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技術 電力効率の良い適応型受信機アーキテクチャ

出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
発明者 ペタル・ケー・ペペルユーゴスキーメフメット・ソユールアレクサンダー・ヴィー・リリャコフクリント・リー・ショウ
出願日 2011年12月5日 (8年4ヶ月経過) 出願番号 2011-265829
公開日 2012年7月12日 (7年9ヶ月経過) 公開番号 2012-134962
状態 特許登録済
技術分野 光通信システム
主要キーワード 適応調節 システム性能要件 送信機チップ 本発明原理 共通論理 仮想ハード 伝搬データ 自動利得増幅器
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図面 (10)

課題

解決手段

光信号を処理するためのシステム及び方法が開示される。光信号は電圧信号に変換され、電圧信号が増幅される。さらに、信号強度及び/又は信号品質パラメータ監視され、信号強度及び/又は信号品質パラメータの示度が生成される。さらに、示度に基づいて変換又は増幅に関する利得及び/又は動作帯域幅を調節して、光受信機の電力消費を減少させることができる。

概要

背景

通常の光受信機の用途において、入力光強度は6dB−20dBの範囲で変化し、より低い領域がマルチモード・ファイバリンクにおいてより一般的であり、より高い領域はシングル・モード・ファイバにおいてより一般的である。このように大きなダイナミックレンジ適応するために、受信機は、最低の指定された入力光強度に対して強いデジタル出力を生成するのに十分な利得を与えるように設計される。さらに、出力信号直線性(linearity)の維持もまた重要な問題である。従って、出力信号の直線性を維持するために、光受信機は、入力信号強度に依存しない可変利得増幅器又は自動利得制御を利用する。

概要

電力効率の良い適応型光受信機アーキテクチャを提供する。光信号を処理するためのシステム及び方法が開示される。光信号は電圧信号に変換され、電圧信号が増幅される。さらに、信号強度及び/又は信号品質パラメータ監視され、信号強度及び/又は信号品質パラメータの示度が生成される。さらに、示度に基づいて変換又は増幅に関する利得及び/又は動作帯域幅を調節して、光受信機の電力消費を減少させることができる。

目的

コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上にロードされ、一連動作ステップをコンピュータ又は他のプログラム可能な装置上で実行されるようにして、コンピュータにより実施されるプロセスを生成し、その結果、そのコンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び/又はブロック図の1つ又は複数のブロックで特定される機能/動作を実施するコンピュータ実施のプロセスを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

光信号を処理する方法であって、前記光信号を電圧信号に変換するステップと、前記電圧信号を増幅するステップと、信号強度又は信号品質パラメータの少なくとも一方を監視し、その示度を生成するステップと、前記示度に基づいて、前記変換するステップ及び前記増幅するステップの少なくとも一方の利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節して光受信機電力消費を減少させるステップと、を含む方法。

請求項2

前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するステップは、電圧負荷を調節するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するステップは、バイアス電流を調節するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するステップは、前記変換するステップ又は前記増幅するステップの段を迂回するステップ又は付加するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記調節するステップは、活性化された段に対応する別個のステップにおいて前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。

請求項6

前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するステップは、前記段の少なくとも1つに加えられる電圧負荷又はバイアス電流の少なくとも一方を調節するステップをさらに含む、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記信号品質パラメータは、信号品質ビット誤り率パケット完全性、又はアイオープニングパラメータのうちの少なくとも1つに基づいている、請求項1に記載の方法。

請求項8

前記調節するステップは、複数の異なるチャネルの利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項9

コンピュータ可読プログラムであって、コンピュータ上で実行されるとき、前記コンピュータに、光信号強度又は光信号品質パラメータの少なくとも一方を監視し、その示度を生成させ、前記示度に基づいて、トランスインピーダンス増幅器又は制限増幅器の少なくとも一方の利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節して光受信機の電力消費を減少させる、コンピュータ可読プログラム。

請求項10

光信号を処理するための受信機システムであって、前記光信号を電圧信号に変換するように構成された変換モジュールと、前記電圧信号がデジタル論理コンポーネントの動作可能範囲に入るように前記電圧信号を増幅するように構成された増幅器と、信号強度又は信号品質パラメータの少なくとも一方を監視し、その示度を生成するように構成されたモニタと、前記示度に基づいて、前記変換モジュール又は前記増幅器の少なくとも一方の利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節して前記受信機システムの電力消費を減少させるように構成されたコントローラと、を含むシステム

請求項11

前記コントローラは、前記変換モジュール又は前記増幅器の少なくとも一方に加えられる電圧負荷を調節することによって、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項10に記載のシステム。

請求項12

前記コントローラは、前記変換モジュール又は前記増幅器の少なくとも一方に加えられるバイアス電流を調節することによって、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項10に記載のシステム。

請求項13

前記変換モジュール又は前記増幅器の少なくとも一方は、複数の段として構成され、前記コントローラは、前記段の少なくともサブセットを迂回するか又は接続することによって、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項10に記載のシステム。

請求項14

前記コントローラは、活性化された段に対応する別個のステップにおいて前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項13に記載のシステム。

請求項15

前記コントローラは、前記段の少なくとも1つに加えられる電圧負荷又はバイアス電流の少なくとも一方を調節することによって、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項14に記載のシステム。

