通过非线性器件处理数字信号的方法和使用该方法的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及通过非线性器件处理数字信号的方法。数字信号进行从第一电平到第二电平的第一跃迁。所述方法包括预加重数字信号的步骤；和由非线性器件处理预加重的数字信号的步骤。预加重数字信号的步骤包括：当第一电平低于第二电平时，通过在第一跃迁之前对第一电平施加负尖峰来预加重数字信号；和/或当第一电平高于第二电平时，通过在所述第一跃迁之前对第一电平施加正尖峰来预加重数字信号。本发明还涉及使用上述方法的设备。
【专利说明】通过非线性器件处理数字信号的方法和使用该方法的设备 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及用于改进被高速传输通过非线性电气和/或光学器件的信号的品质 的方法。本发明还涉及使用这一方法的设备。 【背景技术】
[0002] 由于在近来开发出的具有例如25Gbps的数据传输速率的通信系统中的高速率数 据，信号完整性已经成为主要关注点。
[0003] 信号品质降级的原因之一是信号通过带宽受限通道的传输，即在该通道中，传输 在某一频率(截止频率)之上明显降低。将信号传送通过这种通道导致高频成分的衰减。对 于传输信号的这种过滤影响到达接收器的脉冲的形状。不仅脉冲在其码元周期内的形状被 改变，而且其还扩大到随后的码元周期。当信号传输通过这种通道时，各个体码元的扩展脉 冲将干扰随后的码元。
[0004] 带宽限制能够起因于有源部件或介质的物理性质；例如，在25Gbps的比特率下， 在电气链路中使用的铜电缆可具有截止频率，在该截止频率之上，实际上无传输信号会被 传送。因此，为提供用于高速数据传输应用(例如，25Gbps的比特率)的足够带宽，光链路是 倡议的。但是，数据经过光链路的传输涉及电数字信号到光信号的变换。
[0005] 激光二极管，诸如垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)惯常地用于电信号到光信号的转变。但是，激光二极管是非线性器件，因此 激光二极管影响其输出脉冲的形状。具体的，脉冲失真能够导致码间干扰。
[0006] 图1示出了用于将电数字信号转变为光信号且将光信号输出到光纤的常规发送 器的示意图。常规的发送器1〇〇包括预加重（pre-emphasis)驱动器101 (使信号预失真） 和与所述预加重驱动器101相连的激光二极管102。预加重驱动器101适合于在其输入端 接收电信号，预加重接受的信号，并且输出预失真的电脉冲。激光二极管102适合于在其输 入端接收来自预加重驱动器101的这种电脉冲，将接收的电脉冲转变为光信号，并且将光 信号输出到光纤（图1未不出）。
[0007] 常规发送器100的由预加重驱动器101执行的脉冲整形借助于图2来说明。曲线 201表示输入到预加重驱动器101的数字(二进制)信号的脉冲的形状。该脉冲进行从低电 平电平）到高电平(" 1"-电平）的第一正跃迁，在脉冲长度期间在高电平处保持大致 恒定，之后进行从高电平到低电平的第二负跃迁。为清楚起见，"1"-电平定义为高电平， 电平定义为低电平，正跃迁定义为从低电平到高电平的跃迁，并且负跃迁定义为从信 号的高电平到低电平的跃迁。曲线202表示在矩形脉冲201被应用到预加重电路101的输 入端时预加重电路101输出的信号的形状。该曲线展现紧邻地在从电平到"1"-电 平的跃迁(正跃迁）之后的正尖峰（overshoot)和紧邻地在从"1"-电平到电平的跃 迁（负跃迁）之后的负尖峰（undershoot)。具体的，曲线202进行从电平到"1"-电 平的跃迁，过冲"1"-电平，弛豫到"1"-电平，进行从"1"-电平到电平的跃迁，下冲 电平，然后弛豫到电平。
