光学传送器及传送方法与流程

本发明涉及高速串行数据连接的通信系统，特别涉及使用通信系统通过光缆及光学传送器传送数据与控制信号的方法。

背景技术：

主动光缆(active optical cable；AOC)为一光纤缆线，其每个终端都有一插头，该插头包括光学收发模块，用以将电性信号转换为光学信号，以及将光学信号转换为电性信号。

现今通信网络愈来愈多采用主动光缆来增加传输距离。然而，由于通信网络通常使用大量的控制信号和数据信号以进行各个网络之间的连接与通信。控制信号一般藉由额外的铜线或光纤传送，以致于使用主动光缆建立通信网络的成本大幅增加。

技术实现要素：

本发明公开一种传送方法的实施例，采用一光学传送器，传送数据信号和控制信号至一目标装置的一光学接收器，该传送方法包括：提供在一第一频带内的一数据信号；提供在一第二频带内的一控制信号；结合该第一频带内的该数据信号与该第二频带内的该控制信号，产生一结合信号；以及将该结合信号转换为一输出光学信号以传送至该光学接收器，其中该控制信号用于控制该目标装置。

本发明公开一种光学传送器的实施例，该光学传送器用以传送数据信号和控制信号至一目标装置的一光学接收器，并包括一控制数据转换器、一结合器电路以及一电转光的装置。控制数据转换器用于转换一控制信号为多个连续波(CW)信号，该等连续波信号依据该控制信号的不同多个状态具有不同多个预定频率。结合器电路耦接至控制数据转换器，用于结合一第一频带内的一数据信号与该等连续波信号，以产生一结合信号。电转光的装置耦接至该结合器电路，用于将结合信号转换为一输出光学信号以传送至该光学接收器。

附图说明

本发明可通过以下详细描述与附图参考的范例得到充分了解，其中：

图1是显示根据本发明的实施例中光通信系统的方块图；

图2A是显示根据本发明的实施例中光传输装置2的电路图；

图2B是显示根据本发明的另一实施例中光传输装置2的方块图；

图3是显示根据本发明的实施例中光学接收器3的方块图；以及

图4是显示根据本发明的实施例中光传输方法的流程图。

【符号说明】

1～光通信系统；

2～光传输装置；

3～光学接收器；

4～光传输方法；

D_t1、D_t1’、D_t2、D_t2’～数据信息；

S_ca、S_ca’、S_cb、S_cb’～控制信息；

S_opt、S_opt1、S_opt2～光学信号；

14a、14b～光缆；

D_t、D_t’、D_c10’、D_c11’～数据信号；

D_tf～滤波数据信号；

D_c1、D_c2、S_c1、S_c2～控制信号；

S_comb～结合信号；

freq_c10、freq_c11、freq_c20、freq_c21～频率；

ND_C10、ND_C11、ND_C20、ND_C21～预定频率分频器比例；

10、12～光学传送装置；

24、100、122～光学传送器；

102、120～光学接收器；

22、104、124～控制器；

16～主机装置；

18～目标装置；

20～结合器电路；

200、202～切换装置；

206、207～控制数据转换器；

204～结合器；

210～高通滤波器；

208～电转光装置；

212、214～分频器；

30～光转电装置；

32、34、36～滤波器；

S400、S402、S404、S406、S408、S410～步骤。

具体实施方式

后续为实现本发明的最佳实施例的内容，而此内容的目的仅为阐释本发明的基本原理，而非用以限定本发明，并且本发明的范围应由所附的专利申请范围所界定。

本发明所述的实施例相关于光通信系统，该光通信系统可以为通用串行总线(USB)、快捷外设互联标准(PCIe)系统、高解析多媒体影音接口(HDMI)系统、显示端口(DP)系统、加速图像处理端口(AGP)系统、其他采用光纤作为传输介质的通信系统。

图1为根据本发明实施例中的一光通信系统1的方块图。光通信系统1包括主机装置16、目标装置18、以及两个通过光缆14a与14b耦接的光学传送装置10和12。光学传送装置10耦接至主机装置16。光学传送装置12耦接至目标装置18。举例而言，光学传送装置10与12以及光缆14a与14b组成一主动光缆。主机装置16利用主动光缆携带的通信信息与远距的目标装置18进行通信。主机装置16可以包括USB主机(host)装置或快捷外设互联标准(PCIe)主机装置，但不限于此。目标装置18可以包括USB装置或快捷外设互联标准装置，但不限于此。光缆14a与14b可由分离缆线或结合缆线建构。

