專利名稱：具有多用途內(nèi)部串行總線的光收發(fā)機(jī)模塊的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及光纖收發(fā)機(jī)領(lǐng)域，具體地，涉及具有用來實(shí)現(xiàn)初始化(setup)、控制、監(jiān)測以及安全操作的多用途內(nèi)部串行總線的光收發(fā)機(jī)。
相關(guān)技術(shù)說明光纖收發(fā)機(jī)，同樣又稱作光電子收發(fā)機(jī)，既發(fā)射和接收光信號(hào)，又發(fā)射和接收電信號(hào)，即在電接口和光接口之間提供信號(hào)的雙向通信。


圖1示意性說明在各種現(xiàn)有技術(shù)的光纖收發(fā)機(jī)100中出現(xiàn)的電路和部件。這種光纖收發(fā)機(jī)100包括電路板102，該電路板102至少含有接收機(jī)電路、發(fā)射電路、電源連接104和接地連接106。
接收機(jī)電路接收光探測器處相對(duì)小的光信號(hào)，并放大和限定光信號(hào)，產(chǎn)生統(tǒng)一振幅的數(shù)字電輸出。接收機(jī)電路通常由接收機(jī)光學(xué)子組件(ROSA)108構(gòu)成，該接收機(jī)光學(xué)子組件(ROSA)108典型地包括光纖插座以及光電二極管和前置放大器(preamp)電路。ROSA 108依次連接在后置放大器(postamp)集成電路(IC)110上，該后置放大器集成電路110產(chǎn)生固定輸出的漂移數(shù)字信號(hào)，從而經(jīng)過RX+和RX-引線112連接到外部電路上。后置放大器IC 110通常提供稱作信號(hào)探測(Signal Detect)(SD)或信號(hào)損失(LOS)的數(shù)字輸出信號(hào)，指示適當(dāng)強(qiáng)光學(xué)輸入的存在或缺乏。該信號(hào)探測(SD)輸出通過SD輸出引線114供給。
發(fā)射機(jī)電路或者激光驅(qū)動(dòng)器電路接收高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并電學(xué)地驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)或激光二極管產(chǎn)生等同的光脈沖。發(fā)射電路通常由發(fā)射機(jī)光學(xué)子組件(TOSA)116和激光驅(qū)動(dòng)器IC 118構(gòu)成。TOSA 116通常包括光纖插座以及激光二極管或LED。激光驅(qū)動(dòng)器IC 118通常包括交流(AC)驅(qū)動(dòng)器，以便向激光二極管或LED提供AC電流。激光驅(qū)動(dòng)器IC 118通常還包括直流(DC)驅(qū)動(dòng)器，以便向激光二極管或LED提供偏流。AC驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入從TX+和TX-引線120得到。
另外，一些光收發(fā)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)需要額外的收發(fā)機(jī)功能性。例如，千兆位接口轉(zhuǎn)換器(GBIC)標(biāo)準(zhǔn)需要眼圖安全(eye safety)和全面故障探測功能性。這種功能性被用來識(shí)別反常和潛在的不安全操作參數(shù)，并將它們報(bào)告給用戶和/或執(zhí)行激光關(guān)閉，如果適宜的話。這種功能性也可以集成在激光驅(qū)動(dòng)器IC 118本身中或者在可選的眼圖安全(eyesafely)IC 122中。為了啟用這種功能性，設(shè)置TX禁止(TX disable)124和TX故障(TX fault)126引線。該TX禁止引線124允許TOSA 116被主機(jī)裝置(host device)關(guān)掉，而該TX故障引線124將激光器或相關(guān)激光驅(qū)動(dòng)器IC 118中的故障狀態(tài)傳送給主機(jī)裝置(未示出)。除這種基本說明外，GBIC標(biāo)準(zhǔn)還包括一系列時(shí)序圖，描述這些控制如何起作用并相互作用來實(shí)施復(fù)位操作和其它動(dòng)作。GBIC標(biāo)準(zhǔn)也需要電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)128來存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的序列標(biāo)識(shí)(ID)信息，這些信息可以通過由時(shí)鐘130和數(shù)據(jù)132線構(gòu)成的串行接口(采用EEPROM產(chǎn)品的ATMEL AT24C01A系列的串行接口進(jìn)行定義)來讀取。
在使用時(shí)，各個(gè)部件，例如激光驅(qū)動(dòng)器IC 118通常需要單獨(dú)初始化和調(diào)節(jié)。這些部件的初始化一般出現(xiàn)在每次光收發(fā)機(jī)加電時(shí)，因?yàn)楦鱾€(gè)部件一般具有在斷電時(shí)會(huì)丟失初始化數(shù)據(jù)的易失存儲(chǔ)器。另一方面，通常需要進(jìn)行調(diào)節(jié)來解決部件性質(zhì)，例如激光二極管的閾值電流和斜度效率從一部分到另一部分出現(xiàn)的變化或者基于溫度而出現(xiàn)的變化。要調(diào)節(jié)的參數(shù)有偏流和AC調(diào)制。通過調(diào)節(jié)可變電阻器或者通過將具有工廠選擇電阻值的電阻器134連接到激光驅(qū)動(dòng)器IC 118上，通常來對(duì)每個(gè)光收發(fā)機(jī)進(jìn)行這種初始化和調(diào)節(jié)。另外，經(jīng)常還需要對(duì)偏流和調(diào)制進(jìn)行溫度補(bǔ)償，這對(duì)于諸如斜度效率之類關(guān)鍵的激光性質(zhì)很重要。溫度補(bǔ)償可以結(jié)合進(jìn)激光驅(qū)動(dòng)器IC 118內(nèi)，或者通過使用外部的溫度敏感元件如熱敏電阻136來實(shí)現(xiàn)。
