专利名称：用于平行光连接的控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及平行光连接，特别是用于平行光连接的控制电路。
不同于以串联形式传输信号的通常单个激光(串联)传输链，一种平行光连接系统以平行形式传输信号。在传输器的运行中，数据信号以平行形式被输入到信号处理和激光驱动电路。然后该电路控制数据信号的激光光辐射的发射。在接收器中，光信号经由光检测器和信号处理电路转换回电数据信号。对于本发明的平行光连接系统，若干构成整体的垂直共振腔表面发射激光器(VCSELs)被用于从发射器进行信号发射。
尽管该具有VCSELs的平行光连接系统同通常的单个或串联传输键相比较在达到较高的数据传输速度方面获得成功，但它在平行信号处理的本质方面会产生某些性能控制及可靠性等的难题。
一个主要问题源于VCSEL的性能，由于环境条件的变化，例如温度变化，VCSELs的老化特性或在激光驱动电路中的电路特性的漂移而导致VCSELs的输出光功率的波动。在通常的单个或串联传输链中，从激光器的数据输出被编码成平衡dc，该dc平衡技术允许一个去在该激光器的一个面上设置一光检测器监视器，即不用耦合到该光纤维中。该光检测器从激光器发射的激光中接收一适当的部分，并传递一反馈信号给激光驱动电路以校正该激光器输出光功率的波动。然而，该方法对于平行光连接系统来说是不够的并有些麻烦。对每个和VCSELs的每一个，它都需要一光检测器和一反馈电路。另外，该dc平衡技术不适用于如在当前平行光连接系统中使用的非编码dc信号。
最近，发明人开发了一种新方法，将监视光检测器集成到VCSELs中以便在平行光连接系统中对激光器输出光功率提供调节，看专利申请号为08/217,531的美国专利，可结合这里的文章参看其全文作为参考。然而，对于激光器输出光功率波动的监视器及自动补偿的方法和设备仍然是极为需要的，以可靠地利用平行光连接系统。
而且，在发射器中的激光器光功率的波动影响在接收器中数据信号的恢复，这样，不管是任何信号的波动也存在着适当恢复数据信号的需要。
另一类问题来自平行处理的本质。不同于使用ac耦合接收器的通常的单个(串联)传输链，每个都有一时钟恢复电路，而平行光连接系统具有斜交，即在一组平行连接中的信号不能同时到达接收器。时钟信号在平行的分别的线上随同数据被平行传输。斜交可能由相同的因素引起，该因素导致VCSELs的输出光功率的波动。例如，由于在平行光连接系统中被传输的信号未编码和没有dc平衡，在传输期间某些VCSELs比其它传输更多的高电平(1电平)信号。这几乎就确保了这些VCSELs在运行期间具有较高的温度。该温差对VCSELs阵列的一端到另一端可能极为明显，这个激光器基片的温差恰是斜交问题的来源。
在平行光连接系统中，微弱的时钟信号可能是另一个斜交源。因为时钟信号随同数据被传输，这个时钟信号被用于提取数据信号，如果在时钟转换时间内该精确的位置不能确定，这也就产生了类似的斜交。
在传输期间因为斜交能引起数据信号的严重失真，这样也就抵消了使用平行系统的优点，对于平行光连接系统来说哪怕有极少的斜交也是很关键的。
从而本发明的一个目的是对监视器提供简单有效的电子电路，以便对由于在发射器中基片温度的变化和老化特征导致的激光输出光功率波动而在发射器和接收器中进行监视和自动补偿，并在该平行光连接系统的接收器中恢复数据信号。
本发明的另一个目的是监视该垂直共振腔表面发射激光器(VCSELs)中的一个输出并使用该输出去控制在该阵列中的其它VCSELs的输出。
本发明还有另一个目的是在平行数据信号传输中降低或避免斜交。
本发明的平行光连接系统包括一光发射器，一光接收器，和由光纤维构成的光连接器。该光发射器经由大量光纤维发射大量dcNon-Return-to-Zero(NRZ)数据信号和至少一个时钟信号到光接收器。
在本发明的一个实施例中，光发射器包括大量集成在一起的垂直共振腔表面发射激光器(VCSELs)和其中的激光驱动电路和用于高电平激光输出功率的一激光器驱动稳流器。每个激光驱动电路都有一信号输入端和一控制端。该激光驱动稳流器包括一VCSELs，对此的激光驱动电路，一光检测器，和一激光驱动电流补偿器电路。