[0008] 因此，常规发送器100的预加重驱动器101适合于在从一个二进制信号电平到另 一二进制信号电平的跃迁期间和/或之后马上使电数字信号加重/达到尖峰。
[0009] 图2还示出了被无该预失真的信号激发的带宽受限制的部件输出的信号的形状 以及被具有该预失真的信号激发的带宽受限制的部件输出的信号的形状。曲线212展现了 与曲线211相比在低电平和高电平之间的更陡峭的跃迁。对于在脉冲201和202施加在其 输入端时表示出正尖峰和跳动（ringing)的非线性器件的情形，将会观察到输出信号的形 状分别类似于曲线221和222。在此，与脉冲221相比，脉冲222展现出短的跃迁时间(更快 的边沿)。换句话说，在从一个二进制信号电平至另一个二进制信号电平的跃迁期间和/或 之后马上预加重电脉冲/使电脉冲达到尖峰缩短了脉冲边沿处的跃迁时间。图3详细描述 了非线性部件的该特性。
[〇〇1〇] 图3示出了在由预加重驱动器101驱动时由激光二极管102输出的光信号（按照 光强度)。曲线302表示当与图2中的曲线202相对应的电脉冲，即示出在从一个二进制电 平到另一个二进制电平的跃迁期间/之后的预加重的电脉冲，被施加在激光二极管102的 输入端时，激光二极管102输出的光脉冲的形状。曲线301表示当与图2的曲线201对应 的电脉冲，即无预加重的电脉冲，被施加在激光二极管102的输入端时，激光二极管102输 出的光脉冲的形状。
[0011] 曲线301展现了在从电平到"1"-电平的跃迁之后的正尖峰和从电平 到"1"-电平的跃迁之后的负尖峰。该正尖峰/负尖峰起因于激光二极管102的自谐振(弛 豫振荡)，因此是激光二极管102输出的光脉冲固有的。具体的，曲线301进行从电平 至电平的跃迁，因固有的正尖峰而过冲"1"-电平，停留到"1"-电平，进行从"1"-电 平到电平的跃迁，因固有的负尖峰而下冲电平，然后停留到电平。
[0012] 图3的曲线302还展现了在从电平到"1"-电平的跃迁后的正尖峰和在从 "1"-电平到电平的跃迁后的负尖峰。曲线302的正尖峰由于在激光二极管102的 输入端施加的预加重的电脉冲引起的正尖峰而超过激光二极管102的固有的正尖峰。曲线 302的负尖峰由于在激光二极管102的输入端施加的预加重的电脉冲引起的负尖峰而超过 激光二极管102的固有的负尖峰。具体的，曲线302进行从电平到"1"-电平的跃 迁，以由激光二极管102的固有正尖峰和预加重的电气输入脉冲的正尖峰两者引起的合成 正尖峰过冲"1"-电平，然后弛豫到"1"-电平，进行从"1"-电平到电平的跃迁，以 由激光二极管102的固有负尖峰和预加重的电气输入脉冲的负尖峰两者引起的合成负尖 峰下冲电平，然后弛豫到电平。
[0013] 当彼此比较图3的曲线302和301时，预加重驱动器101对于激光二极管102输 出的光信号的影响变得明显。这一比较显示曲线302中从一个光能级到另一光能级的跃迁 时间较短。在从一个二进制电平到另一个二进制电平的跃迁期间和/或之后立即预加重激 光二极管102的输入脉冲/使该输入脉冲达到尖峰使得激光二极管输出的光信号的边沿变 陡峭。
[0014] 但是，光脉冲的大正尖峰增大了到"1"-电平的弛豫期间的振荡可能性。另外，光 脉冲的大负尖峰增大了到电平的弛豫期间的振荡可能性。这些弛豫振荡延长了围绕 光能级的光信号稳定所需的时间。但是，如果脉冲持续时间太短而不能确保光信号的稳定 性(定形)，可能发生码间干扰。这对于光信号的信号完整性是不利的。
【发明内容】
[0015] 因此本发明的目的在于提供一种改进被传输通过非线性器件和/或带宽受限的 通道的数字信号的信号品质/完整性的方法。本发明的另一目的在于提供一种使用该方法 的设备。这些目的通过如在独立权利要求中提出的特征来实现。本发明的进一步有利实施 例在从属权利要求中提出。
[0016] 本发明基于这样的构思，即在脉冲的跃迁/边沿之前预加重数字（二进制）信号 的脉冲有效地缩短了脉冲的上升时间和下降时间。