举例而言，当光学传送装置10和12以及光缆14a与14b组成一主动光缆时，主动光缆的终端上的插头具有一外壳，能插入主机装置16和目标装置18上的电路板插口。

主机装置16能藉由两个光学传送装置10和12以及光缆14a与14b以电性形式传送数据信息和控制信息至目标装置18。目标装置18可藉由两个光学传送装置10和12以及光缆14a与14b以电性形式传送数据信息和控制信息至主机装置16。来自主机装置16的控制信息用于调节(regulate)主机装置16和目标装置18间的数据传输，或管理目标装置18的状态。在一实施例中，控制信息和数据信息属于相同通信协议。控制数据可以包括时钟信号、重置信号以及电源状态信号，但不限于此。在一优选实施例中，来自主机装置16的控制信息可用于恢复目标装置18运作的远端唤醒信号，或是用于切换目标装置18内状态机的状态的状态切换信号。

以电性信号形式获得数据信息与控制信息，接续进行编码并转换为用于光学传送装置10和12中进行光学传输的光学信号。举例而言，光学传送装置10可通过光缆14a传送包括数据信息D_t1和控制信息S_ca的光学信号S_opt1至光学传送装置12，且光学传送装置12可通过光缆14b传送包括数据信息D_t2和控制信息S_cb的光学信号S_opt2至光学传送装置10。

在运作时，光学传送装置10和12能藉由光缆14a与14b在光学信号S_opt1或S_opt2共有的第一频带内传送数据信号以及在光学信号S_opt1或S_opt2共有的第二频带内传送控制信号，得以在各自传输方向上交换数据。换句话说，光学传送装置10可藉由光缆14a在第一频带内传送数据信号以及第二频带内传送控制信号至光学传送装置12。相似地，光学传送装置12可藉由光缆14b在第一频带内传送数据信号以及第二频带内传送控制信号至光学传送装置10。此外，用于主机装置16和目标装置18进行沟通的通信协议可为USB3.0标准，但不受限于此。在USB3.0系统中，数据突爆(burst)能以5Gbps传送率进行传送，或在正常模式下编码后在500MHz和2.5GHz间的频带传送，且在闲置模式下藉由10MHz到50MHz间的低频周期信号(LFPS)互相沟通。因此，控制信号可在频带500MHz到2.5GHz以及频带10MHz到50MHz之外的频带传送。举例而言，控制信号可在低于10MHz的频率下进行传送，而不对数据信号的传输造成干扰。由于数据信息和控制信息能封装成光学信号加以传送，因此不再需要采用分离的铜线或光纤来传输光学传送装置10与12之间的控制信息，而能使用共同光缆进行光学传输，因而能降低传输系统的实现成本。

光学传送装置10包括光学传送器100、光学接收器102以及控制器104。耦接光学传送器100和光学接收器102的控制器104，用以控制光学传送器100和光学接收器102的数据流与运作。对传输路径来说，控制器104从主机装置16接收数据信息和控制信息，并将以数据形式表示的数据信息D_t1和控制信息S_ca(意即数据信号D_t1与控制信号S_ca)分别提供至光学传送器100。数据D_t1可选择地在第一频带下500MHz到2.5GHz频段内以正常模式传送，或是第一频带下10MHz到50MHz频段内以闲置模式传送。接着，控制器104对控制信息进行处理以形成数据S_ca，数据S_ca为具有不与第一频率重叠的第二频率的一连续波信号。光学传送器100输出数据D_t1和S_ca结合而成的一结合信号，然后将该结合信号转换为光学信号S_opt1，通过光缆14a传送至光学传送装置12的光学接收器120。对接收路径来说，光学接收器102由光学传送装置12接收光学信号S_opt2，将光学信号S_opt2转换回电性信号，并从电性信号中分离及还原数据信息为数据D_t2’和控制信息为数据S_cb’。控制器104能获取还原后的数据D_t2’和S_cb’并根据还原的数据D_t2’和S_cb’进行运作。

相似地，光学传送装置12包括光学传送器122、光学接收器120以及控制器124。耦接光学传送器122和光学接收器120的控制器124，乃用以控制光学传送器122和光学接收器120的数据流与运作。对接收路径来说，光学接收器120由光学传送装置10上的光缆14a接收光学信号S_opt1，将光学信号S_opt1转换回电性信号，并从电性信号中分离及还原数据信息为数据D_t1’和控制信息为数据S_ca’。控制器124能获取还原后的数据D_t1’和S_ca’并根据还原的数据D_t1’和S_ca’进行运作。对传输路径来说，控制器124从目标装置18接收数据信息和控制信息，并将以数据形式表示的数据信息D_t2和控制信息S_cb(意即数据信号D_t2与控制信号S_cb)分别提供至光学传送器122。相似地，信息D_t2可有多种选择地在第一频带下500MHz到2.5GHz频段内以正常模式传送，或是第一频带下10MHz到50MHz频段内以闲置模式传送。接着，控制器124对控制信息进行处理以形成数据S_cb，数据S_cb为具有不与第一频率重叠的第二频率的一连续波信号。光学传送器122输出数据D_t2和S_cb结合而成的一结合信号，然后将该结合信号转换为光学信号S_opt2，通过光缆14b传送至光学传送装置10。