用在激光驱动稳流器中的VCSELs被集成在利用相同处理过程的其它VCSELs的相同基片上并被选定邻接于用于时钟信号传输的该VCSEL。该驱动电流补偿器，经由光检测器高电平激光输出监视它的VCSEL的功率波动并给VCSEL驱动电路的每一个的控制端提供反馈控制信号，以对高电平激光功率波动进行自动补偿。
在本发明的另一实施例中，激光驱动稳流器包括一高电平激光驱动电流监视器，一低电平激光驱动电流监视器，和一激光驱动电平校正器。该高电平激光驱动电流监视器和该低电平激光驱动电流监视器的每一个包括一VCSEL，和其中的一激光驱动电路，一光检测器，和一驱动电流检测器。该激光驱动稳流器监视器监视高电平和低电平激光输出功率波动这两方面并反馈控制信号给每个VCSEL驱动电路，对功率波动进行补偿。
在本发明的另一实施例中，响应大量dc NRZ数据和一独立时钟信号的光接收器包括大量信号接收器和多级信号放大器和一时钟信号光电流均衡器。
该时钟光电流均衡器恢复该时钟信号并根据被恢复的时钟信号产生基准电流，进而，该信号接收器恢复利用基准电流电平的数据信号。最后，该被恢复的数据信号在从接收器输出之前利用多级信号放大器进行放大。
进一步依据本发明，利用用于时钟信号传输的而不是数据信号的更精确的定时VCSEL，利用用于时钟信号传输的至少两个VCSELs和利用数据VCSELs中的交替的时钟VCSELs可以降低或避免时钟斜交。
本发明的其它目的和特点，通过以下最佳实施例的详细描述将会更为明显。
以下介绍本发明的有关附图
图1是平行光连接系统的第一最佳实施例的光发射器的方框图；图2是平行光连接系统的第二最佳实施例的光发射器的方框图；图3是上述实施例的在光发射器中使用的共阴极VCSEL驱动电路的最佳电路结构；图4是平行光连接系统的第三最佳实施例的光接收器的方框图；图5是图4实施例中的光接收器中使用的高增益互跨阻抗放大器的电路图；图6是图4实施例的光接收器中使用的后放大器/限制器的电路图；图7是图4实施例中的光接收器使用的CMOS输出放大器的电路。
本发明的平行光连接系统包括一光发射器，一光接收器，和一光连接器。在头两个实施例中的平行光连接系统的发射器中执行Non-Return-to-Zero(NRZ)数据的连续传输。在这些实施例中的电子电路不仅能够监视由于激光器基片温度变化和激光器老化特性而引起的垂直共振腔表面发射激光器(VCSEL)的输出光功率的波动，而且能够对由于上述影响而导致的VCSEL输出功率进行自动补偿。该第三最佳实施例在接收器中被执行相同的功能。
图1是在平行光连接系统的发射器中实现的本发明第一实施例的方框图。在该实施例中假设低电平激光驱动电流非常接近于光激发射的阈值，也就是不需要补偿，它仅需要对较高电平激光输出功率中的波动进行补偿。该光发射器包括一信号传输发生器100和一用于高电平激光输出功率的激光驱动稳流器150。该信号传输发生器经由大量光连接器的光纤维传输NRZ数据和时钟信号到光接收器(未示出)。信号传输发生器100包括大量的集成在一起的VCSELs110，每一个都由一激光驱动电路120驱动。最好是，激光驱动电路一个接一个地连接到VCSELs110。每个激光驱动电路都有一信号输入端121和一控制端122。激光驱动稳流器150包括一VCSELs160，一激光驱动电路170，一光检测器180，和一激光驱动电流补偿器190。激光器160利用构成VCSELs110的相同加工过程集成在VCSELs110的同一基片上并具有相同的尺寸。激光驱动电路170和激光驱动电路120是一样的并具有一信号输入端121和一控制端122。激光驱动电流补偿器190具有一输入端191和一输出端192，该输出端被连接到每个激光驱动电路的控制端122，和输入端191被连接到光检测器180。
在同一基片上的相邻VCSELs可以制造成一致的并在L-I和I-V特性方面相互间会有极好的匹配，此外，相邻的VCSELs经历着相同的热过程并具有相同的基片温度变化，这样，一种优点是能根据对相邻VCSEL的监视来确一VCSEL的运行特性，最好是，激光驱动稳流器的VCSEL160被送在相邻于用于时钟信号传输的VCSEL，以便稳流器150精确地监视时钟信号VCSEL的运行。
