專利名稱：用于光網(wǎng)絡(luò)的比特速率檢測(cè)電路和算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于光網(wǎng)絡(luò)的比特速率檢測(cè)電路，具體地，本發(fā)明涉及用于自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)比特速率的方法和比特速率檢測(cè)電路，以便增強(qiáng)端到端的透明性和抑制光網(wǎng)絡(luò)中的抖動(dòng)。
在波分復(fù)用(WDM)和鉺摻雜光纖放大器(EDFA)的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，隨著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)中不同的模塊，抖動(dòng)在系統(tǒng)中累積，以及這樣的抖動(dòng)累積會(huì)影響WDM系統(tǒng)的端到端透明性。隨著抖動(dòng)在系統(tǒng)中累積，系統(tǒng)的誤碼率也增加，典型的數(shù)字系統(tǒng)只能容忍10-12的誤碼率。為了抑制在光網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的抖動(dòng)，光網(wǎng)絡(luò)典型地采用時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路來(lái)提取和重新產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)以及通過(guò)使用提取的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)重新定時(shí)數(shù)據(jù)。
圖1顯示光網(wǎng)絡(luò)中用于接收發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)10。接收機(jī)10包括光電二極管11，低噪聲放大器12，限幅放大器13和CDR電路15。光電二極管11接收從光纖發(fā)出的光輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，和把輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中的光能量變換成低電平電流，后者可被使用來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)。低噪聲放大器12接收來(lái)自光電二極管11的低電平信號(hào)電流，以及放大該信號(hào)以使得附加的處理將不會(huì)很大地施加到信號(hào)中的噪聲上。低噪聲放大器12把低電平信號(hào)電流變換成電壓信號(hào)，用于以后的處理。圖2a所示的互阻抗放大器20可被用作為低噪聲放大器12。此外，低噪聲放大器12降低由光電二極管11輸出的信號(hào)的帶寬?；旧?，除了低噪聲放大器12具有比典型的低通濾波器高得多的截止頻率，例如2.8GHz以外，低噪聲放大器12起到類似于低通濾波器的作用。
限幅放大器13接收低噪聲放大器12的輸出，以及用來(lái)隔離接收機(jī)10使其免除處理信號(hào)強(qiáng)度的偏差和改變。限幅放大器13也執(zhí)行噪聲整形。限幅放大器13包含限幅器或自動(dòng)增益控制電路來(lái)提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)電平給CDR15，而不管低噪聲放大器12的輸出功率。如果輸入電壓電平大于某個(gè)門限值Vth，則限幅放大器13輸出恒定電平輸出電壓Vconst，如圖2b所示。因此，即使輸入信號(hào)具有低的幅度和功率，限幅放大器13也將輸入信號(hào)變成適當(dāng)?shù)姆群凸β孰娖健?br>
CDR15從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)恢復(fù)定時(shí)信息，以及以適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)或時(shí)刻采樣來(lái)自限幅放大器13的輸入數(shù)據(jù)流。圖2c顯示可被使用于CDR15的典型的CDR30的方框圖。CDR30使用鎖相環(huán)(PLL)31來(lái)從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中恢復(fù)時(shí)鐘。CDR30包括邊沿檢測(cè)器35，鎖相環(huán)(PLL)31，和可以是D觸發(fā)器的判決電路36。PLL31包括鑒相器32，環(huán)路濾波器33和壓控振蕩器(VCO)34。PLL31的輸出被輸入到判決電路36。在CDR30中，邊沿檢測(cè)器35首先接收輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，然后來(lái)自邊沿檢測(cè)器35的輸入數(shù)據(jù)導(dǎo)出的信號(hào)被輸入到鑒相器32，后者用作為混頻器，把邊沿檢測(cè)的輸入信號(hào)外差到基帶。鑒相器32接收來(lái)自邊沿檢測(cè)器35的輸入數(shù)據(jù)導(dǎo)出的信號(hào)和由VCO34輸出的時(shí)鐘信號(hào)，以及產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓正比于來(lái)自邊沿檢測(cè)器35的輸入數(shù)據(jù)導(dǎo)出的信號(hào)與來(lái)自VCO34的時(shí)鐘信號(hào)之間的相位差。鑒相器32的輸出被輸入到環(huán)路濾波器33，以及環(huán)路濾波器33輸出控制信號(hào)，控制VCO34的時(shí)鐘。以上處理過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直至相位差變成為零為止(即，直至輸入數(shù)據(jù)信號(hào)與VCO34的時(shí)鐘信號(hào)之間的頻率或相位差接近或等于零為止)。
換句話說(shuō)，PLL31通過(guò)使用鑒相器32產(chǎn)生相位誤差信號(hào)而基本上跟蹤邊沿檢測(cè)信號(hào)的相位，用環(huán)路濾波器33濾波相位誤差信號(hào)和通過(guò)使用濾波的信號(hào)調(diào)節(jié)VCO34的頻率，這樣VCO34的頻率就同步到輸入數(shù)據(jù)速率(即，輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率或頻率)。VCO34的輸出，即輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的再生的時(shí)鐘信號(hào)，被輸入到可以是D觸發(fā)器的判決電路36，以使得輸入數(shù)據(jù)以正確的速率被采樣。換句話說(shuō)，假定判決電路36是D觸發(fā)器，VCO34的輸出被輸入到D觸發(fā)器的CK(時(shí)鐘)輸入端，以使得被D觸發(fā)器接收的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)被重新定時(shí)或以正確的頻率被采樣。