請求項16

前記信号品質パラメータは、信号品質、ビット誤り率、パケット完全性又はアイオープニング・パラメータのうちの少なくとも1つに基づいている、請求項10に記載のシステム。

請求項17

前記コントローラは、マルチチャネル受信機アーキテクチャ内の異なるチャネルに対応する複数のコンポーネントの利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項10に記載のシステム。

請求項18

光信号を処理するための受信機装置であって、前記光信号を電流信号に変換するように構成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに動作可能に接続され、前記電流信号を電圧信号に変換するように構成されたトランス・インピーダンス増幅器と、前記トランス・インピーダンス増幅器に動作可能に結合され、かつ、前記電圧信号がデジタル論理コンポーネントの動作可能範囲に入るように前記電圧信号を増幅するように構成された制限増幅器と、信号強度又は信号品質パラメータの少なくとも一方を監視し、その示度を生成するように構成されたモニタと、前記示度に基づいて、前記トランス・インピーダンス増幅器又は前記制限増幅器の少なくとも一方の利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節して、前記受信機装置の電力消費を減少させるように構成されたコントローラと、を含む受信機装置。

請求項19

前記コントローラは、前記トランス・インピーダンス増幅器又は前記制限増幅器の少なくとも一方に加えられる電圧負荷を調節することにより、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項18に記載の受信機装置。

請求項20

前記コントローラは、前記トランス・インピーダンス増幅器又は前記制限増幅器の少なくとも一方に加えられるバイアス電流を調節することにより、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項18に記載の受信機装置。

請求項21

前記トランス・インピーダンス増幅器又は前記制限増幅器の少なくとも一方は、増幅器の複数の段として構成され、前記コントローラは、スイッチを介して前記段の少なくともサブセットを迂回するか又は接続することにより、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項18に記載の受信機装置。

請求項22

前記コントローラは、活性化された段に対応する別個のステップにおいて前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項21に記載の受信機装置。

請求項23

前記コントローラは、前記段の少なくとも1つに加えられる電圧負荷又はバイアス電流を調節することにより、前記利得又は前記動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項22に記載の受信機装置。

請求項24

前記信号品質パラメータは、信号品質、ビット誤り率、パケット完全性又はアイオープニング・パラメータのうちの少なくとも1つに基づいている、請求項18に記載の受信機装置。

請求項25

前記コントローラは、マルチチャネル受信機アーキテクチャ内の異なるチャネルに対応する複数のコンポーネントの利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節するようにさらに構成される、請求項18に記載の受信機装置。

技術分野

0001

本出願は、光受信機に関し、より具体的には、光受信機における電力消費に関する。

背景技術

0002

通常の光受信機の用途において、入力光強度は6dB−20dBの範囲で変化し、より低い領域がマルチモード・ファイバリンクにおいてより一般的であり、より高い領域はシングル・モード・ファイバにおいてより一般的である。このように大きなダイナミックレンジ適応するために、受信機は、最低の指定された入力光強度に対して強いデジタル出力を生成するのに十分な利得を与えるように設計される。さらに、出力信号直線性(linearity)の維持もまた重要な問題である。従って、出力信号の直線性を維持するために、光受信機は、入力信号強度に依存しない可変利得増幅器又は自動利得制御を利用する。

発明が解決しようとする課題

0003

電力効率の良い適応型光受信機アーキテクチャを提供する。

課題を解決するための手段

0004

1つの実施形態は、光信号を処理する方法に向けられる。この方法によれば、光信号が電圧信号に変換され、電圧信号が増幅される。さらに、信号強度及び/又は信号品質パラメータ監視され、信号強度及び/又は信号品質パラメータの示度が生成される。さらに、示度に基づいて、変換及び又は増幅に関する利得及び/又は動作帯域幅を調節して、光受信機の電力消費を減少させる。

0005

別の実施形態は、コンピュータ可読プログラム(を含むコンピュータ可読ストレージ媒体)に向けられる。コンピュータ可読プログラムは、コンピュータ上で実行されるとき、コンピュータに、光信号強度及び/又は光信号品質パラメータを監視し、その示度を生成させる。コンピュータ可読プログラムはまた、コンピュータに、示度に基づいて、トランスインピーダンス増幅器及び/又は制限増幅器の利得及び/又は動作帯域幅を調節して光受信機の電力消費を減らさせる。

0006

代替的な実施形態が、光信号を処理するための受信機システムに向けられる。受信機システムは、光信号を電圧信号に変換するように構成された変換モジュールを含む。さらに、受信機システムはまた、電圧信号をデジタル論理コンポーネント動作範囲内にするように、電圧信号を増幅するように構成された増幅器も含む。さらに、受信機システムは、信号強度及び/又は信号品質パラメータを監視するように構成されたモニタを含む。このモニタは、信号強度及び/又は信号品質パラメータの示度を生成するようにさらに構成される。受信機システムは、示度に基づいて変換モジュール及び/又は増幅器に関する利得及び/又は動作帯域幅を調節して、受信機システムの電力消費を減少させるように構成されたコントローラをさらに含む。