在图1实施例中，50％的占空时钟信号是双工的并用于驱动在发射器中两个相邻的VCSELs，一个VCSEL110用于随同dc NRZ数据发射时钟信号到光连接器的光纤维；另一个VCSEL、激光器160用于在激光驱动稳流器中调制一激光束，以便于它能携带一相等的时钟信号。来自激光器160的光束辐射光检测器180，该光检测器180将光时钟信号转换成电时钟信号，并将电时钟信号送到激光驱动电流补偿器。该电流补偿器监视对应于高电平激光输出光功率的电流。如果高电平激光输出光功率维持在足够用于可靠发射的电平上，该驱动电流补偿器不干予。然而，当高电平激光输出光功率降落到用于最佳运行所必须的电平之下时，不管是由激光器基片温度变化引起的还是由VCSEL的老化特性引起的，该激光驱动电流补偿器190检测电流幅度并对每个激光驱动电路120提供一反馈，以便对在激光输出光功率中的波动进行补偿。其结果是，不管该激光器的任何环境变化和/或老化特性，该dc NRZ数据和时钟信号的高电平激光输出功率被维持在最佳运行范围。在最佳功率范围的发射器的选择简化了接收器的复杂性、大小和功率耗散。
本发明的第二实施例详述了由于VCSELs的激光器基片温度变化和/或老化特性而对高电平和低电平激光输出功率这两方面的自动调节。电子电路动态地确定该激光驱动电流电平是否必须被调节以便在最佳偏置点保持VCSELs对信号的传输，这样对数据就有了低误差位率。
如图2所示，响应于大量dc NRZ数据和一独立时钟信号的光发射器包括一信号传输发生器200和用于高电平和低电平输出功率这两方面的激光驱动稳流器250。该信号传输发生器用于传输dcNRZ数据和时钟信号到光连接器的大量光纤维。信号传输发生器200包括集成在一起的大量VCSELs210，每一个都由一激光驱动电路220来驱动。最好激光驱动电路220在一个对着一个的轴基础上被连接到VCSELs210。每个激光驱动电路220具有一信号输入端221和两个控制端222，223。控制端222被用于控制激光驱动电路220的低电平输出，控制端223被用于控制高电平输出。激光驱动稳流器250包括一低电平激光驱动电流监视器260，一高电平激光驱动电流监视器280，和一激光驱动电平校正器290。每个高电平激光驱动电流监视器280和低电平激光驱动电流监视器260分别包括一VCSEL262，282，一激光驱动电路264，284，一光检测器266，286，和一激光驱动电流检测器268，288。激光驱动电路264具有一信号输入端221和一低电平控制端222，和驱动电路284具有一信号输入端221和一高电平控制端223。
激光驱动电平校正器具有两个输入端和两个输出端。输入端分别被连接到高电平和低电平激光驱动电流监视器的激光驱动电流检测器；和输出端被连接到每个激光驱动电流的高电平和低电平控制端。
激光器262和282利用相同的加工处理被集成在激光器210的同一基片上一起构成激光器210，它们都具有相同的尺寸。最好是，激光器262和282被选定在相邻并热耦合用于时钟信号传输的VCSEL，这样，它们就会经受相同的热过程并具有相同的老化特性。
在图2的实施例中，50％的占空时钟信号被复制并被传送到该发射器的三个相邻VCSELs。第一VCSEL被用于随同dc NRZ数据传输时钟信号到光纤维；第二VCSEL被用在高电平激光驱动电流监视器并由高电平(即1电平)时钟信号连续驱动；和第三VCSELs被用在低电平激光驱动电流监视器并由低电平(即0电平)时钟信号连续驱动。
对高电平激光输出功率波动的监视和自动补偿类似于第一实施例的情况。在低电平激光输出功率监视和自动调节中，来自VCSEL262的激光束辐射光检测器266，光检测器266对应于时钟低信号产生一电流信号，该电流信号被送到低电平驱动电流监视器260。
激光驱动电平校正器290连续检查高电平和低电平时钟信号这二者的电流幅度并动态地确定该激光驱动电流电平是否必须要调节以保持该VCSELs210是在最佳偏置点传输信号。其结果是，dcNRZ数据和时钟信号的高电平激光输出功率被维持在最佳运行范围，而低电平激光输出功率被确定在光激射阈值电平。该实施例能使光发射器的运行避免激光器的任何环境变化和/或老化特性的影响，这样，对数据来说就有了低误差位率。
