计算，温度和APD偏置电平通常是反向线性相关的。当APD的温度增加时，偏压必须增加以保持相同的增益特征。表示了每摄氏度0.05伏的电压偏移。偏移相对参考温度Tref来确定，参考温度Tref是对于光电检测器确定实际与被监测电流电平之间的相关性时所取的相同温度。
图5C是具有曲线520的曲线图，表示光接收机中的光电检测器增益和灵敏度对单位为毫安的所接收信号强度。在从0.0001ma至0.2ma的被监测电流电平上，正端偏置APD的偏压522为VtUpper(例如48伏)。在从0.3ma至10ma的被监测电流电平上，正端偏置APD的偏压528为VtLower(例如46伏)。在0.2ma-0.3ma之间，偏压电平将根据偏压历史记录来确定。偏压的数字历史记录用于以数字方式把滞后提供给高和低目标偏压区域之间的转变。滞后分别采用目标偏压曲线520的正和负进行中的转变部分524-526以图形方式表示。
图6是过程流程图，表示补偿电路响应变化的工作温度和所接收信号强度而执行的过程。在初始化600之后，控制转到过程602，在其中，把偏压目标电平Vtn与被监测电流电平Iin相关的表格和/或函数以及增益换算值被加载到电流相关器中(参见图2A-B参考260)。这些表格/函数包括将出现高和低目标之间转变时的最大和最小被监测电流电平。随后，在过程604，把偏压偏移与被监测温度Tpd相关的表格和/或函数被加载到温度相关器中(参见图2A-B参考264)。然后，在过程606-608，偏压和偏压历史寄存器分别设置为低偏压目标VtLower。然后控制转到过程610。
下一组过程610-616确定实际接收光信号电平234-236。在过程610-612，被监测电流电平Iin以及当前偏压目标电平分别被确定。然后在过程614，偏压目标与表/函数260(参见图2A-B)中的值相关，以便确定电流增益换算值。随后在过程616，实际所接收光信号强度通过把传递到电流补偿器254的感测光电检测器电流电平除以相关表格/函数260中的增益换算值来确定。在信号线路290上输出商。(参见图2A-B)下一组过程618-628处理对不同的接收电流电平的偏压目标的补偿。根据存储器262中的偏压目标历史记录以及来自电流传感器276(参见图2A-B)的被监测电流电平，对于偏压目标的转换是否适当进行确定。在判定过程618，对于先前的偏压设定是处于高还是低电平进行确定。如果先前偏压设定处于低电平，则控制转到判定过程624。如果先前偏压设定处于高电平，则控制转到判定过程620。
对于低偏压电平，在判定过程624对于被监测电流电平是否超过过程602中所存储的最小值进行确定。如果是这样，则在过程622，目标偏压保持在低电平，之后在过程628执行对偏压历史记录的更新。或者，在判定过程624，如果被监测电流小于最小值，则控制转到过程626，在其中，偏压目标被重置为高电压电平，从而提高接收机的灵敏度。随后在过程628更新偏压历史记录。
对于高偏压电平，在判定过程620对于被监测电流电平是否超过过程602中所存储的最大值进行确定。如果是这样，则在过程622，目标偏压被重置为低电平，从而降低装置的灵敏度。随后在过程628更新偏压历史记录。或者，在判定过程620，如果被监测电流小于最大值，则控制转到过程626，在其中，偏压目标保持为高电压电平，随后在过程628中更新偏压历史记录。
过程618-628的作用是，当光电检测器电流电平超过最大光电检测器电流电平时，把电流补偿器的输出从高目标偏压转换到低目标偏压，以及当光电检测器电流电平下降到低于最小电流电平时，从低目标偏压转换到高目标偏压，从而在光电检测器电流电平与目标偏压电平之间呈现滞后。
下一组过程632-636处理对不同的温度等级的偏压目标的补偿。在过程632中，确定光电检测器的温度。然后在过程634，采用在过程604上传的参数对被监测温度确定所需的偏压偏移。对偏压的温度相关偏移、例如+/-#伏通过把补偿系数k(伏特/摄氏度)乘以当前温度与校准接收机的参考温度之差来确定。所得值在过程636用来调整在过程618-628中确定的偏压目标电平。然后，控制经由拼接框638返回到过程610，用于下一轮电流和温度补偿。
提供本发明的优选实施例的以上描述用于说明和描述。不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明限制于所公开的确切形式。显然，许多修改和变更是本领域的技术人员非常清楚的。本发明的范围意在由以下权利要求及其等效物来定义。
权利要求