雖然如果輸入數(shù)據(jù)速率被固定在某個(gè)頻率，諸如155Mbps或1.25Gbps，現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)10可正確地工作，但如果輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率(即，輸入數(shù)據(jù)速率)在很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)，則現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)10將會(huì)在處理輸入數(shù)據(jù)信號(hào)上存在問(wèn)題，因?yàn)閂CO34的頻率需要被設(shè)置一個(gè)在近似匹配于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的速率上。例如，如果輸入數(shù)據(jù)速率是2.5Gbps和VCO的頻率被設(shè)置為155MHz，則接收機(jī)10將不能處理輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，因?yàn)镻LL31由于VCO的頻率完全與輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率失配而將不能鎖定到輸入信號(hào)。具有155MHz的時(shí)鐘頻率的VCO將不能產(chǎn)生2.5GHz頻率的時(shí)鐘信號(hào)。然而，在今天的通信系統(tǒng)中，信號(hào)數(shù)據(jù)速率在從125Mbps到10Gbps的很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)。因此，如果現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)10被使用來(lái)接收機(jī)具有很寬地變動(dòng)的頻率速率的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，則VCO34的頻率需要每次手工改變，以便在輸入信號(hào)的頻率改變很大時(shí)近似匹配于輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率，而且，VCO頻率的這樣的重新設(shè)置會(huì)是很麻煩的處理過(guò)程，它可能妨礙接收機(jī)10的平滑運(yùn)行。
所以，需要一種接收機(jī)，能自動(dòng)檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率，相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率的改變而自動(dòng)調(diào)節(jié)VCO的頻率，以及在抑制抖動(dòng)的同時(shí)保持輸入數(shù)據(jù)的透明性。
本發(fā)明的目的是給光網(wǎng)絡(luò)中的接收機(jī)配備以用于自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)數(shù)據(jù)比特速率的比特速率檢測(cè)電路，以便自動(dòng)調(diào)節(jié)接收機(jī)中的壓控振蕩器的頻率，它在實(shí)際用途上消除了上述的限制。
按照本發(fā)明的實(shí)施例的接收機(jī)具有數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路，可以自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率和按照輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率自動(dòng)調(diào)節(jié)接收機(jī)中的VCO的頻率。
接收機(jī)首先通過(guò)光電二極管接收輸入信號(hào)。光電二極管輸出相應(yīng)于輸入信號(hào)的低電平電流，以及低噪聲放大器把低電平電流變換成電壓信號(hào)，用于以后的處理。限幅放大器接收低噪聲放大器的輸出，以及用來(lái)隔離接收機(jī)10使其免除處理信號(hào)強(qiáng)度的偏差和改變。如果輸入電壓大于某個(gè)門限值的話，限幅放大器就輸出恒定電平電壓。
數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路接收限幅放大器的輸出，以便確定輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。低通濾波器首先濾除來(lái)自輸入信號(hào)的高頻分量，包括在高頻中存在的白噪聲和熱噪聲。AC(交流)功率計(jì)把來(lái)自低通濾波器的輸出變換成DC電壓值，該電壓值相對(duì)于輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率變化。對(duì)數(shù)放大器接收DC(直流)電壓值，以及把DC電壓值變換成另一個(gè)DC電壓值，以使得新的DC電壓值相對(duì)于輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的變化是線性的。因此，具有不同數(shù)據(jù)速率的信號(hào)產(chǎn)生不同的輸出DC電壓?？刂破鹘邮諄?lái)自對(duì)數(shù)放大器的輸出DC電壓，以及根據(jù)DC電壓值確定輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。因?yàn)橛蓪?duì)數(shù)放大器輸出的DC電壓值隨輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率而變化，所以控制器能夠精確地確定數(shù)據(jù)速率。在確定數(shù)據(jù)速率后，控制器改變VCO的頻率使之與輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率相匹配，這樣，接收機(jī)中的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路能夠正確地處理輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。