0007

別の実施形態は、光信号を処理するための受信機装置に向けられる。受信機装置は、光信号を電圧信号に変換するように構成されたフォトダイオードを含む。さらに、受信機装置はまた、フォトダイオードに動作可能に結合され、電流信号を電圧信号に変換するように構成されたトランス・インピーダンス増幅器も含む。さらに、受信機装置は、トランス・インピーダンス増幅器に動作可能に結合され、電圧信号をデジタル論理コンポーネントの動作範囲内にするように、電圧信号を増幅するように構成された制限増幅器を含む。さらに、受信機装置はまた、信号強度及び/又は信号品質パラメータを監視し、その示度を生成するように構成されたモニタも含む。さらに、受信機装置は、示度に基づいて、トランス・インピーダンス増幅器又は制限増幅器の少なくとも一方に関する利得及び/又は動作帯域幅を調節して、受信機装置の電力消費を減少させるように構成されたコントローラを含む。

0008

これらの並びに他の特徴及び利点は、添付図面と併せて読まれることになる例証的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本開示によって、以下の図を参照しながら以下の好ましい実施形態の説明において詳細が与えられる

図面の簡単な説明

0009

電力消費する非適応型光受信機回路/システムブロック/フロー図である。
入力光信号強度及び/又は入力光信号品質パラメータに基づいた、制御論理の実施形態による制限増幅器及び/又はトランス・インピーダンス増幅器に適用される利得/帯域幅を詳しく示すグラフである。
入力光信号強度及び/又は入力光信号品質パラメータに基づいた、光受信機の実施形態の電力消費を詳しく示すグラフである。
入力光信号強度及び/又は入力光信号品質パラメータに基づいた、代替的な光受信機の実施形態の電力消費を詳しく示すグラフである。
例示的な光受信機回路/システムの実施形態のブロック/フロー図である。
代替的な例示的な光受信機回路/システムの実施形態のブロック/フロー図である。
調節可能な負荷及び調節可能な電流バイアスを有する例示的な増幅器の実施形態の概略図である。
多段増幅器として構成された例示的な増幅器の実施形態の概略図である。
光信号を処理するための例示的な方法の実施形態のフロー図である。

実施例

0010

一般的な光受信機の用途に関連した1つの問題は、入力信号が強い特定の状況において、受信機内で必要以上に多くの電力が消費されることである。例えば、上述のように、こうした光受信機は、入力光強度の大きなダイナミック・レンジに適応することを確実にするために、比較的大きな利得を適用する。さらに、受信機はまた、出力信号の直線性を維持するために、可変利得増幅器又は自動利得制御も使用する。可変利得増幅器は、出力信号の直線性に応じて利得を調節するように設計されるので、利得は入力強度に依存しない。その結果、強い光入力信号が受信されと、これらの受信機は、それにも関わらず、出力信号に関するシステム仕様適合するのにより低い利得で十分である場合でさえ、比較的大きな利得を適用する。従って、光受信機は、入力信号を適切に処理するのに必要以上に大きな電力を消費する。

0011

しかしながら、特定の状況において、電力効率は、信号が伝達される環境の特性によって改善され得る。例えば、光信号が、例えば、光マルチモード3(OM3)ファイバ上を100メートル以下の距離にわたって伝達されるとき、信号の直線性は無視できるほどの影響しか受けない。従って、これらのタイプの状況において、制御論理は、利得を適応調節して、信号の直線性を損なわずに受信機の電力消費を最適化することができる。1つ又は複数の実施形態によると、受信機は、もっぱら電力消費を最小化するように利得調節を調整することができ、これは、これらのタイプのシステムにおける短距離(例えば、100m未満)及び光相互接続の高い信号完全性によって可能になる。信号の直線性の心配がなくなるので、本原理の実施形態は、既知の可変利得増幅器及び既知の自動利得増幅器より単純で、電力消費がより少ない回路設計を使用する。

0012

業者であれば認識するように、本発明の態様は、システム、方法又はコンピュータ・プログラムとして具体化することができる。従って、本発明の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態(ファームウェア常駐ソフトウェアマイクロコードなどを含む)、又はソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態をとることができ、これらは全て、本明細書において概略的に「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ぶことができる。さらに、本発明の態様は、その上に具体化されたコンピュータ可読プログラム・コードを有する、1つ又は複数のコンピュータ可読媒体内に具体化されたコンピュータ・プログラムの形を取ることができる。

0013

1つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せを用いることができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体とすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、これらに限られるものではないが、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的赤外線、又は半導体システム、装置、又はデバイス、或いは上記の任意の好適な組み合わせとすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体のより具体的な例(網羅的ではないリスト)は以下のもの、すなわち、1つ又は複数の配線を有する電気的接続ポータブル・コンピュータ・ディスケットハードディスクランダムアクセスメモリ(「RAM」)、読み出し専用メモリ(「ROM」)、消去可プログラム可能読み出し専用メモリ(「EPROM」又はフラッシュメモリ)、ポータブル・コンパクトディスク読み出し専用メモリ(「CD−ROM」)、DVD、光学記憶装置磁気記憶装置、又は上記の任意の好適な組み合わせを含む。本文書文脈において、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用するため、又はそれらと接続して使用するために、プログラムを収容又は格納することができる任意の有形の媒体とすることができる。