上述的光收發(fā)機(jī)具有一些缺陷。例如，探測各種部件的變化，選擇正確的電阻器134和熱敏電阻136(或者調(diào)節(jié)可變電阻器)，和/或?qū)⑺鼈儼惭b到光收發(fā)機(jī)100的電路板102上非常耗時(shí)而且比較昂貴。另外，這類電阻器和/或熱敏電阻占據(jù)了電路板102上寶貴的空間。而且，每次向光收發(fā)機(jī)添加額外特征時(shí)，電路的復(fù)雜性就會(huì)顯著增加。例如，在使用時(shí)，發(fā)射機(jī)電路可能需要多達(dá)十二條連接，從而顯著增加了電路的復(fù)雜性。此外，這類現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)一般不具有可擴(kuò)展性，即它們不能很容易地進(jìn)行擴(kuò)展以容許另外的功能。
最近，已經(jīng)引入模擬信號(hào)線來初始化和調(diào)節(jié)這些部件。這些模擬信號(hào)線可以包括模擬輸入138，如偏流、調(diào)制振幅和禁止輸入，或者模擬輸出140，如實(shí)際偏置、溫度和輸出功率。然而，這些模擬信號(hào)線不能克服上述現(xiàn)有技術(shù)的很多缺陷。例如，仍舊需要很多數(shù)目的輸入和輸出，從而這就導(dǎo)致復(fù)雜的電路，占據(jù)著電路板102大量的空間。而且，這些光收發(fā)機(jī)仍舊不可以擴(kuò)展。
對(duì)于這些部件，已經(jīng)引入專用的數(shù)字連接，如串行輸入142和輸出144連接。數(shù)字輸出的一個(gè)例子是故障指示器，例如指示收發(fā)機(jī)模塊運(yùn)行得太熱。采用這些專用數(shù)字連接的光收發(fā)機(jī)通常包括設(shè)于光收發(fā)機(jī)10O內(nèi)部或外部的控制器IC 148。另外，通常還在主機(jī)和控制器IC 148之間設(shè)置輸入和/或輸出150。然而，采用專用數(shù)字連接的光收發(fā)機(jī)也并沒有完全克服上述缺陷。例如，電路仍舊非常復(fù)雜，尤其對(duì)于多個(gè)輸入/輸出。這種電路如同其它現(xiàn)有技術(shù)光收發(fā)機(jī)中的電路一樣，占據(jù)著寶貴的電路板空間。
鑒于上述問題，就迫切需要能夠克服上述缺陷的光收發(fā)機(jī)。特別地，這類光收發(fā)機(jī)應(yīng)當(dāng)易于制造和操作；通過提供簡單的電路設(shè)計(jì)而能夠降低復(fù)雜性；使用最少量的電路板空間；以及容許可擴(kuò)展性。
發(fā)明概述依照本發(fā)明，提供了一種光收發(fā)機(jī)模塊。該收發(fā)機(jī)模塊包括光發(fā)射機(jī)例如TOSA內(nèi)的激光器，和光接收機(jī)例如ROSA內(nèi)的PIN探測器。該光收發(fā)機(jī)模塊還包括內(nèi)部串行總線和電學(xué)耦合到內(nèi)部串行總線上的若干可尋址部件。每個(gè)可尋址部件包括用來與內(nèi)部串行總線通信的串行接口和存儲(chǔ)器。每個(gè)可尋址部件還包括唯一的地址，或者通過片選線耦合到控制器上的片選邏輯。這允許數(shù)據(jù)被尋址到特定的可尋址部件。這些可尋址部件還可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和/或數(shù)模轉(zhuǎn)換器。若干個(gè)可尋址部件可以包括選自下組的部件激光驅(qū)動(dòng)器，激光偏置控制器，電源電路或控制器，前置放大器，后置放大器，激光波長控制器，主控制器，電熱致冷器(TEC)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和/或APD偏置控制器，或者這些部件的任何組合。
因而，上述的收發(fā)機(jī)模塊包括連接在收發(fā)機(jī)模塊內(nèi)的多個(gè)部件上的單個(gè)、共享的內(nèi)部串行總線。從而，這容許通過連接在每個(gè)部件上的單個(gè)電學(xué)連接實(shí)現(xiàn)多種功能。同時(shí)，由于消除了每個(gè)部件對(duì)多條模擬線或數(shù)字線的需求，因此整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性就得以降低。從而，就節(jié)省了寶貴的板區(qū)域來用于其它部件或電路，而且還可以容許更加緊湊的收發(fā)機(jī)模塊。另外，內(nèi)部串行總線還容許可擴(kuò)展性。例如，可以將新的集成電路(IC)耦合到內(nèi)部串行總線，由此共享主控制器上的輸入端口和輸出端口。這些輸入和輸出端口通常用來向IC發(fā)送初始化指令，或者從IC接收監(jiān)測信息。另外，可以用現(xiàn)有的IC來交換具有額外功能性或特征的新IC，而不需要任何額外的輸入和輸出端口，即用很小的電路重新設(shè)計(jì)就可以增加功能性。
而且，上述的收發(fā)機(jī)模塊提供了對(duì)收發(fā)機(jī)模塊參數(shù)更加完善、更加精確的控制和監(jiān)測。
附圖簡述為了更好地理解本發(fā)明的特征和目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合所附附圖參看下面的詳細(xì)說明，在附圖中圖1示意性說明各種現(xiàn)有技術(shù)的光纖收發(fā)機(jī)的電路和部件；圖2A示意性說明依照本發(fā)明的一種實(shí)施方案，采用部件地址串行協(xié)議的光收發(fā)機(jī)模塊的電路和部件；圖2B示意性說明依照本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，采用片選串行協(xié)議的光收發(fā)機(jī)模塊的電路和部件；圖2C示意性說明依照本發(fā)明的又一種實(shí)施方案的光收發(fā)機(jī)模塊的電路和部件；圖3示意性說明利用類似于圖2A和2B所示的光纖收發(fā)機(jī)模塊的系統(tǒng)；圖4A示意性說明圖2A所示的光收發(fā)機(jī)模塊的一個(gè)例示性可尋址部件；圖4B示意性說明圖2B所示的光收發(fā)機(jī)模塊的一個(gè)例示性可尋址部件。