图3描述了第一和第二实施例中用在光发射器中的共阴极VCSEL驱动电路的最佳电路配置。该VCSEL驱动电路包括一高电平激光电流供应器300，一低电平激光电流供应器350，和一输入—输出控制电路330。该被传输的信号被送到图3节点311处的驱动电路和被送到VCSEL的输出端312。该电路进一步包括4个电流镜晶体管301，302；晶体管304，306；晶体管307，308；和晶体管309，310。在该最佳实施例中，两个晶体管301和302放大常数为60；两个晶体管304和307放大常数为240；晶体管306放大常数为480；晶体管308放大常数为120；和两个晶体管309和310放大常数为24。
VCSEL驱动电路的运行原理如下述。在输入输出控制电路330中，当输入信号在节点311是低电平时，晶体管303开路，即非导通或关断，和晶体管305关闭，即导通或接通。其结果是，电流不能通过晶体管303从高电平激光电流供应器流动。在低电平激光电流供应器350中，一外部电阻R1提供一电流I1到构成晶体管310和309的一通导芯片镜象电路(on-chip mirror Circuit)。该电流I1被进一步镜象到输出端312，该输出端312通过构成晶体管307和308的另一镜象电路到该共阴极VCSEL。从而，具有2I1辐度的激光驱动电流被输出到用于低电平信号传输的VCSEL。在这里有分别从镜象电路310和309和镜象电路307和308的放大常数率的积的两个因数。
当输入信号在节点311是高电平时，在输入输出控制电路330中的晶体管303被关闭。在激光高电平电流供应器330中，一外部电阻Rh提供一电流Ih到构成晶体管301和302的导通芯片镜象电路。该电流Ih通过晶体管303被进一步镜象到输出端经由构成晶体管304和306的另一镜象电路到共阴极VCSEL。基于上述类似原理获得两个因数。与此同时，来自低电平激光电流供应器350的电流2I1仍然提供给VCSEL。因而，对应于幅度等于2Ih和2I1之和的高输入信号的激光驱动电流被输出到VCSEL，用于高电平信号传输。
本发明第三实施例指明了用于建立动态阈值的方法和设备，以便于在接收器中恰当恢复dc耦合NRZ数据而不管传输衰减。
参考图4，响应于大量dc NRZ数据和一独立时钟信号的一光接收器包括一信号接收器400，一多级信号放大器440和一时钟光电流均衡器470。该信号接收器包括大量信道信号接收器430，对每个光连接器的纤维的一个进行指明；和放大器包括类似大量数目的通道放大器450。
每个信道信号接收器同样都包括一光检测器431，一P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)432，和由晶体管433和434构成的一N型场效应晶体管(NFET)镜象电路。
每个多级信道信号放大器450同样都包括一互阻抗放大器455，一后放大器/限制器460和一CMOS输出放大器465。这三个放大器相互同样的排列形式串联连接。互阻抗放大器被连接到光检测器431和图4所示每个信号接收器中的NFET镜象电路晶体管中的一个之间的节点上。
时钟光电流均衡器470被用于恢复该时钟信号和产生一电流基准电平。它包括一光检测器471，一电容器473和两个镜象电路，该镜象电路是由两个晶体管475和477构成的一PMOS镜象电路和由两个晶体管479和481构成的一NFET镜象电路。电容器473被连接在正电压和光电流均衡器470的晶体管475和477的栅极之间。光电流均衡器470的输出送到信道信号放大器450；另一输出被送到在每个信道信号接收器430的晶体管432的栅极。
用于建立动态阈值以便在接收器中恢复dc NRZ数据和时钟信号的电子电路的工作原理如下所述。当光检测器471由于被携带有时钟信号的光辐射所照射时，光检测器471产生一光电流。该时钟信号光电流然后由电容器473均衡，均衡光电流通过时钟光电流均衡器的两个镜象电路被两倍镜象并返回到节点485，和用作为一基准电流电平并输出时钟信号给连接在节点485处的互阻抗放大器455。