0014

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンド内に又は搬送波の一部として、その上に具体化されたコンピュータ可読プログラム・コードを有する伝搬データ信号を含むことができる。こうした伝播信号は、これらに限られるものではないが、電磁、光学、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含む、種々の形態のいずれかをとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、かつ、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用するため、又はそれらと接続して使用するために、プログラムを通信し、伝播し、又は搬送することができる任意のコンピュータ可読媒体またはコンピュータ可読プログラムとすることができる。

0015

コンピュータ可読媒体上に具体化されたプログラム・コードまたはコンピュータ可読プログラムは、無線有線光ファイバケーブル、RFなど、又はこれらの任意の適切な組合せを含むが、それらに限定されない任意の適切な媒体を用いて伝送することができる。

0016

本発明の態様に関する動作を実行するためのコンピュータ・プログラム・コードは、例えばJava、Smalltalk、C++などのオブジェクト指向プログラミング言語、例えば「C」プログラミング言語などの通常の手続きプログラミング言語又は類似のプログラミング言語を含む1つ又は複数のプログラミング言語の任意の組合せで書くことができる。プログラム・コードはもっぱらユーザのコンピュータ上で若しくは部分的にユーザのコンピュータ上で独立型ソフトウェア・パッケージとして、又は部分的にユーザのコンピュータ上で且つ部分的に遠隔コンピュータ上で、又は、もっぱら遠隔コンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。後者のシナリオにおいて、遠隔コンピュータは、ローカルエリアネットワーク(LAN)又は広域ネットワークWAN)を含む任意の種類のネットワークを通してユーザのコンピュータに接続することができ、又は接続は外部コンピュータに対して行うことができる(例えば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通して)。

0017

本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置(システム)及びコンピュータ・プログラムのフローチャート図及び/又はブロック図を参照して上述された。フローチャート図及び/又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び/又はブロック図内のブロックの組み合わせは、コンピュータ・プログラム命令によって実施することができることが理解されるであろう。これらのコンピュータ・プログラム命令を、機械を製造するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置プロセッサに与えて、その結果、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び/又はブロック図の1つ又はブロックにおいて指定された機能/動作を実施するための手段を作り出すようにさせることができる。

0018

これらのコンピュータ・プログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方法で機能させるように指図することができるコンピュータ可読メモリ内に格納され、その結果、そのコンピュータ可読メモリ内に格納された命令が、フローチャート及び/又はブロック図の1つ又は複数のブロックで特定される機能/動作を実施する命令手段を含む製品を製造するようにさせることもできる。

0019

コンピュータ・プログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードされ、一連動作ステップをコンピュータ又は他のプログラム可能な装置上で実行されるようにして、コンピュータにより実施されるプロセスを生成し、その結果、そのコンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び/又はブロック図の1つ又は複数のブロックで特定される機能/動作を実施するコンピュータ実施のプロセスを提供するようにさせることができる。

0020

図中のフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法及びコンピュータ・プログラムの可能な実施のアーキテクチャ、機能性及び動作を示す。これに関して、フローチャート又はブロック図中の各ブロックは、モジュール、セグメント、又はコードの部分を表すことができ、これは、指定された論理機能を実施するための1つ又は複数の実行可能命令を含む。また、幾つかの代替的な実施において、ブロック内に示された機能は、図中に示された順番とは異なる順番で行うことができることに留意すべきである。例えば、連続して示される2つのブロックを、実際には、実質的に同時に実行することができ、或いは場合により、関与する機能に応じてブロックを逆の順番で実行することができる。また、ブロック図及び/又はフローチャート図中の各ブロック、並びにブロック図及び/又はフローチャート図中のブロックの組合せは、指定された機能又は動作を実行する専用のハードウェア・ベースのシステム、或いは専用のハードウェアとコンピュータ命令の組合せにより実施できることにも留意されたい。

0021

本明細書で説明されるような回路は、集積回路チップのための設計の一部とすることができる。チップ設計は、グラフィカル・コンピュータ・プログラミング言語で作成し、コンピュータ・ストレージ媒体(例えば、ディスクテープ物理ハードドライブ、又はストレージ・アクセス・ネットワークにおける場合のような仮想ハード・ドライブなど)内に格納することができる。設計者がチップ、又はチップを製造するのに用いられるフォトリソグラフィマスクを製造しない場合には、設計者は、得られた設計を、物理的手段によって(例えば、設計を格納したストレージ媒体のコピーを提供することによって)、又は電子的に(例えば、インターネットを介して)、そのような事業体に対して直接的又は間接に伝送することができる。次に、格納された設計は、フォトリソグラフィ・マスクを製造するのに適した形式(例えば、GDSII)に変換され、そのマスクには、典型的には、ウェハ上に形成される当該チップ設計の多数のコピーが含まれる。フォトリソグラフィ・マスクは、エッチングされる又は他の方法で処理されることになるウェハ(及び/又はその上の層)の領域を画定するのに用いられる。