在全部的幾幅附圖中，相同的參考數(shù)字表示相對(duì)應(yīng)的部分。為了易于參看起見，任何參考數(shù)字的第一個(gè)數(shù)通常表示該參考數(shù)字出現(xiàn)的圖號(hào)。例如，132出現(xiàn)在圖1中，304出現(xiàn)在圖3中。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述本發(fā)明利用共享的內(nèi)部串行總線與光收發(fā)機(jī)模塊內(nèi)的多個(gè)可尋址部件進(jìn)行通信。如所示那樣，共享的串行總線簡化了整個(gè)收發(fā)機(jī)的初始化、控制、監(jiān)測以及安全操作，同時(shí)降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，可以釋放出有用的板空間，以及提供了可擴(kuò)展性。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，該串行總線監(jiān)測來自激光偏置控制器的激光偏流；激光輸出功率；接收到的平均功率；接收到的調(diào)制功率；APD偏壓；溫度；電熱致冷器(TEC)控制器內(nèi)的電流；TEC控制器內(nèi)的溫度；波長；誤碼率(errorrate)；信號(hào)完整性等。
圖2A示意性說明依照本發(fā)明的一種實(shí)施方案，采用部件地址串行協(xié)議的光收發(fā)機(jī)模塊的電路和部件。該收發(fā)機(jī)模塊200優(yōu)選包括至少一個(gè)電路板202，其上設(shè)置有多可尋址部件。該收發(fā)機(jī)模塊200優(yōu)選至少部分地容納在收發(fā)機(jī)外殼204內(nèi)。該收發(fā)機(jī)模塊200包括用來接收和發(fā)射光信號(hào)的的光接口206以及用來接收和發(fā)射電信號(hào)的電接口208。該收發(fā)機(jī)模塊200包含電耦合到后置放大器IC的ROSA 210和電耦合到激光驅(qū)動(dòng)器IC 216的TOSA 214。
ROSA 210接收光接收機(jī)或探測器如光電二極管213處相對(duì)小的光信號(hào)。這些信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被后置放大器IC 212放大，生成統(tǒng)一振幅的數(shù)字電輸出，經(jīng)由RX+和RX-引線218傳送到外部電路。同時(shí)，后置放大器IC 212優(yōu)選在LOS引線220處提供稱作信號(hào)探測(SD)或信號(hào)損耗(LOS)的數(shù)字輸出信號(hào)，指示是否存在著適當(dāng)?shù)膹?qiáng)光學(xué)輸入。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，在TOSA處接收到的小光學(xué)信號(hào)在被傳送到后置放大器IC 212之前首先被前置放大器IC 215放大，該前置放大器IC 215通常設(shè)置在ROSA封裝內(nèi)。在一種替代實(shí)施方案中，前置放大器IC 215直接耦合在共享的串行總線222上。
同時(shí)，后置放大器IC 212優(yōu)選是一個(gè)通過串行連接電耦合到共享串行總線222的可尋址部件。該共享的串行總線222優(yōu)選設(shè)置在電路板202上，該電路板202至少部分位于收發(fā)機(jī)外殼204的內(nèi)部。若干個(gè)數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以在后置放大器IC 212和主控制器226，或者在收發(fā)機(jī)內(nèi)的其它部件之間經(jīng)由該共享的串行總線222進(jìn)行傳送。這類數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以包括輸出振幅設(shè)置數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換速率數(shù)據(jù)，LOS閾值和狀態(tài)數(shù)據(jù)，均衡數(shù)據(jù)，接收到的信號(hào)功率，信號(hào)數(shù)據(jù)的損失，或者它們的子集合。
激光驅(qū)動(dòng)器IC 216接收來自外部電路的的高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而電學(xué)驅(qū)動(dòng)TOSA 214，產(chǎn)生相等的光脈沖。TOSA 214優(yōu)選包含有光發(fā)射機(jī)，例如LED或激光二極管211。激光驅(qū)動(dòng)器IC 216優(yōu)選包括AC驅(qū)動(dòng)器，向激光二極管或LED提供AC電流。激光驅(qū)動(dòng)器IC 216的信號(hào)輸入從TX+和TX-引線224獲取。
同時(shí)，激光驅(qū)動(dòng)器IC 216優(yōu)選是通過串行連接電學(xué)耦合到共享串行總線222上的可尋址部件。若干個(gè)數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以在激光驅(qū)動(dòng)器IC 216與主控制器226，或者收發(fā)機(jī)模塊200內(nèi)的其它部件之間通過共享的串行總線222進(jìn)行通信。這類數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以包括調(diào)制振幅數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換速率數(shù)據(jù)，均衡數(shù)據(jù)，其它的控制參數(shù)或監(jiān)測數(shù)據(jù)，或者它們的子集合。