另外，该均衡时钟光电流用作为用于在平行光连接系统的接收器中恢复dc NRZ数据的基准电流电平。相应地，该均衡时钟光电流被传送到每个信道信号接收器的晶体管432，并给由NFET镜象电路被依次镜象到输入给互阻抗放大器455的节点435。当由光检测器产生的dc NRZ数据光电流叠加在均衡时钟光电流上时，该合成电流然后输入给互阻抗放大器和该多级放大器放大该数据信号。
图4所述互阻抗放大器用于小信号放大。图5是相应的高增益互阻抗放大器电路。晶体管501-509是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETS)，另外，放大器电路分别需要+5V和-5V一对电压源作电源。当携带有dc NRZ数据的电流信号进到输入节点520时，互阻抗放大器将该相对少的电流信号转换成两个大的电压信号并从输出端530和540输出这些信号到下一个放大器。
在互阻抗放大器的最佳实施例中，对晶体管501至508；晶体管509和510；和晶体管511至514的放大常数分别是24，60和12。
图4中的后放大器/限制器460在传导阻抗放大器455和CMOS输出放大器465之间提供一接口以便预防在放大中的任何信号波动。图6是后放大器/限制器电路图，互阻抗放大器输出端530和540被连接到后放大器/限制器的输入端620和630。晶体管601-609是MOSFET晶体管。该电路需要一对+5V和-5V电压源作为电源。晶体管605控制电路偏流；和晶体管606和607的功能是分别作为晶体管608和609的电阻负载。后放大器/限制器可以根据不同的运行方式调节信号。当它在线性范围内运行时，后放大器/限制器可以起放大器作用；当它处于饱和范围时，后放大器/限制器起限制器作用，仅输出幅度等于+5V或-5V的信号。随后，来自后放大器/限制器的端640和650的输出电路信号与输入电压信号成线性比例，和最后的NRZ数据输出在以前放大级中不会受任何大波动的影响。
后放大器/限制器的最佳实施例中，晶体管601和602；晶体管603和604；晶体管605，和晶体管606至609的放大常数分别是60，6，9和12。
图4中的CMOS输出放大器465转换放大的差动电压信号为适当的电流信号作为最后的数据输出。图7是该放大器的电路图。晶体管701-711是MOSFET晶体管，晶体管708和710形成一镜象电路，晶体管706和707是分别作为晶体管704和705的电阻负载。来自后放大器/限制器的输出电压信号被送到CMOS输出放大器的端730和740，晶体管704和705相应地在节点760和770分别产生一电压信号。在节点760的电压信号控制晶体管711并在晶体管711中产电流信号，该电流信号与在端730输入的电压信号成比例。相类似，在节点770的电压信号控制晶体管709并在晶体管709中产生一电流信号，该电流信号与输入在端740的电压信号成比例，进而，该电流信号经由晶体管708和710的镜象电路镜象到节点790。这两个电流信号在节点790被叠加在一起以便在负载750上提供一输出。其结果是，dcNRZ数据和时钟信号在平行光连接的接收器中被完全恢复成与原始信号特性相同的信号。
CMOS输出放大器的最佳实施例中，晶体管701；晶体管702和703；晶体管704和705；晶体管706和707；和晶体管708和711的放大常数分别是6，9，60，12和24。
本发明进一步的实施例将描述降低或避免从经由在平行光连接系统中的特殊配置传输时钟信号而产生的斜交问题。
降低或避免时钟信号斜交问题的一个方法是使用比在平行光连接系统发射器中的用于数据信号传输的VCSEL更精密的定时VCSEL来进行时钟信号传输。由于整个系统的性能取决于时钟信号的质量，所以就要利用比用于NRZ数据传输的VCSEL更精密的定时VCSEL来改进时钟信号传输。进一步的改进可以利用较高质量的激光驱动电路去驱动时钟信号VCSEL来达到，以便从驱动电路中使噪声的产生减至最小。