通過(guò)結(jié)合附圖從以下的詳細(xì)說(shuō)明將明白本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖通過(guò)例子顯示本發(fā)明的實(shí)施例的各種特性。
當(dāng)結(jié)合附圖參考以下的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)可以更了解本發(fā)明的以上的和其它的目的、特怔和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)光網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)的方框圖。
圖2a是互阻抗放大器的電路圖。
圖2b顯示限幅放大器的輸出信號(hào)。
圖2c是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的方框圖。
圖3是按照本發(fā)明的實(shí)施例的光網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)的方框圖。
圖4顯示由限幅放大器產(chǎn)生的NRZ信號(hào)。
圖4a顯示NRZ信號(hào)的功率譜密度。
圖5a顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的、低通濾波器的歸一化功率譜密度和限幅放大器的輸出信號(hào)。
圖5b顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的、低通濾波器的輸出信號(hào)的功率譜密度。
圖5c顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的、低通濾波器的歸一化功率譜密度和限幅放大器的輸出信號(hào)。
圖5d顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的、低通濾波器的輸出信號(hào)的功率譜密度。
圖6顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的AC功率計(jì)的輸出。
圖7顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的對(duì)數(shù)放大器的示意圖。
圖8顯示對(duì)數(shù)放大器的輸出。
圖3顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的、光網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)100的結(jié)構(gòu)。接收機(jī)100包括光電二極管110，低噪聲放大器120，限幅放大器130，數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200和CDR180。數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200包括低通濾波器140，AC功率計(jì)150，對(duì)數(shù)放大器160，和控制電路170。
光電二極管110接收從光纖發(fā)出的光輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，和把輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中的光能量變換成低電平電流，該電流可被使用來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)。低噪聲放大器120接收來(lái)自光電二極管110的低電平信號(hào)電流，以及放大該信號(hào)以使得附加的處理將不會(huì)很大地施加到信號(hào)中的噪聲上。低噪聲放大器120把低電平信號(hào)電流變換成電壓信號(hào)，用于以后的處理。
圖2a所示的互阻抗放大器20可被用作為低噪聲放大器120。此外，低噪聲放大器120降低由光電二極管110輸出的信號(hào)的帶寬。基本上，除了低噪聲放大器120具有比典型的低通濾波器高得多的截止頻率以外，低噪聲放大器120起到類似于低通濾波器的作用，如以上討論的。
限幅放大器130接收低噪聲放大器120的輸出，以及用來(lái)隔離接收機(jī)100使其免除處理信號(hào)強(qiáng)度的偏差和改變。限幅放大器130也執(zhí)行噪聲整形。限幅放大器130包含限幅器或自動(dòng)增益控制電路來(lái)提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)電平給CDR180和低通濾波器140，而不管低噪聲放大器120的輸出功率。如果輸入電壓電平大于某個(gè)門限值(Vth)，則限幅放大器130輸出恒定電平電壓(Vconst)，如圖2b所示。
在大多數(shù)強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)(IM-DD)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，非歸零(NRZ)格式被使用于基帶信號(hào)。圖4顯示可由限幅放大器130產(chǎn)生的NRZ信號(hào)。圖4所示的NRZ信號(hào)具有“A”的幅度、“T”的周期和“r”＝1/T的數(shù)據(jù)速率。由限幅放大器130輸出的所有信號(hào)具有“A”的幅度，因?yàn)槿绻斎腚妷弘娖酱笥谀硞€(gè)門限值，則限幅放大器130輸出恒定電平電壓。圖4a顯示NRZ信號(hào)的功率譜密度，它計(jì)量信號(hào)相對(duì)于頻率的功率。NRZ信號(hào)的功率譜密度函數(shù)由以下方程給出S(f)＝A2Tsinc2(fT)＝(A2/r)sinc2(f/r)。應(yīng)當(dāng)指出，在圖4a上，最高功率電平是A2T，所以如果NRZ信號(hào)的頻率增加，則峰值功率電平會(huì)按比例地降低，因?yàn)閞＝1/T。如圖4a所示，絕大多數(shù)(約99％)的信號(hào)功率被限制在1/T以下的頻率。因此，具有大于1/T的頻率的所有信號(hào)分量對(duì)NRZ信號(hào)的功率沒(méi)有很大的作用。
限幅放大器130的輸出被輸入到低通濾波器140。低通濾波器140具有系統(tǒng)函數(shù)h(t)，它在富利葉變換后等于H(f)，即，F(xiàn)(h(t))＝H(f)。
令x(t)＝限幅放大器130的輸出；RQ(τ)＝x(t)的自相關(guān)函數(shù)；F(RQ(τ))＝S(f)＝x(t)的功率譜密度函數(shù)＝A2Tsinc2(fT)；b(t)＝低通濾波器140的輸出的功率譜密度函數(shù)＝s(t)*h(t)；其中*＝卷積；F(b(t))＝B(f)＝S(f)×|H(f)|2。因此，低通濾波器140的輸出信號(hào)的功率譜密度函數(shù)等于S(f)×|H(f)|2。