收發(fā)機(jī)模塊200優(yōu)選包括多個(gè)其它的可尋址部件，如主控制器IC226。激光偏置控制器IC 228，功率控制器IC 230，以及ID存儲(chǔ)器和狀態(tài)IC 234，或者它們的子集合。上述每個(gè)可尋址部件都經(jīng)由單獨(dú)的串行連接電耦合到共享的內(nèi)部串行總線222上。
主控制器IC 226實(shí)現(xiàn)收發(fā)機(jī)模塊200的大部分初始化、控制和監(jiān)測功能，例如溫度補(bǔ)償、診斷反饋、偏差(variation)調(diào)節(jié)和較準(zhǔn)等。主控制器IC 226也用作共享串行總線222的串行總線主控器(master)。盡管并未示出，但主控制器IC 226優(yōu)選包括非易失性存儲(chǔ)器。對(duì)于類似的主控制器IC的更多說明可以在共同未決的美國專利申請(qǐng)No.09/777,917獲知，該申請(qǐng)結(jié)在此引入?yún)⒖肌?br> 激光偏置控制器IC 228被用來控制激光驅(qū)動(dòng)器IC 216和TOSA 214的關(guān)鍵參數(shù)，例如安全和總故障檢測功能性。這種功能性被用來識(shí)別反常和潛在的不安全操作參數(shù)，而且如果適當(dāng)?shù)脑拰⑦@些操作參數(shù)報(bào)告給用戶和/或執(zhí)行激光器關(guān)閉。為了啟動(dòng)種功能性，設(shè)置了TX禁止和TX故障244引線。該TX禁止引線242允許TOSA 214被主機(jī)裝置關(guān)掉。該TX故障引線244將激光器或LEI內(nèi)，或者相關(guān)激光驅(qū)動(dòng)器IC 216內(nèi)的故障狀態(tài)傳送給主機(jī)裝置(未示出)。
在一種實(shí)施方案中，激光偏置控制器IC 228也優(yōu)選地直接電耦合到TOSA 214上。這種與TOSA 214直接的電連接被用來直接控制TOSA214的激光偏流和AC調(diào)制電平，由此以一種恒定偏置模式操作來操作激光驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)，與TOSA 214的直接電連接還優(yōu)選被用來接收來自TOSA 214的激光功率反饋。
在另一種實(shí)施方案中，激光偏置控制器IC 228的輸出控制著激光驅(qū)動(dòng)器IC 216除AC調(diào)制電平外的平均輸出功率的電平，由此以一種恒定功率模式操作來操作激光驅(qū)動(dòng)器。
激光偏置控制器IC 228也通過串行連接電耦合到共享的串行總線222上。多個(gè)數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以在該激光偏置控制器IC 228與串行總線222之間進(jìn)行傳送。這類數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)包括偏置設(shè)置和狀態(tài)，功率設(shè)置和狀態(tài)，差錯(cuò)閾值和狀態(tài)，溫度補(bǔ)償設(shè)置，其它的控制設(shè)置，其它的狀態(tài)信號(hào)，或者它們的子集合。
功率控制器IC 230向收發(fā)機(jī)模塊200提供功率并進(jìn)行調(diào)節(jié)。電源在電源輸入引線246處連接在模塊200上。功率控制器IC 230還電耦合到所有需要電源的部件上。而且，功率控制器IC 230也通過串行連接電耦合到串行總線222上。多個(gè)數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以在功率控制器IC 230與主控制器226或者收發(fā)機(jī)模塊200內(nèi)的其它部件之間通過串行總線222進(jìn)行傳送。這類數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)包括電壓指令，電壓和電流狀態(tài)，溫度，斷電或休眠模式，控制信號(hào)，逐級(jí)上升信號(hào)，逐級(jí)下降信號(hào)，電涌控制(surge control)功能等。功率控制器IC 230優(yōu)選包括兩個(gè)或多個(gè)調(diào)壓器，每個(gè)調(diào)壓器提供固定或可編程的電壓，以供給收發(fā)機(jī)模塊200的一個(gè)或多個(gè)部件。功率控制器IC 230耦合在收發(fā)機(jī)模塊200內(nèi)需要調(diào)節(jié)功率的每個(gè)其它部件上。由于收發(fā)機(jī)200內(nèi)每個(gè)部件或IC都潛在地需要不同調(diào)節(jié)的電源電壓，因此功率控制器IC 230可以采用包括兩個(gè)或更多調(diào)壓器IC和邏輯電路IC的多個(gè)集成電路來加以實(shí)施。
直接耦合在主控制器226上的主機(jī)串行接口控制器236與主機(jī)裝置(未示出)進(jìn)行通信。該主機(jī)串行接口控制器236通過時(shí)鐘248線和數(shù)據(jù)250線耦合在主機(jī)串行總線(未示出)上。主機(jī)串行接口控制器236被用于主控制器IC 226的所有初始化和查詢。在一種優(yōu)選實(shí)施方案中，該主機(jī)串行接口控制器236依照在GBIC和SFP(小形狀因數(shù)可插的Samll Form Factor Pluggable)標(biāo)準(zhǔn)中采用的雙線串行接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。耦合到該主機(jī)串行接口控制器236的主機(jī)串行總線(未示出)優(yōu)選是I2C(IC間)或MDIO總線。I2C和I2C總線是一種在集成電路間提供通信鏈路的雙向雙線串行總線。MDIO總線是一種由IEEE 8020.3規(guī)范描述的管理數(shù)據(jù)輸入/輸出總線。可替代地，也可以采用另一種雙向串行接口。
在圖2A所示的實(shí)施方案中，內(nèi)部的串行總線222利用了一種部件地址串行協(xié)議，如下所述，該協(xié)議采用部件的唯一部件地址418(圖4A)來尋址每個(gè)可尋址部件。合適的部件地址串行協(xié)議的例子包括I2C(或I2C)和MDIO。