0022

本明細書で説明される方法は、集積回路チップの製造に用いることができる。結果として得られる集積回路チップは、未加工のウェハ形態で(即ち、多数のパッケージされていないチップを有する単一のウェハとして)、のダイとして、或いはパッケージされた形態で、製造者により配布することができる。後者の場合には、チップは、単一のチップ・パッケージ(マザーボード又は他のより高いレベルキャリアに付けられたリード線を有するプラスチック・キャリアのような)、或いはマルチチップ・パッケージ(表面相互接続部又は埋め込み相互接続部のいずれか一方又は両方を有するセラミック・キャリアのような)内に取り付けられる。いずれの場合にも、チップは、次に、他のチップ、別個回路素子、及び/又は、他の信号処理デバイスと共に集積化されて、(a)マザーボードのような中間製品、又は(b)最終製品部品となる。最終製品は、おもちゃ及び他の低価格の用途から、ディスプレイキーボード又は他の入力装置、及び中央処理装置を有する高度なコンピュータ製品に至るまでの、集積回路チップを含んだ任意の製品とすることができる。

0023

ここで、類似の符号が同じ又は類似の要素を示す図面を参照し、初めに図1を参照すると、大電力を消費する非適応型光受信機回路/システム100が示される。受信機100は、VPDの電圧電力供給され、光信号を受信して光信号を電流に変換することができるフォトダイオード(PD)102を含むことができる。次に、VDD_TIAの電圧で電力供給され、フォトダイオード102に動作可能に結合されたトランス・インピーダンス増幅器(TIA)104により電流が電圧信号に変換され、この電圧信号に対して、VDD_LAの電圧で電力供給される1つ又は複数の制限増幅器(LA)106が利得を適用することができる。VDD_IOの電圧で電力供給され、LA106に動作可能に結合される出力バッファ108が、増幅された信号を受け取り、その信号をインピーダンス制御相互接続又は伝送線110に沿って電気受信機112に出力することができる。図1に示すように、この信号を、電気受信機112に動作可能に結合された論理回路114に与えることができる。

0024

ここで、光受信機において、光受信機の電力消費の相当な部分が、論理コンポーネント114への供給のためにTIAの出力を処理するコンポーネントにより示される、後置増幅器(PA)コンポーネント内で行われる。PAの機能は、数mVほどにできるだけ低くすることができる出力信号をTIAから引き出し、それを十分なデジタル論理レベル(〜300mV)にすることである。ここで、TIAの出力は入力信号に比例して拡大される。光入力強度が高い状況においては、PAは余分であり、利得は過大になり、上述のように無駄な電力消費をもたらす。

0025

本発明原理の態様によると、PA内の特定の要素の利得及び/又は帯域幅を入力光強度の関数として適応制御することにより、単一チャネル又はマルチチャネル・アーキテクチャにおいて電力節約を実現することができる。上述のように、送信機と光受信機の間の距離が比較的短く、例えば100m未満であり、かつ、送信機と受信機の間の光相互接続が、OM3ファイバ・リンクのような高い信号完全性のものである環境において、光受信機は、利得のこうした適応調節を適用することができる。これらのタイプのシナリオにおいて、信号強度レベルは比較的高く、信号の直線性は無視できる程しか影響を受けない。さらに、光入力信号が強いこれらの環境において、PAの速度性能を電力消費とトレードすることもできる。換言すれば、PAの動作電圧範囲(帯域幅)を減らして電力節約を達成することができる。本明細書で以下にさらに説明するように、制御論理モジュールは、強い光入力信号に応答してPAの利得及び/又は帯域幅を減らして電力を節約することができる。さらに、制御論理モジュールは、PAの利得及び/又は帯域幅を高レベル又は最大レベルに設定して高感度をもたらすことができる。

0026

具体的には、図2図4にグラフで示すように、制御論理は、入力光強度に基づいてPAの電力消費を管理することができる。図2プロット150は、制御論理が入力光信号強度に基づいてLA106に適用することができる利得を示す。代替的に又は付加的に、制御論理は、入力強度信号に基づいて利得を調節できるのと同様に帯域幅を調節することができる。換言すれば、制御論理は、信号が強いときは帯域幅を小さくし、弱い信号の検出に応答して帯域幅を大きくすることができる。異なる入力光信号強度に対する光受信機の電力消費が、図3及び図4に示される。例えば、制御論理がプロット150に応じて利得及び/又は帯域幅を適用する場合、光受信機の電力消費は、バッファ電力が一定であるときには図3のプロット152に示されるようになり、他のシナリオにおいては図4のプロット154に示されるようになる。例えば、プロット154は、集積化フォトニクスを用いる光受信機に対応することができ、ここで、伝送線110及び電気受信機は省略される。このシナリオにおいて、例えば、50オーム・バッファの一定の電力消費がないので、電力節約はさらに大きくなる。プロット152及び154に示すように、一般的な光受信機とは異なって、入力光信号強度が高いと、電力消費は著しく減少する。

0027

入力光信号強度に基づいて利得及び/又は帯域幅を調節するのとは対照的に、制御論理はまた、信号品質パラメータに基づいて利得及び/又は帯域幅を調節することができる。例えば、信号品質パラメータは、信号品質ビット誤り率パケット完全性、アイオープニング(eye opening)・パラメータ、又はこれらのパラメータの組合せとすることができる。ここで、制御論理は、利得及び/又は帯域幅を入力光信号強度に対して調節するのと同様に、利得及び/又は帯域幅を信号品質パラメータに対して調節することができる。例えば、図2のプロット150の横軸を信号品質パラメータとすることができる。さらに、制御論理は、入力光信号強度と信号品質パラメータの組合せに基づいて利得及び/又は帯域幅を調節することができる。