圖5a顯示限幅放大器130的輸出信號(hào)x1(t)的歸一化功率譜密度S1(f)和低通濾波器140的系統(tǒng)函數(shù)H(f)。曲線200表示功率譜密度S1(f)，以及曲線210表示H(f)，它具有“fcutoff”的截止頻率。輸出信號(hào)x1(t)具有“f1”的數(shù)據(jù)速率(即，r＝f1)。S1(f)的峰值是A2/f1，以及A2/f1＞1。當(dāng)S1(f)通過(guò)具有系統(tǒng)函數(shù)H的低通濾波器140時(shí)，低通濾波器140輸出B1(f)，它等于S1(f)×H(f)(即，B1(f)是低通濾波器140的輸出信號(hào)的功率譜密度函數(shù))。圖5b顯示由曲線220表示的功率譜密度B1(f)。如曲線220所示，低通濾波器140從S1(f)中濾除所有大于fcutoff的頻率分量。
圖5c顯示限幅放大器130的輸出信號(hào)x2(t)的歸一化功率譜密度S2(f)和低通濾波器140的系統(tǒng)函數(shù)H(f)。x2(t)具有“f2”的數(shù)據(jù)速率(r＝f2，和f2＞＞f1)以及用曲線235表示。S2(f)的峰值是A2/f2，以及A2/f2＜1。當(dāng)S2(f)通過(guò)具有系統(tǒng)函數(shù)H(f)的低通濾波器140時(shí)，低通濾波器140輸出B2(f)，它等于S2(f)×H(f)。圖5d顯示由曲線240表示的功率譜密度B2(f)。如曲線240所示，低通濾波器140從S2(f)中濾除所有大于fcutoff的頻率分量。
AC功率計(jì)150接收低通濾波器140的輸出信號(hào)，以及輸出代表在低通濾波器140的輸出信號(hào)中存在的的總的功率的DC電壓。AC功率計(jì)150首先完成以下函數(shù)TOTAL_POWER(r)＝在低通濾波器140的輸出信號(hào)中存在的總的功率=∫0fcutoffB(f)df=∫0fcutoffS(f)df=∫0fcutoffA2rsinc2(fr)df=A2r∫0fcutoffsinc2(fr)df;]]>r＝輸入數(shù)據(jù)速率。
TOTAL_POWER等于曲線B(f)下面的面積，表示低通濾波器140的輸出信號(hào)的總的功率。如上面的公式所示，TOTAL_POWER(r)隨輸入數(shù)據(jù)速率“r”增加而減小。
在計(jì)算TOTAL_POWER之后，AC功率計(jì)150計(jì)算代表TOTAL_POWER的Vrms值，以及輸出代表Vrms值的DC電壓值。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，Vrms值和輸出DC電壓是通過(guò)使用下式計(jì)算的TOTAL_POWER=(Vrms)2R;]]>R＝1Ω，則Vrms=TOTAL_POWER]]>以及輸出代表Vrms值的DC電壓＝Vrms。
令A(yù)COUT(r)＝代表Vrms值的DC電壓值＝AC功率計(jì)150的輸出；r＝輸入數(shù)據(jù)速率。
ACOUT(r)的數(shù)值取決于輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，如下面的表1所示。例如，如圖5b和5d所示，在曲線B1(f)下面的面積(由陰影線區(qū)域225表示)大于在曲線B2(f)下面的面積(由陰影線區(qū)域245表示)，因?yàn)锳2/f1＞A2/f2。因此，對(duì)于f1的輸入數(shù)據(jù)速率的TOTAL_POWER大于對(duì)于f2的輸入數(shù)據(jù)速率的TOTAL_POWER。結(jié)果，ACOUT(f1)大于ACOUT(f2)。換句話說(shuō)，ACOUT(r)的數(shù)值按照由接收機(jī)100接收的輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率改變。表1列出基于輸入數(shù)據(jù)速率的ACOUT的某些示例值。
表1如表1所示，ACOUT值隨輸入數(shù)據(jù)速率增加而減小，因?yàn)門OTAL_POWER也隨輸入數(shù)據(jù)速率增加而減小。所以，數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200能夠檢測(cè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，因?yàn)锳COUT相對(duì)于數(shù)據(jù)速率而改變。
ACOUT(r)的值相對(duì)于輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率是非線性的，如圖6所示。曲線250代表相對(duì)輸入數(shù)據(jù)速率的AC功率計(jì)的輸出ACOUT(r)。對(duì)數(shù)放大器160接收AC功率計(jì)160的輸出ACOUT，以及把ACOUT相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)速率線性化。圖7顯示對(duì)數(shù)放大器160。對(duì)數(shù)放大器160通過(guò)電阻R1接收ACOUT，以及通過(guò)電阻R2被連接到參考電壓VREF。對(duì)數(shù)放大器的輸出VLOUT被計(jì)算如下VLOUT(r)＝KLog(11/12)，其中11＝ACOUT(r)/R1，12＝VREF/R2，以及K＝常數(shù)。
通過(guò)調(diào)節(jié)VREF、R1和R2的值，對(duì)數(shù)放大器160的輸出VLOUT可被調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，VREF、R1和R2的值被調(diào)節(jié)，以使得VLOUT對(duì)于輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率是線性的。圖8顯示VLOUT對(duì)于輸入數(shù)據(jù)速率的關(guān)系。
控制電路170接收對(duì)數(shù)放大器160的輸出。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，控制電路170可以是微處理器、CPU或控制器?？刂齐娐?70包含預(yù)定的數(shù)據(jù)表，它列出各個(gè)VLOUT數(shù)值與相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)速率。表2列出VLOUT的某些示例性值和相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)速率。