光学通信系统1允许光学传送装置10和光学传送装置12以未重叠频带方式藉由光学信号传送数据信息和控制信息。也就是说，无需为了传送控制信息而生成专用的光学信号。以上述方式，降低建立光学通信系统1的实现成本。

图2A为根据本发明实施例中的一光学传输装置2的电路图。光学传输装置2可作为图1的光学传送装置10或12。

光学传输装置2包括控制器22、结合器电路20、以及光学传送器24。结合器电路20包括控制数据转换器206和207以及结合器204。光学传送器24包括电转光(E/O)装置208。在某一实施例中，结合器电路20可为独立电路，或可整合进控制器22内。在某一实施例中，结合器204可被并入光学传送器24，而两个控制数据转换器206和207可被并入控制器22。

数据D_t为高速数据，其数据频率在500MHz到2.5GHz之间(换句话说，在第一频带内提供数据)。在某一实施例中，数据相容于USB3.0标准。在图2A中，两个控制数据转换器206和207分别将电性的控制信号转换为具有不同频率的两个不同的连续波信号。两个不同连续波信号的频率和数据D_t的数据频率不重叠。在某一实施例中，控制数据转换器根据控制信号的状态，以一预定频率将控制信号转换为连续波信号。在某一实施例中，电性的控制信号D_c1具有两个有效状态。例如其中一种状态为“1”，代表逻辑高电位，另一种状态为“0”代表逻辑低电位。若控制信号D_c1为逻辑高电位时，控制数据转换器206将控制信号D_c1以第一预定频率转换为连续波信号。相似地，若控制信号D_c1为逻辑低电位时，控制数据转换器206以第二预定频率将控制信号D_c1转换为另一连续波信号。在替代实施例中，第一预定频率可代表电性的控制信号处于一有效状态，而不在第一预定频率可代表电性的控制信号处于另一有效状态。除此之外，第一预定频率和第二预定频率两者皆低于数据信号的频带。

请参考图2A，两个切换装置200和202能够作为上述控制数据转换器。控制信号D_c1和D_c2分别作为用于控制切换装置200和202的切换控制信号SW1和SW2。频率freq_c10、freq_c11、freq_c20、和freq_c21不同于数据D_t的数据频率，并且可为低频率范围，例如小于20MHz，但不受限于此。4个频率freq_c10、freq_c11、freq_c20、和freq_c21可从一单一信号源产生，或可从不同信号源产生。再者，频率freq_c10、freq_c11、freq_c20、和freq_c21各自不同，freq_c10和freq_c11分别代表控制信号D_c1的两个状态，freq_c20和freq_c21分别代表控制信号D_c2的两个状态。举例而言，频率freq_c10和freq_c11可分别为4MHz和5MHz。当控制信号D_c1为第一逻辑状态时，切换装置200选择频率freq_c10(4MHz频率)作为一电性的控制信号S_c1输出至结合器204。当控制信号D_c1为第二逻辑状态时，切换装置200选择频率freqc11(5MHz频率)作为一电性的控制信号S_c1输出至结合器204。切换装置202以相同方式运作。当控制信号D_c2为第一逻辑状态时，切换装置202选择频率freq_c20作为电性的控制信号S_c2输出至结合器204。当控制信号D_c2为第二逻辑状态时，切换装置202选择频率freq_c21作为电性的控制信号S_c2输出至结合器204。除此之外，在抵达结合器204之前通过高通滤波器210对数据D_t滤波，产生一滤波数据信号D_tf，以确保数据信号D_t更为精确。切换装置200和202通过控制信号D_c1和D_c2选择频率freq_c10、freq_c11、freq_c20和freq_c21，将选到的频率(电性的控制信号S_c1和S_c2)分别输出至结合器204，该结合器204结合所选择的频率和滤波数据信号Dtf以产生一结合信号S_comb。由于频率freq_c10、freq_c11、freq_c20、和freq_c21以及数据D_t的频率互不重叠，所以不会在结合信号S_comb内互相造成干扰。