0028

さらに、制御論理は、信号強度及び/又は信号品質パラメータによってLAの利得及び/又は帯域幅を調節するように説明されたが、制御論理の実施形態は、同様に信号強度及び/又は信号品質パラメータに応じてTIAの利得及び/又は帯域幅を調節することができることも理解すべきである。例えば、プロット150に適用される利得を代替的に又は付加的にTIAに適用して、プロット152−154に示される電力消費に対して同じ又は類似の効果をもたらすことができる。

0029

次に、図1の参照を続けながら図5を参照すると、例示的な光受信機回路/システムの実施形態200が示される。回路/システム200は、シリコン(Si)相補型金属酸化膜半導体(CMOS)回路、シリコン−ゲルマニウム(SiGe)回路、バイポーラ回路ガリウムヒ素GaAs)回路、リン化インジウムInP)回路、窒化ガリウム(GaN)回路又は他の半導体技術で実施することができることを理解すべきである。さらに、回路/システム200は、幾つかの又は全ての光学部品を含む、完全集積型又はハイブリッド集積型の論理回路付き送信機チップにおいて実施することができる。

0030

回路/システム200は、TIA204及び/又はLA206が、モニタ216の助けにより制御論理モジュール218の指示のもとで動作できる点を除いて、回路/システム100に関して上述したものと同じ要素を含むことができる。例えば、上述のように、制御論理218は、LA206及び/又はTIA204の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。例えば、制御論理218は、入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータが高いとき、LA206及び/又はTIA204の利得及び/又は帯域幅を低くするように調節することができ、入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータが低いとき、LA206及び/又はTIA204の利得及び/又は帯域幅を高くするように調節することができる。モニタ216は、LAの入力における電圧信号を計測することによって、TIA204とLA206の間の相互接続部における入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータを監視するように構成することができる。モニタ216はまた、TIA204の入力における電流信号を計測することによって、PD102とTIA204の間の相互接続部における入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータを監視するように構成することができる。モニタ216が信号強度を計測するとき、モニタ216の出力を、受信機の入力における光変調振幅に比例させることができる。さらに、上述のように、制御論理218は、モニタ216により与えられる入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータの計測値又は示度に基づいて、利得及び/又は帯域幅を調節することができる。伝送線110及び電気受信機112は、随意的なコンポーネントであり、図4のプロット154に関して上述した回路に対応し得ることに留意されたい。換言すれば、PAの出力は、論理回路に直接接続される。

0031

次に、図1図5の参照を続けながら図6を参照すると、別の例示的な光受信機回路/システムの実施形態300が示される。図6に示すように、受信機300は、並列マルチチャネル光バスを用い、ここで各々の光チャネル1−Nは、専用の処理コンポーネントの組を有する。ここで、処理コンポーネントの各々の組は、受信機300は処理コンポーネントの各組に対して共通の論理回路315を用い、制御論理モジュール318は、上述の処理コンポーネントの各組の中のLA206及び/又はTIA204の利得及び/又は帯域幅を調節する点を除いて、回路/システムの実施形態200と同じコンポーネントを有し、かつ、同様に動作する。例えば、上述のように、制御論理318は、処理コンポーネントの組に対して対応するモニタ216により与えられる入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータの計測値又は示度に基づいて、処理コンポーネントの各組の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。ここで、中央コントローラ318は、大きな並列データバス内の個々のチャネルの信号強度及び/又は信号品質パラメータを、モニタ216において周期的にサンプリングすることができる。さらに、中央コントローラ318は、各チャネルの個別の電力消費、又は複数チャネルを合わせた電力消費を最小のシステム性能要件を満たすように調節することができる。

0032

回路/システム200と同様に、伝送線110のいずれか1つ又は複数、及び電気受信機のいずれか1つ又は複数を省いて対応する出力バッファ108を論理回路315に直接接続することができる。勿論、光受信機回路/システム300は、代替的に、光チャネルの処理要素の1つ又は複数の組が、他の処理要素の組の制御論理及び/又は論理回路から独立した、それ自体の対応する制御論理及び/又は論理回路を含むように構成することができる。

0033

制御論理218及び/又は制御論理318は、サービス・プロセッサの一部分とすることができ、又は特定用途向け集積回路(IC)に組み込むことができることに留意されたい。代替的に、制御論理218及び/又は制御論理318を、トランシーバチップ内モノリシックに(monolithically)統合することができる。

0034

図5及び図6の参照を続けながら図7を参照すると、例示的な制限増幅器の実施形態206が示される。ここで制限増幅器206はプログラム可能利得を有し、これを上述のように制御論理218又は318が管理し、マルチチャネル光I/Oリンクの電力効率のよい適応型受信機アーキテクチャにおいて実施することができる。具体的には、制御論理218又は318が、増幅器206に加えられるプログラム可能な可変バイアス電流及び又は可変電圧負荷を制御することができる。例えば、図7に示すように、制限増幅器206はVDD_LAの電圧で電力供給することができ、第1の抵抗402及び第2の抵抗404を含むことができる。さらに、制限増幅器206は、第1のトランジスタ406及び第2のトランジスタ408をさらに含むことができ、ここでトランジスタのゲートは、TIA204により供給される入力電圧Vinの正成分及び負成分にそれぞれ結合される。さらに、上述のように、プログラム可能バイアス電流410を適用して、LAの利得を調節することができる。統合型又は共有型制御論理218又は318は、1つ又は複数のモニタ216の助けにより、バイアス電流(I)及び抵抗(R)の一方又は両方を制御することによって適応利得を実施することができ、これにより、上述のように、入力信号強度及び/又は信号品質パラメータに基づいて、利得及び電圧負荷をそれぞれ増加又は減少させて電力消費を減少させることができる。当技術分野では周知のように、利得及び/又は電圧を適宜に調節することによって、LA206の帯域幅を調節できることに留意すべきである。