表2控制電路170接收對(duì)數(shù)放大器160的輸出，以及通過(guò)參照預(yù)定的數(shù)據(jù)表來(lái)確定輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)速率產(chǎn)生不同的VLOUT數(shù)值。例如，如表2所示，如果對(duì)數(shù)放大器160的輸出是2.0V，則輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率被確定為155Mbps。如果VLOUT的數(shù)值在預(yù)定的表內(nèi)沒(méi)有被列出，則相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)速率是通過(guò)內(nèi)插預(yù)定表中的數(shù)據(jù)而被計(jì)算的。在確定輸入數(shù)據(jù)速率以后，控制器170通過(guò)發(fā)送控制信號(hào)給VCO相應(yīng)調(diào)節(jié)它的頻率，而調(diào)節(jié)CDR180中的VCO的頻率，以便匹配到輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率。CDR180的功能類似于上述CDR30的功能，這樣，接收機(jī)100自動(dòng)確定輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率和自動(dòng)調(diào)節(jié)CDR180中的VCO的頻率，使它匹配到輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率，以使得CDR180中的PLL將鎖定到輸入信號(hào)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200只需要處理低頻信號(hào)，因?yàn)榈屯V波器140濾除了高頻信號(hào)。所以，本發(fā)明的實(shí)施例節(jié)省了用于數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200的設(shè)計(jì)與制造費(fèi)用，因?yàn)樘幚砀哳l信號(hào)的附加電路不需要被包括在數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200中。
另外，數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200減小了在輸入信號(hào)的所有頻率中存在的噪聲，包括白噪聲和熱噪聲，因?yàn)榈屯V波器140濾除了大于fcutoff的所有頻率，包括在大于fcutoff的頻率上的噪聲。因此，本發(fā)明的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200精確地確定輸入信號(hào)數(shù)據(jù)速率，因?yàn)榈屯V波器140去除了在大于fcutoff的頻率上的所有噪聲。數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路200只需要處理在低于fcutoff的頻率上的噪聲，由此，提高了數(shù)據(jù)速率檢測(cè)的精度。雖然本發(fā)明是參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例被顯示和描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，在不脫離由附屬權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出在形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中用于處理輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的接收機(jī)，所述接收機(jī)包括光電二極管，用于接收從光纖發(fā)出的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)具有一個(gè)數(shù)據(jù)速率；放大器，用于把輸入數(shù)據(jù)信號(hào)放大到適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?；時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR)，用于通過(guò)從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)提取時(shí)鐘信息而重新產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)信號(hào)；以及數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，用于通過(guò)確定在每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中存在的功率而確定每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
2.權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路調(diào)節(jié)在CDR中的鎖相環(huán)的輸出頻率，以使得輸出頻率近似匹配到每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的確定的數(shù)據(jù)速率。
3.權(quán)利要求1的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路包括低通濾波器，用于濾除來(lái)自每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的高頻分量，以及輸出在每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中的低頻分量。
4.權(quán)利要求3的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路還包括AC功率計(jì)，用于通過(guò)計(jì)算在每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量中存在的總的功率，而確定在每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中存在的功率，其中AC功率計(jì)輸出電壓信號(hào)，它是低頻分量中存在的總的功率的函數(shù)。
5.權(quán)利要求4的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路還包括控制電路，用于根據(jù)由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)確定每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，以及用于輸出控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)在CDR中的壓控振蕩器的頻率，以便近似匹配確定的數(shù)據(jù)速率。