[0017] 本发明还认识到，与激光二极管响应于在跃迁之后具有预加重的电脉冲输出的光 脉冲相比，激光二极管响应于在跃迁之前具有预加重的电脉冲输出的光脉冲具有更短的跃 迁时间。另外，与响应于在跃迁之后/期间具有预加重的脉冲输出的光脉冲相比，响应于在 跃迁之前具有预加重的脉冲的光脉冲具有更好的信号品质。 【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1示出了用于将电数字信号转换为光信号的常规发送器的示意图；
[0019] 图2示出了由常规发送器的预加重驱动器执行的脉冲整形；由带宽受限的部件过 滤之后的脉冲形状；以及在传送过非线性部件之后的脉冲形状；
[0020] 图3更详细地示出了由常规发送器的激光二极管输出的光脉冲的形状；
[0021] 图4示出了根据本发明的发送器的示意图；
[0022] 图5a示出了输入到本发明的发送器的预加重驱动器的正二进制脉冲的形状和由 预加重驱动器响应于正二进制输入脉冲而输出的脉冲的形状；
[0023] 图5b示出了输入到本发明的发送器的预加重驱动器的负二进制脉冲的形状和由 预加重驱动器响应于负二进制输入脉冲而输出的脉冲的形状；
[0024] 图5c示出了输入到本发明的发送器的预加重驱动器的正四电平脉冲的形状和由 预加重驱动器响应于正四电平输入脉冲而输出的脉冲的形状；
[0025] 图5d示出了输入到本发明的发送器的预加重驱动器的负四电平脉冲的形状和由 预加重驱动器响应于负四电平输入脉冲而输出的脉冲的形状；
[0026] 图6示出了由激光二极管响应于由本发明的发送器的预加重驱动器输出的脉冲 而输出的光脉冲的形状。 【具体实施方式】
[0027] 现在参考图4,示出了根据本发明的发送器的有利实施例。根据本发明的发送器 400包括预加重驱动器401和连接到预加重驱动器401的非线性器件402。预加重驱动器 401适合于在其输入端接收包括至少一个（二进制）脉冲的电数字信号，使接收的电数字信 号预加重/达到尖峰，并且输出预加重的电数字信号。非线性器件402适合于在其输入端 接收由预加重驱动器401输出的预加重的电数字信号，处理接收的信号，并且将数字信号 输出到传输媒质（图4未示出）中。非线性器件402是激光二极管、发光二极管、晶体管和放 大器中的任何一种。依据使用的非线性器件402,非线性器件402输出的数字信号是电信号 或者光信号中任一种。
[0028] 现在参考图5a到5d，说明预加重驱动器401对于接收的电数字信号的影响。
[0029] 在图5a中，曲线501表示输入到预加重驱动器401的数字（二进制）信号的脉冲 的形状。该脉冲进行从低电平电平）到高电平（"1"-电平）的第一正跃迁，在脉 冲的持续时间上以高电平保持大致恒定，之后进行从高电平到低电平的第二负跃迁。曲线 502表示预加重电路401响应于脉冲501输出的信号的形状。该曲线展现紧邻地在从低电 平到高电平的正跃迁之前(或紧接于该正跃迁）的负尖峰和紧邻地在从高电平到低电平的 负跃迁之前(或紧接于该负跃迁)的正尖峰。具体的，曲线502以负尖峰503下冲低电平，进 行从低电平到高电平的第一跃迁，以高电平保持大致恒定，以正尖峰504过冲高电平，进行 从高电平到低电平的第二跃迁，然后保持大致恒定至低电平。
[0030] 图5a所示的脉冲501是为清楚起见选取的具体示例。但是，本发明不局限于该示 例，而还可应用于图5b所示的倒脉冲511。这一脉冲以高电平电平）开始，进行从 高电平到低电平（"-Γ-电平）的第一负跃迁，在脉冲宽度期间以低电平保持近似恒定，之 后进行从低电平到高电平的第二正跃迁。图5b中的曲线512表示根据本发明的预加重电 路响应于脉冲511输出的信号的形状。该曲线展现紧邻地在从高电平到低电平的负跃迁之 前(或紧接于该正跃迁）的正尖峰和紧邻地在从低电平到高电平的正跃迁之前(或紧接于该 负跃迁)的负尖峰。具体的，曲线512以正尖峰513过冲高电平电平），进行从高电 平到低电平电平）的第一跃迁，以低电平保持大致恒定，以负尖峰514下冲低电平 ("-Γ-电平），进行从低电平到高电平的第二跃迁，然后以高电平保持大致恒定。另外，脉 冲并不需要是脉冲序列的一部分。本发明还应用于单个脉冲信号，也称作单脉冲。