1.一种用于补偿光电检测器的装置，所述装置包括传感器，配置成耦合到所述光电检测器以提供其相应温度和电流电平；控制器，耦合到所述传感器，用于把来自所述传感器的光电检测器温度和电流电平与目标偏压以及对所述目标偏压的温度相关偏移相关；以及可变电源，耦合在所述控制器与所述光电检测器之间，对于与所述目标偏压及其温度相关偏移对应的来自所述控制器的输入作出响应，并向所述光电检测器提供相应的偏压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括温度补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器温度与相应的温度相关偏压偏移相关，所述温度相关偏压偏移针对所述传感器所感测的所述光电检测器温度的变化来补偿所述偏压。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括电流补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器电流电平与相应的目标偏压相关。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括温度补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器温度与相应的温度相关偏压偏移相关，所述温度相关偏压偏移针对所述传感器所感测的所述光电检测器温度的变化来补偿所述偏压；电流补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器电流电平与相应的目标偏压相关；以及加法器，其输出端耦合到所述可变电压电源，其输入端耦合到所述温度和电流补偿器，以及所述加法器把所述偏压偏移与所述目标偏压相加，并在所述输出端提供与所述偏压对应的和。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括存储器，用于至少存储先前的目标偏压；表格/函数，把高目标偏压与最大光电检测器电流电平相关，以及把低目标偏压与最小光电检测器电流电平相关；以及电流补偿器，耦合到所述存储器和所述表格/函数，以及所述电流补偿器在所述存储器中存储与至少所述先前的目标偏压对应的值，并根据所述存储器中存储的所述值以及所述传感器所感测的所述光电检测器电流电平在所述高和低目标偏压电平之间转换下一个目标偏压，从而在目标偏置电平之间的转换中实现滞后。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括存储器，用于至少存储先前的目标偏压；表格/函数，把目标偏压与关联的增益换算值相关，用于把所述传感器所感测的光电检测器电流电平换算到与所述光电检测器上的接收光信号强度对应；以及电流补偿器，耦合到所述存储器和所述表格/函数，以及所述电流补偿器在所述存储器中存储与至少所述先前的目标偏压对应的值，并通过把存储器中存储的所述值与所述表格/函数中的相应增益换算值相关以及确定作为所述传感器所感测的所述光电检测器电流电平除以所述相应增益换算值之商的所述接收光信号强度，来确定所述光电检测器的实际电流电平。
7.一种光收发信机，包括发射机，用于把电输入转换为光输出；以及接收机，包括-光电检测器，用于把光输入转换为模拟电输出；-传感器，耦合到所述光电检测器以提供其相应温度和电流电平；-控制器，耦合到所述传感器，用于把来自所述传感器的光电检测器温度和电流电平与目标偏压以及对所述目标偏压的温度相关偏移相关；以及-可变电源，耦合在所述控制器与所述光电检测器之间，对于与所述目标偏压及其温度相关偏移对应的来自所述控制器的输入作出响应，并向所述光电检测器提供相应的偏压。
8.如权利要求7所述的光收发信机，其特征在于，所述控制器还包括温度补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器温度与相应的温度相关偏压偏移相关，所述温度相关偏压偏移针对所述传感器所感测的所述光电检测器温度的变化来补偿所述偏压。
9.如权利要求7所述的光收发信机，其特征在于，所述控制器还包括电流补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器电流电平与相应的目标偏压相关。
10.如权利要求7所述的光收发信机，其特征在于，所述控制器还包括温度补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器温度与相应的温度相关偏压偏移相关，所述温度相关偏压偏移针对所述传感器所感测的所述光电检测器温度的变化来补偿所述偏压。电流补偿器，耦合到所述传感器，把来自所述传感器的所述光电检测器电流电平与相应的目标偏压相关；以及加法器，其输出端耦合到所述可变电压电源，其输入端耦合到所述温度和电流补偿器，以及所述加法器把所述偏压偏移与所述目标偏压相加，并在所述输出端提供与所述偏压对应的和。
11.如权利要求7所述的光收发信机，其特征在于，所述控制器还和括存储器，用于至少存储先前的目标偏压；表格/函数，把高目标偏压与最大光电检测器电流电平相关，以及把低目标偏压与最小光电检测器电流电平相关；以及电流补偿器，耦合到所述存储器和所述表格/函数，以及所述电流补偿器在所述存储器中存储与至少所述先前的目标偏压对应的值，并根据所述存储器中存储的所述值以及所述传感器所感测的所述光电检测器电流电平在所述高和低目标偏压电平之间转换下一个目标偏压，从而在目标偏置电平之间的转换中实现滞后。