6.權(quán)利要求5的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路還包括對(duì)數(shù)放大器，用于把由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率線性化。
7.權(quán)利要求4的接收機(jī)，其特征在于，其中在低頻分量中存在的總的功率量依賴于每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，以及總的功率通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算 ，其中fcutoff＝低通濾波器的截止頻率，以及B(f)＝輸入信號(hào)的低頻分量的功率譜密度函數(shù)。
8.權(quán)利要求7的接收機(jī)，其特征在于，其中AC功率計(jì)通過(guò)計(jì)算代表總的功率的Vrms值而計(jì)算輸出電壓信號(hào)。
9.權(quán)利要求4的接收機(jī)，其特征在于，其中由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)反比于每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
10.權(quán)利要求5的接收機(jī)，其特征在于，其中控制電路通過(guò)把輸出電壓信號(hào)與相應(yīng)于預(yù)定數(shù)據(jù)速率的預(yù)定電壓信號(hào)進(jìn)行比較而確定數(shù)據(jù)速率。
11.光網(wǎng)絡(luò)中用于處理信號(hào)的接收機(jī)，所述接收機(jī)包括光電二極管，用于接收從光纖發(fā)出的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)具有一個(gè)數(shù)據(jù)速率；放大器，用于把輸入數(shù)據(jù)信號(hào)放大到適當(dāng)?shù)碾妷弘娖剑粫r(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR)，用于從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)提取時(shí)鐘信號(hào)和根據(jù)提取的時(shí)鐘信號(hào)重新定時(shí)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，所述CDR包括帶有壓控振蕩器(VCO)的鎖相環(huán)(PLL)，用于重新產(chǎn)生提取的時(shí)鐘信號(hào)；以及數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，用于確定每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率和調(diào)節(jié)VCO的頻率，以便近似匹配到每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
12.權(quán)利要求11的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路包括低通濾波器，用于接收來(lái)自放大器的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)和濾除來(lái)自每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的高頻分量，所述低通濾波器輸出每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量；以及AC功率計(jì)，用于計(jì)算在每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量中存在的總的功率，和用于輸出代表總的功率的電壓信號(hào)。
13.權(quán)利要求12的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路還包括控制器，用于根據(jù)由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)確定每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，以及用于發(fā)送控制信號(hào)，以便按照確定的數(shù)據(jù)速率改變VCO的頻率，其中電壓信號(hào)是每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的函數(shù)。
14.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其特征在于，其中數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路還包括對(duì)數(shù)放大器，用于把由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率線性化，以及輸出線性化的電壓信號(hào)。
15.權(quán)利要求12的接收機(jī)，其特征在于，其中總的功率通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算 其中fcutoff=低通濾波器的截止頻率，以及B(f)=輸入信號(hào)的低頻分量的功率譜密度函數(shù)。
16.權(quán)利要求12的接收機(jī)，其特征在于，其中AC功率計(jì)通過(guò)計(jì)算代表總的功率的Vrms值而計(jì)算輸出電壓信號(hào)。
17.權(quán)利要求12的接收機(jī)，其特征在于，其中由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)反比于每個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
18.權(quán)利要求14的接收機(jī)，其特征在于，其中控制器通過(guò)把輸出電壓信號(hào)與相應(yīng)于預(yù)定數(shù)據(jù)速率的預(yù)定電壓信號(hào)進(jìn)行比較而確定數(shù)據(jù)速率。
19.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其特征在于，其中控制器是微處理器。
20.權(quán)利要求11的接收機(jī)，其特征在于，其中PLL包括鑒相器和環(huán)路濾波器。