电转光装置208包括激光二极管(未图示)或其他能替换激光二极管的合适激光装置。激光二极管产生具有预定载波频率和宽频带宽的光学载波信号。电转光装置208从结合器204接收结合信号S_comb，以光学载波信号调制结合信号S_comb，通过光纤(未图示)输出进行沟通之用的光学信号S_opt。在某一实施例中，电转光装置208仅会接收结合信号S_comb且将结合信号S_comb转换为光学信号S_opt，用于后续的任何传输模式。

请参照图2B，此图是根据本发明的光学传输装置2的另一实施例的电路图。图2A与图2B的不同之处在于控制数据转换器是被两个可编程分频器214与212所实现。该两个可编程分频器214与212都能从频率源freq接收相同频率。控制信号D_c1和D_c2被当作为分频器控制信号，分别根据控制信号D_c1和D_c2的状态选择相对应的分频器比例。当控制信号D_c1为第一逻辑状态，分频器214选择第一预定频率分频器比例ND_C10，输出一频率freq_c10(为4MHz)作为一电性的控制信号S_c1传送至结合器204。当控制信号D_c1为第二逻辑状态，分频器214选择第二预定频率分频器比例ND_C11，输出一频率freq_c11(为5MHz)作为一电性的控制信号S_c1传送至结合器204。分频器212以相同方式操作。当控制信号D_c2为第一逻辑状态，分频器212选择第三预定频率分频器比例ND_C20，输出一频率freq_c20来作为一电性的控制信号Sc2，传送至结合器204。当控制信号D_c2为第二逻辑状态，分频器212选择第四预定频率分频器比例NDC21，输出一频率freq_c21来作为一电性的控制信号S_c2，传送至结合器204。频率freq_c10、freq_c11、freq_c20、和freq_c21不同于数据D_t的数据频率，并且可位在低频率范围，例如低于20MHz，但不限于此。除此之外，在抵达结合器204之前通过高通滤波器210对数据D_t滤波，产生一滤波数据信号D_tf，以确保数据信号Dt更为精确。结合器204结合控制数据转换器206和207的输出频率与滤波数据信号D_tf产生一结合信号S_comb。由于频率freq_c10、freq_c11、freq_c20、和freq_c21以及数据D_t的频率互不重叠，所以不会在结合信号S_comb内互相造成干扰。虽然图2A与图2B仅显示两个控制信号D_c1和D_c2，本领域技术人员可根据公开于实施例中的相同原则，认知两个以上的控制数据可被转换并多工成为光学信号S_opt。

光学传送装置10和12允许主机装置16和目标装置18在未重叠频率上藉由光学信号传送数据信息和控制信息，以降低光缆的实现成本。

图3是根据本发明实施例中的一光学接收器3的区块图。光学接收器3可作为图1的光学接收器102和120。光学接收器3接收光学信号S_opt用以通过光缆传输，并由光学信号S_opt还原回电性的数据和控制信号。

光学接收器3包括光转电装置和滤波器32、34和36。光转电装置30包括光检测器(未图示)与转阻放大器(Transimpedance Amplifier，TIA)(未图示)。光检测器检测光学信号S_opt的光波，并且转阻放大器将检测到的光学信号S_opt转换为对应的电性信号。

滤波器32、34和36分别用于过滤电性的数据信号D_t’、频率freq_c10和freq_c11。滤波器32、34和36可为带通滤波器，允许电性的数据和控制信号从已转换的电性信号分离。滤波器32、34和36的操作频段可预先决定以符合光学传输装置载明(set out)的频谱设计。或是光学接收器3也可包括频率检测电路(未图示)，用以主动检测光学信号S_opt中所有可用的频率组成，并对应滤波器32、34和36配置其操作频段。举例而言，滤波器32可配置为分离出500MHz–2.5GHz频带间的信号，滤波器34可配置为分离出以4MHz为中心的频带信号，以及滤波器36可配置为分离出以5MHz为中心的频带信号。在另一实施例中，带通滤波器(未图示在图3)会加在滤波器34和36之前，用以滤除较低的频率范围，例如20MHz以下。除此之外，由于滤波器32被配置为分离占据最高频谱的电性的数据信号D_t’，滤波器32也可为高通滤波器。图3没有显示用于滤除freq_c20和freq_c21的对应滤波器。

光学接收器3允许主机装置和目标装置由一光学信号中辨识出数据信息和控制信息，以降低光缆的实现成本。

图4是根据本发明实施例中的一光学传输方法4的流程图，此方法配合图1的光学通信系统1和图2A、图2B的光学传输装置2。当主机装置16或目标装置18要通过主动光缆传送数据信号和控制信号时，会启动此光学传输方法。