在一些實(shí)施方案中，收發(fā)機(jī)模塊200還包括耦合到TOSA 214和共享串行總線222的激光波長控制器IC 252。該激光波長控制器IC 252優(yōu)選控制TOSA 214內(nèi)的激光二極管的溫度，以便控制由激光二極管發(fā)出光的波長。合適的波長控制器IC 252是熱電致冷器(TEC)。激光波長控制器252也可以借助于任何合適的手段例如電壓、偏流等來控制波長。在波分復(fù)用應(yīng)用中，對(duì)激光波長的精確控制是很重要的，其中來自多個(gè)激光二極管的光以多個(gè)各自的波長在單個(gè)光纖上傳輸。每個(gè)波長的光用來傳輸分離的信號(hào)或數(shù)據(jù)流。該激光波長控制器IC 252向TOSA 214提供激光器溫度驅(qū)動(dòng)256，并且從TOSA 214接收激光器溫度或波長反饋258。
同時(shí)，激光波長控制器IC 252優(yōu)選是一個(gè)通過串行連接電耦合到共享串行總線222上的可尋址部件。多個(gè)數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以在該激光波長控制器IC 252與主控制器226，或收發(fā)機(jī)模塊200內(nèi)的其它部件之間通過共享的串行總線222進(jìn)行傳送。這類數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)包括溫度和/或波長指令和狀態(tài)，溫度控制狀態(tài)，溫度控制電流等，或者這些信號(hào)和數(shù)據(jù)的任何子集合。
在ROSA 210包括雪崩光電二極管的實(shí)施方案中，收發(fā)機(jī)模塊200還優(yōu)選包括耦合到ROSA 210和共享串行總線222的雪崩光電二極管(APD)偏置控制IC 254。該APD偏置控制IC 254將偏置信號(hào)傳輸?shù)絉OSA 210，以控制ROSA 210內(nèi)雪崩光電二極管的操作。
APD偏置控制IC 254也通過串行連接電耦合到共享串行總線222上。多個(gè)數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可以在該APD偏置控制IC 254與主控制器226，或收發(fā)機(jī)模塊200內(nèi)的其它部件之間通過共享的串行總線222進(jìn)行傳送。這類數(shù)字信號(hào)和/或數(shù)據(jù)包括偏壓(指令和狀態(tài))，偏流，溫度補(bǔ)償控制和/或監(jiān)測信號(hào)，或者這些信號(hào)的任何子集合。
圖2B示意性說明采用片選串行協(xié)議的光收發(fā)機(jī)模塊的電路和部件。除各個(gè)可尋址部件由采用片選(示出為CS1-CS7)形式的專用硬件尋址外，本實(shí)施方案在所有方面都與圖2A描述的實(shí)施方案相同。專用的片選線或金屬線CS1-CS7將主控制器226(主)耦合到每個(gè)可尋址部件(從)上。每個(gè)片選是這樣一個(gè)信號(hào)，為真時(shí)允許可尋址部件的存儲(chǔ)器的輸入和輸出，為假時(shí)禁止這類輸入和輸出。(參看下面對(duì)部件存儲(chǔ)器404的說明)。因此，在使用時(shí)，每次需要從可尋址部件輸入或輸出，而主控制器226(圖2)僅向該特定的可尋址部件發(fā)送片選信號(hào)，由此允許向該可尋址部件輸入或輸出。應(yīng)當(dāng)理解，盡管僅示出七個(gè)片選線，但是可以采用更多或更少的片選線。
與圖2A所示的實(shí)施方案相比，本實(shí)施方案易于制造而且更加廉價(jià)。然而，跑到每個(gè)可尋址部件的專用片選線卻占據(jù)了寶貴的板區(qū)域。合適的片選串行協(xié)議是利用每個(gè)部件上的數(shù)據(jù)輸入引線、數(shù)據(jù)輸出引線、時(shí)鐘引線以及片選引線的串行外圍接口(SPI)。
圖2C示意性說明依照本發(fā)明另一種實(shí)施方案的光收發(fā)機(jī)模塊的電路和部件。該實(shí)施方案說明光收發(fā)機(jī)模塊內(nèi)部的各個(gè)部件可以組合。例如，光收發(fā)機(jī)模塊可以包括單個(gè)的激光驅(qū)動(dòng)器和激光偏置控制器262；功率控制器和APD偏置控制器264；前置放大器和后置放大器266。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些組合部件僅僅是示例性的，各個(gè)部件的任何其它組合都是可以采用的。
圖3示意性說明了利用類似于圖2所示的光纖收發(fā)機(jī)模塊(也稱作光電收發(fā)機(jī))的系統(tǒng)300。第一主機(jī)(host)302經(jīng)過電鏈接306電耦合到第一光收發(fā)機(jī)模塊304。這些電鏈接306優(yōu)選連接在第一光收發(fā)機(jī)模塊304的輸入/輸出引線上。這些輸入/輸出引線優(yōu)選包括圖2示出為Tx+和Tx-224、Tx禁止242、Tx故障244、電源246、數(shù)據(jù)250、時(shí)鐘248、LOS 220以及Rx+和Rx-218引線的連接或引線。同樣，第二主機(jī)308通過電鏈接312電耦合到第二光收發(fā)機(jī)模塊310上。第一和第二光收發(fā)機(jī)模塊304和310還通過光纖314彼此光學(xué)地耦合，即TOSA耦合到ROSA。
圖4A示意性說明了圖2A所示的光收發(fā)機(jī)模塊200的一個(gè)示例性可尋址部件400。如上所述，該可尋址部件400優(yōu)選是單個(gè)的集成電路(IC)。該示例性的可尋址部件400可以是收發(fā)機(jī)模塊200內(nèi)耦合到共享串行總線222(圖2A或2B)的任何可尋址部件，例如激光驅(qū)動(dòng)器IC 216(圖2A)、后置放大器IC 212(圖2A)等。該可尋址部件400包括經(jīng)由數(shù)據(jù)412和時(shí)鐘414線耦合到內(nèi)部串行線222(圖2)上的串行接402。該串行接402優(yōu)選與耦合到串行總線222(圖2)的其它器件采用任何適當(dāng)?shù)男帕顓f(xié)議進(jìn)行通信，例如上述參考圖2A所述的類似于I2C或MDIO的部件地址串行協(xié)議、或者上述參考圖2B所述的類似于SPI的片選串行協(xié)議。