21.光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中確定輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的方法，所述方法包括以下步驟濾除來(lái)自輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的高頻分量，以及輸出輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量；計(jì)算在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量中存在的功率；以及輸出電壓信號(hào)，它是在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量中存在的功率的函數(shù)。
22.權(quán)利要求21的方法，其特征在于，其中在低頻分量中存在的功率量取決于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
23.權(quán)利要求21的方法，其特征在于，還包括以下步驟根據(jù)輸出的電壓信號(hào)確定輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率，其中輸出的電壓信號(hào)是輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的函數(shù)。
24.權(quán)利要求23的方法，其特征在于，還包括以下步驟把輸出的電壓信號(hào)相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率線性化。
25.權(quán)利要求24的方法，其特征在于，其中輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率是通過(guò)把線性化的輸出電壓信號(hào)與相應(yīng)于預(yù)定數(shù)據(jù)速率的預(yù)定電壓信號(hào)進(jìn)行比較而被確定的。
26.權(quán)利要求25的方法，其特征在于，還包括以下步驟輸出控制信號(hào)，以便根據(jù)確定的數(shù)據(jù)速率來(lái)調(diào)節(jié)壓控振蕩器的頻率。
27.用于確定輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，所述數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路包括低通濾波器，用于濾除來(lái)自輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的高頻分量，以及輸出在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中的低頻分量；以及AC功率計(jì)，用于確定在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量中存在的功率和用于輸出電壓信號(hào)，它是輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的低頻分量中存在的功率的函數(shù)，其中在低頻分量中存在的功率量取決于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
28.權(quán)利要求27的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，其特征在于，還包括控制電路，用于根據(jù)由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)確定輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
29.權(quán)利要求28的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，其特征在于，還包括對(duì)數(shù)放大器，用于把由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)相對(duì)于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率線性化。
30.權(quán)利要求29的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，其特征在于，其中控制電路通過(guò)把輸出電壓信號(hào)與相應(yīng)于預(yù)定數(shù)據(jù)速率的預(yù)定電壓信號(hào)進(jìn)行比較而確定數(shù)據(jù)速率。
31.權(quán)利要求27的數(shù)據(jù)速率檢測(cè)電路，其特征在于，其中由AC功率計(jì)輸出的電壓信號(hào)反比于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
全文摘要
揭示了光網(wǎng)絡(luò)中的接收機(jī),它具有用于自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)數(shù)據(jù)比特速率的比特速率檢測(cè)電路,以便自動(dòng)調(diào)節(jié)接收機(jī)中的壓控振蕩器的頻率。該接收機(jī)具有數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路,可以自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率和按照輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率自動(dòng)調(diào)節(jié)接收機(jī)中的VCO的頻率。數(shù)據(jù)速率檢測(cè)和頻率調(diào)節(jié)電路通過(guò)把輸入信號(hào)變換成隨輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率變化的DC電壓值,而檢測(cè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率。
文檔編號(hào)H04L27/00GK1342003SQ0111749
公開(kāi)日2002年3月27日 申請(qǐng)日期2001年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日
發(fā)明者都希趲, 吳潤(rùn)濟(jì), 樸泰誠(chéng), 金贊烈, 樸吉龍 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社