[0031] 发送器400的预加重驱动器401适合于紧邻地在从一个二进制信号电平到另一个 二进制信号电平的跃迁之前使电数字信号的（二进制）信号电平加重/达到尖峰。
[0032]
【权利要求】
1. 一种用于通过非线性器件处理数字信号的方法，所述数字信号进行从第一电平到第 二电平的第一跃迁，所述方法包括： 预加重所述数字信号的步骤；和 通过所述非线性器件处理所述预加重的数字信号的步骤； 其特征在于，预加重所述数字信号的步骤包括： 当所述第一电平低于所述第二电平时，通过在所述第一跃迁之前对所述第一电平施加 负尖峰来预加重所述数字信号；和/或 当所述第一电平高于所述第二电平时，通过在所述第一跃迁之前对所述第一电平施加 正尖峰来预加重所述数字信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一跃迁之后，所述数字信号进一步进行 从所述第二电平到第三电平的第二跃迁，并且 预加重所述数字信号的步骤进一步包括： 当所述第二电平高于所述第三电平时，通过在所述第二跃迁之前对所述第二电平施加 正尖峰来预加重所述数字信号；和/或 当所述第二电平高于所述第三电平时，通过在所述第二跃迁之前对所述第二电平施加 负尖峰来预加重所述数字信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一电平不同于所述第三电平。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一电平与所述第三电平一致。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中，在所述第一跃迁之前，所述数字信号进一步 进行从第四电平到所述第一电平的第三跃迁， 当所述第一电平低于所述第二电平时，在所述第一跃迁之前施加于所述第一电平的负 尖峰与接近所述第三跃迁相比更接近所述第一跃迁， 当所述第一电平低于所述第二电平时，在所述第二跃迁之前施加于所述第二电平的正 尖峰与接近所述第一跃迁相比更接近所述第二跃迁， 当所述第一电平高于所述第二电平时，在所述第一跃迁之前施加于所述第一电平的正 尖峰与接近所述第三跃迁相比更接近所述第一跃迁，并且 当所述第一电平高于所述第二电平时，在所述第二跃迁之前施加于所述第二电平的负 尖峰与接近所述第一跃迁相比更接近所述第二跃迁。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，施加于所述第一电平的所述负尖峰 紧邻地在所述第一跃迁之前，或者 施加于所述第二电平的所述负尖峰紧邻地在所述第二跃迁之前，或者 施加于所述第二电平的所述正尖峰紧邻地在所述第二跃迁之前，或者 施加于所述第一电平的所述正尖峰紧邻地在所述第一跃迁之前。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一电平、所述第二电平和所 述第三电平均具有相同的极性。
8. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一电平、所述第二电平和所 述第三电平中的一个电平具有第一极性，并且所述第一电平、所述第二电平和所述第三电 平中的另一电平具有不同于所述第一极性的第二极性。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述非线性器件是激光二极管、发 光二极管、光电二极管、晶体管或者放大器中的任一种。