同時(shí)，每個(gè)可尋址部件400優(yōu)選包括用于存儲(chǔ)從其它部件或從主機(jī)裝置等接收到的數(shù)據(jù)如監(jiān)測變量、指令和/或控制參數(shù)的存儲(chǔ)器404。該存儲(chǔ)器404可以包括存儲(chǔ)器陣列或者一個(gè)或多個(gè)寄存器，或者既包括存儲(chǔ)器陣列又包括寄存器，該存儲(chǔ)器400還可以包括易失和/或非易失存儲(chǔ)器部件或者寄存器。該存儲(chǔ)器也可以包括FIFO，超高速緩沖存儲(chǔ)器或類似部件。在一些可尋址部件400內(nèi)，存儲(chǔ)器404可以具有被該部件使用的非常少的存儲(chǔ)器元件(例如，指令和/或回饋寄存器)或者單元，而其它部件可以具有較多數(shù)目的存儲(chǔ)器元件或單元。
可尋址部件400也優(yōu)選包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)410，用來將在串行接口402處接收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以被可尋址部件400使用的模擬信號(hào)。如果由特定可尋址部件400接收的任何數(shù)據(jù)或控制參數(shù)都不需要轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，那么DAC 410就不必包括在該可尋址部件內(nèi)。舉例來說，由可尋址部件接收的開/關(guān)控制參數(shù)通?？梢员晦D(zhuǎn)換成控制信號(hào)，而不需要使用DAC 410。這樣，收發(fā)機(jī)模塊內(nèi)的一些可尋址部件400可以包括DAC 410，而一個(gè)或多個(gè)其它部件不包括DAC 410。
另外，可尋址部件400優(yōu)選包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)408，用來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以通過數(shù)據(jù)線412傳輸給內(nèi)部串行總線222(圖2)的數(shù)字信號(hào)。耦合到ADC 408的模擬信號(hào)通常是其振幅或值處于監(jiān)測中的電壓或電流信號(hào)。如果在其振幅或值處于監(jiān)控中的可尋址部件內(nèi)不存在模擬信號(hào)，那么ADC 408不必包括在該可尋址部件內(nèi)。這樣，收發(fā)機(jī)模塊內(nèi)的一些可尋址部件400可以包括ADC 408，而一個(gè)或多個(gè)其它部件并不包括ADC 408。
在可尋址部件400內(nèi)的其它電路406執(zhí)行著可尋址部件的初始化、控制、監(jiān)測、和/或安全功能，如上面參考圖2所述的。
如果可尋址部件400利用類似于上面參看圖2A所述的I2C或MDIO的部件地址串行協(xié)議，則可尋址部件400優(yōu)選包括唯一的地址418，從而使數(shù)據(jù)/信號(hào)能夠經(jīng)過共享的內(nèi)部串行總線222(圖2)和數(shù)據(jù)線412從/向特定的可尋址部件400發(fā)送。
圖4B示意性說明圖2B中所示的光收發(fā)機(jī)模塊200的一個(gè)示例性可尋址部件422。除可尋址部件422不包括地址418而包括耦合到片選線416的片選邏輯420外，該實(shí)施方案在所有方面都等同于圖4A所述的實(shí)施方案。本實(shí)施方案利用如圖2B所述的片選串行協(xié)議，如SPI。在使用中，每次需要從可尋址部件輸入或輸出時(shí)，主控制器226(圖2)就僅向特定的可尋址部件發(fā)送片選信號(hào)，由此允許輸入或輸出到該可尋址部件。
因而，上述收發(fā)機(jī)模塊200(圖2)包括連接到該收發(fā)機(jī)模塊200(圖2)內(nèi)的多個(gè)可尋址部件400(圖4A)或422(圖4B)的共享內(nèi)部串行總線222(圖2)。這容許經(jīng)由耦合到每個(gè)可尋址部件的單個(gè)數(shù)字電學(xué)連接執(zhí)行多種功能。另外，通過消除或降低了每個(gè)部件對(duì)多條模擬線或數(shù)字線的需求，還降低了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，這就節(jié)省了其它部件或電路所用的板區(qū)域，甚至可以容許較小的收發(fā)機(jī)封裝或外殼204(圖2A)。另外，共享的內(nèi)部串行總線容許可擴(kuò)展性，即作出非常小的電路重新設(shè)計(jì)就能向收發(fā)機(jī)增加額外的功能性。
這種單個(gè)共享的內(nèi)部串行總線的一個(gè)用途是解決與抖動(dòng)有關(guān)的問題，例如確定性的抖動(dòng)，尤其是依賴圖案的抖動(dòng)。通常，抖動(dòng)指的是與標(biāo)準(zhǔn)在時(shí)間上的位轉(zhuǎn)換偏移，即或者在統(tǒng)一的時(shí)鐘周期之前或者在統(tǒng)一的時(shí)鐘周期之后出現(xiàn)。換句話說，抖動(dòng)是或者先于或者后于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘周期到達(dá)的位。
為了解決與抖動(dòng)有關(guān)的問題，主控制器226(圖2A-2C)識(shí)別在前的位或圖案，并調(diào)節(jié)延遲來確保位轉(zhuǎn)換在時(shí)間上不偏移而且出現(xiàn)在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘周期處。
在現(xiàn)有技術(shù)的器件中，克服抖動(dòng)的任何嘗試都需要單獨(dú)的控制線來用于要調(diào)節(jié)的每個(gè)延遲或抖動(dòng)源。如果需要大量數(shù)目的單獨(dú)控制線來克服對(duì)應(yīng)數(shù)目的延遲或抖動(dòng)源，則這種方法是不實(shí)際的。然而，通過采用單個(gè)共享的內(nèi)部串行總線，本發(fā)明允許監(jiān)測和校正抖動(dòng)，因?yàn)閮H需要一條線或一條通信總線。