上述方法也可以用在发射器中的多重形式交叉平行VCSEL阵列中，以便进一步减小时钟斜交问题。在这种情况下，在发射器中的大量数据信号VCSELs中至少两个时钟信号VCSELs(最好是单数个VCSELs)被交替使用，每个时钟信号VCSELs传输相同的时钟信号。在接收器中，被传输的时钟信号被比较并且在多票(majority vote)决定，当在时钟信号的1电平和0电平之间传输时应选择用于数据信号的恢复。使用多重时钟信号VCSELs避免由于仅使用单时钟信号所产生的误差，这样进一步减小了时钟斜交问题。冗余方法的优点是，单时钟信号VCSEL的故障不会使平行光连接系统的正常运行受到影响。
多重时钟信号VCSELs的使用也能提供用于监视在基片上交叉VCSEL阵列的局部温度的手段。由它们被配置在VCSEL阵列的不同部分，时钟信号VCSELs具有不同的传输特性，这取决于它们被相同手段组装起来的它们的局部的温度。这样，利用监视来自嵌入在数据信号VCSEL阵列中的时钟信号VCSELs的被传输的时钟信号，这个方法允许交叉该基片上的VCSEL阵列的实际的和连续的测量。
非常明显，不脱离本发明的精神和范围，该技术领域的技术人员可以很容易作出各种修改。特别应强调的是，实现本发明的使用的光发射器类型的有效独立部分，除VCSELs之外，能有效实现同样效能的有光发射二极管(LEDs)，表面发射光发射二极管(SLEDs)，共振腔增强的LEDs(RCLEDs)和边缘发射半导体激光器。
虽然本发明已经结合最佳实施例及附图进行了全面描述，应注意，本技术领域的技术人员可以做出各种变化和修改。这些变化和修改是包括在本发明权利要求所限定的范围内，除非它们以此全然不同。
权利要求
1.响应于大量dc数据信号和一独立时钟信号的一平行光连接系统，所述系统包括一光发射器；所述光发射器包括大量集成在一起的光发射极和其中的光发射极驱动电路，每个所述光发射驱动电路具有一个信号输入端和至少一个控制端；所述信号输入端接收所述数据信号和所述时钟信号；一光接收器；所述光接收器包括大量光检测器和信号处理电路，每个所述信号处理电路具有一个信号输出端；一光连接器；所述光连接器包括大量光纤维，所述光纤维同所述光发射器的所述光发射极和所述光接收器的光检测器排成一行；和用于产生控制信号的装置，该控制信号被提供给所述光发射极驱动电路的至少一个控制端。
2.根据权利1的平行光连接系统，其中所述产生装置进一步包括用于高电平光发射极输出功率的一光发射极驱动稳流器。
3.根据权利2的平行光连接系统，其中所述光发射极驱动稳流器包括一光发射极，其中一光发射极驱动电路，一光检测器，和一光发射极驱动电流补偿器。
4.根据权利3的平行光连接系统，其中所述用于所述光发射极驱动稳流器的光发射极被设置在相邻于用在所述时钟信号传输的光发射极的基片上。
5.根据权利3的平行光连接系统，其中所述光发射极驱动电路补偿器具有一输出端，所述输出端被连接到每个所述光发射极驱动电路的所述控制端。
6.根据权利2的平行光连接系统，其中所述光发射极驱动稳流器监视它的光发射极的高电平光发射极输出功率波动并反馈给每个所述光发射极驱动电路以便对高电平光发射极功率波动进行自动补偿。
7.根据权利1的平行光连接系统，其中所述光发射器进一步包括一光发射极驱动稳流器，用于高电平和低电平光发射极输出功率这两个方面。
8.根据权利7的平行光连接系统，其中所述光发射极驱动稳流器包括一高电平光发射极驱动电流监视器，一低电平光发射极驱动电流监视器，和一光发射极驱动电平校正器。
9.根据权利8的平行光连接系统，其中所述高电平光发射极驱动电流监视器和所述低电平光发射极驱动电流监视器的每一个都包括一光发射极，其中的一光发射极驱动电路，一光检测器，和一光发射极驱动电流检测器。
10.根据权利9的平行光连接系统，其中所述用于高电平光发射极驱动电流监视器和低电平光发射极驱动电流监视器的光发射极被设置在相邻于用于所述时钟信号传输的光发射极的基片上。
11.根据权利8的平行光连接系统，其中所述光发射极驱动电平校正器具有两个输出端和两个输入端，所述输出端被连接到每个所述光发射极驱动电路的所述控制端，而所述输入端被分别连接到所述高电平和低电平光发射极驱动电流监视器的所述高电平光发射极驱动电流检测器。
12.根据权利7的平行光连接系统，其中所述光发射极驱动稳流器监视它的光发射极的高电平和低电平光发射极输出功率波动并反馈给每个所述光发射极驱动电路，以便对所述功率波动进行自动补偿。