0035

代替的に又は付加的に、信号が強い特定の場合には、制御論理218又は318は、PAの1つ又は複数のプログラム可能な段(stage)の迂回又は再接続を指示してさらに大きな電力節約を可能にすることができる。例えば、図5図7の参照を続けながら図8を参照すると、制限増幅器206は、TIA204から受け取った電圧信号を、各々はスイッチ412を通じて動作可能な図8の増幅器414−418として示すことができる複数の増幅器を通る段において処理するように構成することができる。従って、対応するチップ上の制御論理218又は318は、それぞれのスイッチ412を制御してLAの段を排除又は接続することにより、増幅器414−418の迂回又は接続を実施することができる。代替的に、制御論理218又は318は、対応するチップの外部にあり、増幅器414−418の迂回又は接続を実行することができる。さらに、増幅器414−418は、異なるものであってもよく又は同一のものであってもよい。例えば、増幅器に加えられる電流バイアス及び/又は電圧負荷は、設計上の選択に基づいて変化し得る。ここで、上述のように、制御論理218又は318は、入力信号強度及び/又は信号品質パラメータに基づいて適宜に、段を付加又は接続して利得を増加させることができ、また、段を除去又は迂回して利得を減少させることができる。

0036

制御論理218又は318は、段を迂回又は再接続して、増幅器206の帯域幅を減少又は増加させ得ることにも留意すべきである。例えば、電流バイアス及び/又は電圧負荷を、増幅器414−418にわたって変化させて、段の除去又は付加により、LA206が処理することができる動作帯域幅又は電圧範囲を調節できるようにすることができる。

0037

従って、制御論理218又は318は、監視された信号強度及び又は監視された信号品質に基づいて別個のステップにおいて増幅器206の段の迂回又は接続を制御することにより、プロット150に関して上述した利得及び/又は帯域幅の調節を実施することができる。さらに、制御論理218又は318は、迂回又は接続のみを用いて、又は、迂回/接続と上述した負荷及び/又は電流バイアスの調節との組合せを用いて、利得及び/又は帯域幅の調節を実施することができる。例えば、制御論理218及び318は、電圧信号が迂回しない増幅器414−418の1つ又は複数において、図7に関連して上述したように負荷及び/又は電流バイアスを調節することができる。

0038

LA206に加えて又はその代案として、制御論理218又は318は、LA206に関して上述したのと同様に、TIA204についての利得及び/又は帯域幅を調節することができる。例えば、TIA204はプログラム可能な利得を有することができ、その結果、フォトダイオード102によってもたらされる電流源バイアスをかけてTIA204の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。ここで、モニタ216が信号強度及び/又は信号品質パラメータを監視し、上述のように、制御論理218又は318が、信号強度及び/又は信号品質パラメータによってTIA204の利得を調節するのを可能にすることができる。さらに、モニタ216は、フォトダイオード102とTIA104の間の電流を監視するように随意的に構成することができる。さらに、TIA204はまた、プログラム可能な段において実施することができる。例えば、増幅器414−418がTIA段を表すことができる。ここで、図8に関して上述したように、制御論理218又は318は、監視された信号強度及び/又は監視された信号品質に基づいて別個のステップにおいて増幅器414−418の段の迂回又は接続を制御することにより、TIA204の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。さらに、LA206に関して上述したように、制御論理218又は318は、段の迂回/接続のみを用いて、又は、上述した段の迂回/接続とTIA204にかかる負荷及び/又は電流バイアスの調節との組合せを用いて、TIA204の利得及び/又は帯域幅の調節を実施することができる。従って、例示的な実施形態によると、LA206及びTIA204の一方又は両方がプログラム可能な利得及び/又はプログラム可能な段を有し、これらを制御論理218及び318によって調節して光受信機の電力消費を最適化することができる。

0039

次に、図1図2及び図5図8を引き続き参照しながら図9を参照すると、光信号を処理するための例示的な方法の実施形態500が示される。回路/システムの実施形態200及び300に関する上述した全ての態様は、方法500の中で実施することができることを理解すべきである。

0040

方法500は、上述のように、光受信機200又は300が光信号を受信することができる、ステップ502で開始することができる。

0041

ステップ503において、光受信機200又は300が、光信号を電圧信号に変換することができる。例えば、光受信機200又は300は、2つの変換ステップを実行することによってステップ503を実施することができる。例えば、ステップ504において、上述のように、フォトダイオード102が、受信した光信号を電流信号に変換する。さらに、ステップ506において、上述のように、トランス・インピーダンス増幅器204が、電流信号を電圧信号に変換する。図5に示す特定の実施形態においては、フォトダイオード及びTIA204が、変換モジュール203を形成することができ、この変換モジュール203がステップ503を実行することができる。