该光学传输方法启动后，主机装置16会藉由主动光缆连接至目标装置18，准备通过主动光缆14a传送数据和控制信息(S400)。

接着，提供在第一频带内的电性的数据信号D_t(S402)。在某一实施例中，光学传送器100被配置为传送在第一频带中电性的数据信号D_t。第一频带的范围可在500MHz和2.5GHz之间。另外，高通滤波器210会预先对数据D_t滤波，以产生一滤波数据信号D_tf，以便确保数据信号D_t更为精确。

同时，提供在第二频带内的电性的控制信号S_c(S404)。第二频带未与第一频带重叠，且第二频带的范围可例如在0Hz和10MHz之间。电性的控制信号D_c和数据信号D_t属于相同通信通信协议。

在某些实施例中，光学传送器100被配置为传送电性的控制信号D_c，且根据电性的控制信号D_c的状态，转换电性的控制信号D_c至第二频带内的电性的控制信号S_c。控制数据转换器被实现于光学传送器100，且被配置为根据电性的控制信号D_c的状态，转换电性的控制信号D_c至第二频带内的电性的控制信号S_c。在某一实施例中，控制数据转换器根据控制信号的状态，转换控制信号至第二频带内的连续波信号。在某一实施例中，电性的控制信号D_c具有两个有效状态。举例而言，“1”表示逻辑为高电位状态，而“0”表示逻辑为低电位状态。如果控制数据D_c表示高电位状态时，控制数据转换器转换控制数据D_c为具有第一预定频率的一连续波。相似地，如果控制数据D_c表示低电位状态时，控制数据转换器转换控制数据D_c为具有第二预定频率的一连续波。在其他实施例中，第一预定频率可表示电性的控制信号是在一有效状态，而不在第一预定频率可表示电性的控制信号是在另一有效状态。除此之外，第一预定频率与第二预定频率都低于数据信号的频带。

在其他实施例中，光学传送器100转换电性的控制信号D_c为仅代表电性的控制信号D_c的预定频带状态的一电性的控制数据S_c。也就是说，当未接收到电性的控制信号S_c，光学接收器120自动地认知电性的控制信号D_c为预定状态以外的状态，并且当接收到电性的控制信号S_c，光学接收器120自动地认知电性的控制信号D_c为预定状态。

结合器电路20接着结合第一频带内的数据信号D_t或已滤波的数据信号D_tf和第二频带内的电性的控制信号S_c，以产生一结合信号S_comb(S406)。因为数据信号和电性的控制信号采用未重叠频带，所以两信号在结合信号S_comb中不会互相干扰。

最后，电转光装置208用于转换结合信号S_comb为一输出光学信号S_opt(S408)，并通过光缆传送输出光学信号S_opt至目标装置18。由于数据和控制信号能载波于同一光学信号S_opt而不互相干扰，所以只需一条光缆便可进行传输。因此，降低建立光学通信网络的实现成本。

虽然前述段落的实施例使用主机装置16显示光学传输方法的每一步骤。应当了解目标装置18也能采用光学传输方法进行从目标装置18到主机装置16的传输。

光学传输方法允许主机装置和目标装置在未重叠频带上藉由光学信号传送数据信息和控制信息，故可降低建立光学通信系统1的实现成本。

在本发明使用的用词“判断”，包含演算、计算、运算、取得、调查、查询(例如：查询表格、数据库或是其他数据结构)、断定等含意。“判断”也包含解决、选择、挑选、建立等含意。

藉由通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、特定应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程规划逻辑元件(Field Programmable Gate Array，FPGA)或其他可程控逻辑元件、离散式逻辑电路或晶体管逻辑门、离散式硬件元件、电性元件、光学元件、机械元件或用于执行本发明所描述的执行功能的任意组合，实现或表现公开于本发明描述的各种逻辑区块、模块、以及电路。通用处理器可以为微处理器，或者，该处理器可以为任意商用处理器、控制器、微处理器或状态机。

藉由电路硬件或是被处理器执行及存取的嵌入式软件代码，实现公开于本发明描述中各种逻辑区块、模块、以及电路的功能与操作。

虽然通过范例与实施例代表方式描述本发明，然而本发明并非限制于公开的实施例。相反地，本发明企图涵盖各种的修改与相似的配置(对于本领域技术人员是显而易见的)。因此，附属权利要求书应根据最广的解译方式以包含所有修改与相似的配置。