本實(shí)施方案的另一優(yōu)點(diǎn)是將激光驅(qū)動(dòng)器IC 216(圖2A)合并進(jìn)了TOSA 214(圖2A)中。在現(xiàn)有技術(shù)中，這種實(shí)施方式是不切實(shí)際的，因?yàn)榻M合的部件需要太多控制線和監(jiān)測線。然而，本發(fā)明卻再次容許這類組合部件，這是由于本發(fā)明僅需要單個(gè)共享的串行總線連接到組合部件，用來向各個(gè)部件傳送控制信號(hào)并從該組合部件接收狀態(tài)監(jiān)測信息。
本領(lǐng)域的熟練人員應(yīng)當(dāng)理解，在此描述的每個(gè)可尋址部件都可以包括單個(gè)IC、多個(gè)IC、模擬電路、IC和模擬電路的組合等。本領(lǐng)域的熟練人員還應(yīng)當(dāng)理解，盡管上述的優(yōu)選實(shí)施方案利用了單個(gè)共享的串行總線，但是在本發(fā)明其它的實(shí)施方案中可以設(shè)置不止一條內(nèi)部串行總線。
為了例示和說明的目的，前面已經(jīng)給出本發(fā)明具體實(shí)施方案的說明。但這些說明并不旨在窮盡本發(fā)明或者將本發(fā)明限于此處披露的具體細(xì)節(jié)形式。很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行多種改進(jìn)和改變。例如，其它的實(shí)施方案可以包括更少或更多的部件，以及各個(gè)部件的不同組合，不同的串行協(xié)議等等。在另一個(gè)實(shí)例中，圖2A中所示的兩個(gè)或多個(gè)部件可以組合進(jìn)具有連接到共享串行總線222上的單個(gè)接口的單個(gè)集成電路內(nèi)。這種組合由于成本、共享功能性、封裝需要、功率利用率等的原因而是有利的。應(yīng)當(dāng)理解，選擇說明這些實(shí)施方案是為了能夠最佳解釋本發(fā)明及其實(shí)際應(yīng)用的原理，從而使本領(lǐng)域的其他熟練人員可能夠以最佳地利用本發(fā)明和具有適合于具體用途而進(jìn)行各種改進(jìn)的實(shí)施方案。另外，在本方法中，各個(gè)步驟的順序不必以給出的次序出現(xiàn)。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由隨后的權(quán)利要求書及其等同物來限定。而且，上述引用的任何參考文獻(xiàn)都在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種光收發(fā)機(jī)模塊，包括光發(fā)射機(jī)；光接收機(jī)；內(nèi)部串行總線；電耦合到所述內(nèi)部串行總線的多個(gè)可尋址部件，其中，每個(gè)所述可尋址部件都包括用來與所述內(nèi)部串行總線通信的串行接口；和存儲(chǔ)器。
2.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，每個(gè)所述可尋址部件還包括唯一的地址。
3.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，每個(gè)所述可尋址部件還包括通過片選線耦合到控制器上的片選邏輯。
4.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，還包括將所述內(nèi)部串行總線耦合到主機(jī)串行總線上的主機(jī)串行接口控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是用來執(zhí)行所述光收發(fā)機(jī)的功率供應(yīng)功能的功率控制器集成電路(IC)。
6.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是耦合到所述光發(fā)射機(jī)和所述內(nèi)部串行總線上的激光驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)。
7.如權(quán)利要求6所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述激光驅(qū)動(dòng)器IC被配置用來與所述內(nèi)部串行總線傳送數(shù)字信號(hào)，其中所述數(shù)字信號(hào)表示選自下組的數(shù)據(jù)調(diào)制振幅數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換速率數(shù)據(jù)和均衡數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是耦合到所述光接收機(jī)和所述內(nèi)部串行總線的后置放大器集成電路(IC)。
9.如權(quán)利要求8所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述后置放大器IC被配置成與所述內(nèi)部串行總線傳送數(shù)字信號(hào)，其中所述數(shù)字信號(hào)表示選自下組的數(shù)據(jù)輸出振幅設(shè)置數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換速率數(shù)據(jù)、LOS閾值和狀態(tài)數(shù)據(jù)、均衡數(shù)據(jù)、接收的信號(hào)功率和信號(hào)數(shù)據(jù)的損失。
10.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是耦合到所述光發(fā)射機(jī)和所述內(nèi)部串行總線的激光偏置控制器集成電路(IC)。
11.如權(quán)利要求10所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述激光偏置控制器IC向所述光發(fā)射機(jī)提供偏置驅(qū)動(dòng)，并從所述光發(fā)射機(jī)接收功率反饋。