13.根据权利1的平行光连接系统，其中所述光接收器进一步包括一时钟信号光电流均衡器。
14.根据权利13的平行光连接系统，其中所述时钟信号光电流均衡器包括一电容器和两个镜象电路。
15.根据权利14的平行光连接系统，其中所述两个镜象电路分别是P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管镜象电路和N型场效应晶体管(NFET)镜象电路。
16.根据权利14的平行光连接系统，其中所述时钟信号光电流均衡器同用于接收所述时钟信号的光检测器相连接，从所述时钟信号产生一基准电流电平，然后利用所述基准电流电平恢复所述时钟信号。
17.根据权利1的平行光连接系统，其中所述每个光接收器的信号处理电路包括一数据信号恢复电路和多级信号放大器。
18.根据权利17的平行光连接系统，其中所述数据信号恢复电路包括一PMOS晶体管和一NFET镜象电路。
19.根据权利18的一平行光连接系统，其中所述数据信号恢复电路，同所述光检测器的一个且仅只一个相连接，在所述基准电流电平的基础上恢复一个所述dc NRZ数据。
20.根据权利17的平行光连接系统，其中所述多级信号放大器包括一互阻抗放大器，一后放大器/限制器，和一CMOS输出放大器，所述三个放大器按同样顺序相互以串联形式连接。
21.根据权利17的平行光连接系统，其中所述多级信号放大器的每一个都被连接到所述光检测器中的一个且仅只一个。
22.根据权利14的平行光连接系统，其中所述电容器被连接到所述信号处理电路的每一个的所述数据信号恢复电路的所述PMOS晶体管。
23.根据权利1的平行光连接系统，其中用于传输所述时钟信号的光发射极比用于传输所述dc NRZ数据信号的光发射极是更精密地定时的。
24.根据权利1的平行光连接系统进一步包括用于时钟信号传输的至少两个光发射极，所述时钟光发射极交替配置在数据光发射极中。
25.根据权利1的平行光连接系统，其中所述发射极是垂直共振腔表面发射激光器(VCSELs)。
26.根据权利1的平行光连接系统，其中所述光发射极是光发射二极管(LEDs)。
27.根据权利1的平行光连接系统，其中所述光发射极是共振腔增强光发射二极管(RCLEDs)。
28.根据权利1的平行光连接系统，其中所述光发射极是边缘发射半导体激光器。
29.响应大量dc数据和一独立时钟信号的一光发射器，所述发射器包括大量集成在一起的光发射极和其中的光发射极驱动电路，所述光发射极驱动电路的每一个都具有一信号输入端和一控制端；和一光发射极驱动稳流器，用于高电平光发射极输出功率，所述光发射极驱动稳流器包括一光发射极，其中的一光发射极驱动电路，一光检测器，一光发射极驱动电流补偿器，和对光发射极驱动电路的所述控制端的反馈装置。
30.根据权利29的光发射器，其中所述用于光发射极驱动稳流器的光发射极被设置在相邻于用于所述时钟信号传输的一光发射极的基片上。
31.根据权利29的光发射器，其中所述光发射极驱动电流补偿器电路具有一输出端，所述反馈装置连接于所述输出端，该输出端到所述光发射极驱动电路的每一个的所述控制端。
32.根据权利29的光发射器，其中所述光发射极驱动稳流器监视其中它的光发射极的高电平光发射极输出功率的波动并反馈给每个所述光发射极驱动电路，以便对高电平光发射极功率波动进行自动补偿。
33.根据权利29的光发射器，其中所述光发射极是垂直共振腔表面发射激光器(VCSELs)。
34.响应大量dc数据和一独立时钟信号的一光发射器，所述发射器包括大量集成在一起的光发射极和其中的光发射极驱动电路，所述光发射极驱动电路的每一个都具有一信号输入端和两个信号输出端；和用于高电平和低电平输出功率这两方面的一光发射极驱动稳流器，所述光发射驱动稳流器包括一高电平光发射极驱动电流监视器，一低电平光发射极驱动电流监视器，一光发射极驱动电平校正器，和对于所述大量光发射极驱动电路的所述控制端的至少一个的反馈装置。
35.根据权利34的光发射器，其中所述高电平光发射极驱动电流监视器和所述低电平光发射极驱动电流监视器的每一个分别包括一光发射极，其中的一光发射极驱动电路，一光检测器，和一光发射极电流检测器。