10. 用于通过非线性器件处理数字信号的设备，所述数字信号进行从第一电平到第二 电平的第一跃迁，所述设备包括： 预加重驱动器（401)，所述预加重驱动器用于预加重所述数字信号；和 非线性器件（402)，所述非线性器件用于处理由所述预加重驱动器（401)输出的所述 预加重的数字信号； 其特征在于， 所述预加重驱动器（401)适合于在所述第一电平低于所述第二电平时通过在所述第 一跃迁之前将负尖峰施加到所述第一电平来预加重所述数字信号；和/或 适合于当所述第一电平高于所述第二电平时，通过在所述第一跃迁之前对所述第一电 平施加正尖峰来预加重所述数字信号。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中，在所述第一跃迁之后，所述数字信号进一步进 行从所述第二电平到第三电平的第二跃迁，并且 所述预加重驱动器（401)进一步适合于在所述第二电平高于所述第三电平时通过在 所述第二跃迁之前将正尖峰施加到所述第二电平来预加重所述数字信号；和/或 适合于当所述第二电平高于所述第三电平时，通过在所述第二跃迁之前对所述第二电 平施加负尖峰来预加重所述数字信号。
12. 根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一电平不同于所述第三电平。
13. 根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一电平与所述第三电平一致。
14. 根据权利要求12或13所述的设备，其中，在所述第一跃迁之前，所述数字信号进一 步进行从第四电平到所述第一电平的第三跃迁， 当所述第一电平低于所述第二电平时，在所述第一跃迁之前施加于所述第一电平的负 尖峰与接近所述第三跃迁相比更接近所述第一跃迁， 当所述第一电平低于所述第二电平时，在所述第二跃迁之前施加于所述第二电平的正 尖峰与接近所述第一跃迁相比更接近所述第二跃迁， 当所述第一电平高于所述第二电平时，在所述第一跃迁之前施加于所述第一电平的正 尖峰与接近所述第三跃迁相比更接近所述第一跃迁，并且 当所述第一电平高于所述第二电平时，在所述第二跃迁之前施加于所述第二电平的负 尖峰与接近所述第一跃迁相比更接近所述第二跃迁。
15. 根据权利要求10至14中任一项所述的设备，其中，施加于所述第一电平的所述负 尖峰紧邻地在所述第一跃迁之前，或者 施加于所述第二电平的所述负尖峰紧邻地在所述第二跃迁之前，或者 施加于所述第二电平的所述正尖峰紧邻地在所述第二跃迁之前，或者 施加于所述第一电平的所述正尖峰紧邻地在所述第一跃迁之前。
16. 根据权利要求11至15中任一项所述的设备，其中，所述第一电平、所述第二电平和 所述第三电平均具有相同的极性。
17. 根据权利要求11至15中任一项所述的设备，其中，所述第一电平、所述第二电平和 所述第三电平中的一个电平具有第一极性，并且所述第一电平、所述第二电平和所述第三 电平中的另一电平具有不同于所述第一极性的第二极性。
18. 根据权利要求10至17中任一项所述的设备，其中，所述非线性器件（402)是激光 二极管、发光二极管、光电二极管、晶体管或者放大器中的任一种。
19. 用于将数字信号传输过传输媒质的发送器（400)，包括根据权利要求10至18中任 一项所述的设备。
20. 根据权利要求19所述的发送器，其中，所述非线性器件（402)是激光二极管，而所 述传输媒质是光纤。
21. 包括根据权利要求19或20所述的发送器的通信系统。
【文档编号】H04B10/50GK104104449SQ201410132306
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2013年4月3日
【发明者】M.G.查辛斯基, N.P.奇迪卡 申请人:泰科电子瑞典控股有限责任公司