12.如权利要求7所述的光收发信机，其特征在于，所述控制器还包括存储器，用于至少存储先前的目标偏压；表格/函数，把目标偏压与关联的增益换算值相关，用于把所述传感器所感测的光电检测器电流电平换算到与所述光电检测器上的接收光信号强度对应；以及电流补偿器，耦合到所述存储器和所述表格/函数，以及所述电流补偿器在所述存储器中存储与至少所述先前的目标偏压对应的值，并通过把存储器中存储的所述值与所述表格/函数中的相应增益换算值相关以及确定作为所述传感器所感测的所述光电检测器电流电平除以所述相应增益换算值之商的所述接收光信号强度，来确定所述光电检测器的实际电流电平。
13.如权利要求7所述的光收发信机，其特征在于，所述光电检测器还包括以下各项中的至少一项雪崩光电二极管(APD)光电检测器和正-本征-负(PIN)光电检测器。
14.一种用于补偿光电检测器的方法，包括感测所述光电检测器的温度和电流电平；把在所述感测操作中感测的光电检测器温度和电流电平与目标偏压以及对所述目标偏压的温度相关偏移相关；以及响应所述相关操作，改变给所述光电检测器的偏压电平。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述相关操作还包括把在所述感测操作中感测的所述光电检测器温度与相应的温度相关偏压偏移相关，所述温度相关偏压偏移针对所述光电检测器温度的变化来补偿所述偏压；把在所述感测操作中感测的所述光电检测器电流电平与相应的目标偏压相关；以及把所述偏压偏移与所述目标偏压相加，并向所述改变操作提供相应的和。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述相关操作还包括至少存储先前的目标偏压；把高目标偏压与最大光电检测器电流电平相关，以及把低目标偏压与最小光电检测器电流电平相关；以及根据在所述存储操作中存储的所述先前目标偏压以及在所述感测操作中感测的所述光电检测器电流电平在所述高和低目标偏压电平之间转换下一个目标偏压，从而在目标偏置电平之间的转换中实现滞后。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述相关操作还包括至少存储先前的目标偏压；把目标偏压与关联的增益换算值相关，用于把所述感测操作中所感测的光电检测器电流电平换算到与所述光电检测器上的接收光信号强度对应；以及确定作为在所述感测操作中所感测的所述光电检测器电流电平除以来自所述第二相关操作的相应增益换算值之商的所述接收光信号强度。
18.一种用于补偿光电检测器的装置，包括用于感测所述光电检测器的温度和电流电平的装置；用于把感测装置所感测的光电检测器温度和电流电平与目标偏压以及对所述目标偏压的温度相关偏移相关的装置；以及用于响应相关装置而改变给所述光电检测器的偏压电平的装置。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述用于相关的装置还包括用于把所述感测装置所感测的所述光电检测器温度与相应的温度相关偏压偏移相关的装置，所述温度相关偏压偏移针对所述光电检测器温度的变化来补偿所述偏压；用于把所述感测装置所感测的所述光电检测器电流电平与相应的目标偏压相关的装置；以及用于把所述偏压偏移与所述目标偏压相加并向所述改变装置提供相应的和的装置。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述用于相关操作的装置还包括用于至少存储先前的目标偏压的装置；用于把高目标偏压与最大光电检测器电流电平相关以及把低目标偏压与最小光电检测器电流电平相关的装置；以及用于根据所述存储装置所存储的所述先前的目标偏压以及所述感测装置所感测的所述光电检测器电流电平、在所述高和低目标偏压电平之间转换下一个目标偏压、从而在目标偏置电平之间的转换中实现滞后的装置。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述用于相关的装置还包括用于至少存储先前的目标偏压的装置；用于把目标偏压与关联的增益换算值相关、以便把所述感测装置所感测的光电检测器电流电平换算到与所述光电检测器上的接收光信号强度对应的装置；以及用于确定作为所述感测装置所感测的所述光电检测器电流电平除以来自所述第二相关操作的所述相应增益换算值之商的所述接收光信号强度的装置。
全文摘要
补偿光电检测器的方法及装置使光电检测器的调节及监测可以采用普通数字控制器来执行。控制器接收包括所接收信号强度和温度的被监测工作参数的输入。控制器提供偏压控制信号作为输出，它调节光电检测器的正或负端偏压电源。控制器把光电检测器的偏压保持在优化光电检测器的增益和信噪比的电平，从而有助于在大范围的信号强度和温度上对所接收信号的解码。控制器包括相应数字信号强度和温度补偿器，其输出采用加法器相加以提供偏置控制信号。数字信号强度补偿器还提供监测信号作为输出，其电平与补偿从偏压电平产生的光电检测器的可变增益之后由光电检测器接收的实际信号强度对应。还公开了收发信机以及监测光电检测器的方法及装置。
文档编号C08L23/04GK1717446SQ200380104575
公开日2006年1月4日 申请日期2003年10月3日 优先权日2002年10月4日
发明者D·J·都马, J·W·斯特瓦特, R·霍梅斯特, A·W·何, S·W·霍斯金 申请人:菲尼萨公司