12.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述可尋址部件中的一個(gè)是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
13.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，每個(gè)所述可尋址部件還包括其它電路。
14.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是耦合到所述光發(fā)射機(jī)和所述內(nèi)部串行總線的激光波長控制器IC。
15.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是耦合到所述光接收機(jī)和所述內(nèi)部串行總線的APD偏置控制器IC。
16.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述可尋址部件中的一個(gè)或多個(gè)被配置用來校正確定性的抖動(dòng)。
17.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是與所述光發(fā)射機(jī)相組合的激光驅(qū)動(dòng)器IC，并且它們組合在具有單個(gè)串行接口的單個(gè)發(fā)射機(jī)光學(xué)子配件(TOSA)封裝內(nèi)。
18.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件中的一個(gè)是與激光偏置控制器IC相組合的激光驅(qū)動(dòng)器IC，并且它們組合在具有單個(gè)串行接口的單個(gè)封裝內(nèi)。
19.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，還包括直接耦合到所述內(nèi)部串行總線的前置放大器IC。
20.如權(quán)利要求19所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述前置放大器IC與所述光接收機(jī)組合在具有單個(gè)串行接口的單個(gè)接收光學(xué)子配件(ROSA)封裝內(nèi)。
21.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件選自下組激光驅(qū)動(dòng)器，激光偏置控制器，功率控制器，前置放大器，后置放大器，激光波長控制器，主控制器，電熱致冷器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，APD偏置控制器，或者這些部件的任何組合。
22.一種光收發(fā)機(jī)模塊，包括外殼；至少部分設(shè)于所述外殼內(nèi)的發(fā)射機(jī)光學(xué)子組件(TOSA)；至少部分設(shè)于所述外殼內(nèi)的接收機(jī)光學(xué)子組件(ROSA)；至少部分設(shè)于所述外殼內(nèi)的串行總線；設(shè)于所述外殼內(nèi)的主機(jī)串行接口控制器，其中所述主機(jī)串行接口控制器被配置用來將所述內(nèi)部串行總線耦合到主機(jī)串行總線；電耦合到所述內(nèi)部串行總線的多個(gè)可尋址部件，其中每個(gè)所述可尋址部件都包括用于與所述內(nèi)部串行總線通信的串行接口；和存儲(chǔ)器。
23.如權(quán)利要求22所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，每個(gè)所述可尋址部件還包括唯一的地址。
24.如權(quán)利要求22所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，每個(gè)所述可尋址部件還包括通過片選線耦合到控制器上的片選邏輯。
25.如權(quán)利要求22所述的光收發(fā)機(jī)模塊，其中，所述多個(gè)可尋址部件選自下組激光驅(qū)動(dòng)器，激光偏置控制器，功率控制器，前置放大器，后置放大器，激光波長控制器，主控制器，電熱致冷器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，APD偏置控制器，或者這些部件的任何組合。
26.一種光收發(fā)機(jī)模塊，包括光發(fā)射機(jī)；光接收機(jī)；內(nèi)部串行總線；電耦合到所述內(nèi)部串行總線的可尋址部件，其中所述可尋址部件選自下組激光偏置控制器，功率控制器，前置放大器，后置放大器，激光波長控制器，主控制器，電熱致冷器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，APD偏置控制器，或者這些部件的任何組合；其中，所述可尋址部件包括用于與所述內(nèi)部串行總線通信的串行接口；和存儲(chǔ)器。
全文摘要
光收發(fā)機(jī)模塊包括光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。光收發(fā)機(jī)模塊還包括內(nèi)部串行總線和電耦合到該內(nèi)部串行總線上的多個(gè)可尋址部件。每個(gè)可尋址部件包括用來與串行總線通信的串行接口和存儲(chǔ)器。每個(gè)可尋址部件還包括唯一的地址或通過片選線耦合到控制器上的片選邏輯。這容許數(shù)據(jù)尋址到特定的可尋址部件。這些可尋址部件可以包括激光驅(qū)動(dòng)器，激光偏置控制器，功率控制器，前置放大器，后置放大器，激光波長控制器，主控制器，電熱致冷器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，APD偏置控制器，或者前述這些部件的任何組合。
文檔編號(hào)H04B10/155GK1703853SQ200380101042
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者L·B·阿倫森, S·G·霍斯金, G·L·賴特, D·J·杜馬, M·J·法利 申請(qǐng)人:菲尼薩公司