36.根据权利35的光发射器，其中用于所述高电平光发射极驱动电流监视器和所述低电平光发射极驱动电流监视器这两方面的所述光发射极被设置在相邻于用于所述时钟信号传输的一光发射极的基片上。
37.根据权利35的光发射器，其中所述光发射极驱动电平校正器有两个输出端和两个输入端，和所述输出端通过所述反馈装置被连接到所述光发射极驱动电路的每一个的所述控制端，而所述输入端被分别连接到所述高电平和低电平光发射极驱动电流监视器的所述光发射极驱动电流检测器。
38.根据权利35的光发射器，其中所述光发射极驱动稳流器监视它的光发射极的高电平和低电平这两方面的光发射极输出功率的波动，并反馈给对功率动进行自动补偿的所述光发射极驱动电路的每一个。
39.根据权利38的光发射器，其中所述光发射极是垂直共振腔表面发射激光器(VCSELs)。
40.响应大量dc数据和一独立时钟信号的一光接收器，所述光接收器包括大量的信号接收器和多级信号放大器，每个所述信号接收器包括一光检测器，一P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，和一N型场效应晶体管(NFET)镜象电路；每个所述多级信号放大器包括一互阻抗放大器，一后放大器/限制器，和一CMOS输出放大器，所述三个多级信号放大器以相同方式被相互串联连接；和一时钟信号光电流均衡器，所述时钟信号光电流均衡器包括一光检测器，一电容器，两个镜象电路和用对每个信号接收器提供一控制信号的装置，该控制信号是利用所述光检测器接收的一时钟信号中导出来的。
41.根据权利40的光接收器，其中所述电容器被连接到所述信号接收器的每一个的所述PMOS晶体管。
42.根据权利40的光接收器，其中所述两个镜象电路分别是PMOS晶体管镜象电路和NFET镜象电路。
43.根据权利40的光接收器，其中所述多级信号放大器的每一个被连接到所述信号接收器的所述光检测器的一个且仅只一个。
44.根据权利40的光接收器，其中所述时钟光电流均衡器从所述时钟信号产生一基准电流电平，并进一步利用所述基准电流电平恢复所述时钟信号。
45.根据权利40的光接收器，其中所述信号接收器利用基准电流电平恢复所述数据信号和所述已被恢复的数据信号由所述多级信号放大器进行放大。
46.在响应大量dc数据信号和一独立时钟信号的一平行光连接系统中降低或避免时钟斜交的方法，所述方法包括的步骤有利用大量光源并从而产生大量光数据信号的具有第一定时精度的一光发射极传输每个所述数据信号；利用具有比所述第一定时精度更精确的第二定时精度并从而产生一光时钟信号的一光发射极传输所述时钟信号；在一遥控接收器中接收所述光数据信号和所述光时钟信号；监视用于已被发射过的输出功率的所述光时钟信号；和基于所述光时钟信号调节所述光源的输出功率。
47.在响应于大量dc数据和一独立时钟信号的平行光连接系统中降低或避免时钟斜交的方法，所述方法包括如下步骤使用至少两个光发射极，用于所述时钟信号的传输并从而产生两个光时钟信号；在一发射器中的数据光发射极中交替配置所述时钟光发射极并从而产生光数据信号；随同所述光数据信号传输所述光时钟信号；随同所述光数据信号接收所述光时钟信号；为发射输出的功率监视所述光时钟信号；和基于至少一个所述光时钟信号调节所述光源的输出功率。
48.根据权利47的在平行光连接系统中避免或降低时钟斜交的方法进一步包括的步骤有均衡所述光信号，用于确定一均衡发射的输出功率；监视所述均衡发射的输出功率；和基于所述均衡发射的输出功率调节所述光源的输出功率。
49.根据权利47的在平行光连接系统中降低或避免时钟斜交的方法进一步包括的步骤有利用如光发射极那样相同数目的光接收器用于所述时钟信号的接收；和在接收器中对应于所述时钟光发射极设置所述光检测器。
全文摘要
披露了较好地利用传输大量dc NRZ数据和一独立时钟信号的平行光连接系统的简单而有效的电子电路。本发明对在发射器和接收器这二者中的光发射极的基片温度和老化特性的影响进行动态补偿。另外，光发射极的特殊配置用于降低或避免斜交问题。
文档编号H04B10/00GK1128444SQ9511866
公开日1996年8月7日 申请日期1995年9月29日 优先权日1994年9月29日
发明者S·E·施韦亨, I·R·麦塔加特 申请人:韦塞尔公司