0042

ステップ508において、上述のように、モニタ216が、信号強度又は信号品質パラメータの少なくとも一方を監視し、その示度を生成することができる。例えば、上述のように、モニタ216は、TIA204とLA206の間の電圧信号を監視することができる。代替的に、上述のように、モニタ216は、PD102とTIA204の間の電流信号を監視することができる。いずれの場合にも、監視された信号は、受信された光信号の信号強度を示すことができ、及び/又は受信された光信号の信号品質パラメータを示すことができる。例えば、上述のように、TIA204の出力を、入力光信号に比例するように拡大又は縮小することができる。信号品質パラメータは、信号品質、ビット誤り率、パケット完全性、アイオープニング・パラメータ又は品質パラメータの任意の組合せとすることができる。さらに、モニタ216はまた、信号品質の他の示度を計測することができる。さらに、モニタ216は、信号強度及び/又は信号品質パラメータの示度をコントローラ218又は318に供給し、上述のように、これらコントローラにより、TIA204及び/又はLA206の利得及び/又は帯域幅を調節することが可能になる。

0043

ステップ510において、上述のように、コントローラ218又は318は、信号強度及び/又は信号品質パラメータの示度に基づいて、TIA204及び/又はLA106の利得及び/又は動作帯域幅を調節して、光受信機の電力消費を減少させることができる。例えば、上述のように、コントローラ218又は318は、入力光信号強度及び/又は信号品質パラメータに基づいて、図2のプロット150に従ってTIA204及び/又はLA206の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。さらに、コントローラ218又は318は、様々な方法で利得及び/又は帯域幅を調節することができる。例えば、図7に関連して上述したように、コントローラ218又は318は、電圧負荷又はバイアス電流のうちの1つ又は複数を調節することによって、TIA204及び/又はLA206の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。さらに、図8に関連して上述したように、TIA204(又は変換モジュール203)及び/又はLA206は、増幅器の複数の段414−418として構成することができる。ここで、上述のように、コントローラ218又は318は、スイッチ412を介して段414−418の少なくともサブセットを迂回又は接続/付加することによって、TIA204及び/又はLA206の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。さらに、上述のように、コントローラ218又は318は、活性化された段に対応する別個のステップにおいて、TIA204及び/又はLA206の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。例えば、TIA204及び/又はLA206は、各々の活性化された段が別個の利得及び/又は帯域幅調節を実行する、別個のステップにおいて調節された利得及び/又は帯域幅を実施することができる。活性化された段は、電圧信号が迂回しない段に対応することができる。さらに、コントローラ218又は318は、活性化された段の1つ又は複数にかかる電圧負荷及び/又はバイアス電流を調節することによって、TIA204及び/又はLA206の利得及び/又は帯域幅を調節することができる。

0044

ステップ512において、上述のように、制限増幅器206は、調節された利得及び/又は調節された帯域幅に応じて電圧信号を増幅することができる。例えば、増幅器206はTIA204から電圧信号を受け取ることができ、上述のように、ステップ510の調節に応じて電圧信号を増幅して、電圧信号が論理コンポーネント114又は315の動作可能範囲に入るようにすることができる。

0045

ステップ514において、上述のように、制限増幅器206は、電圧信号を論理回路114又は315に供給することができる。例えば、制限増幅器は、電圧信号を論理回路114又は315に直接供給することができ、又は、上述のように伝送線及び電気受信機112を介して電圧信号を論理回路114又は315に供給することができる。

0046

方法500は、図6に関して上述したマルチチャネル・アーキテクチャ内の各チャネルに対して実施できることを理解すべきである。従って、コントローラ218又は318は、マルチチャネル受信機アーキテクチャ内の異なるチャネルに対応する複数のコンポーネントの利得及び/又は動作帯域幅を調節することができる。例えば、上述のように、コントローラ218又は318は、回路/システム300内のチャネル1−Nに専用の処理コンポーネントのいずれかの組の中のTIA204及び/又はLA206のいずれか1つ又は複数の利得及び/又は動作帯域幅を調節することができる。例示的な実施形態は、コンピュータ可読プログラムを備えたコンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができることも理解すべきであり、ここでコンピュータ可読プログラムは、コンピュータ上で実行されるとき、コンピュータに方法500のステップを実行させる。例えば、コンピュータは、方法500の監視するステップ508及び調節するステップ510を実行することができる。

0047

電力効率の良い適応型受信機アーキテクチャを実施するためのシステム及び方法の好ましい実施形態(これらは、限定ではなく、例証的なものであることが意図される)を説明したが、当業者であれば、上記の教示を鑑みて修正及び変更を行うことができることが留意される。従って、開示された特定の実施形態において変更を行うことができ、それらは添付の特許請求の範囲によって概説されるような本発明の範囲内にあることを理解すべできである。このように、特許法が要求する詳細さ及び精密さをもって本発明の態様を説明したが、特許請求され、特許証によって保護されることを望むものは、添付の特許請求の範囲に記載される。

0048

100:受信機/システム
102:フォトダイオード(PD)
104、204:トランス・インピーダンス増幅器(TIA)
106、206:制限増幅器(LA)
108:出力バッファ
110:伝送線
112:電気受信機
114:論理回路(論理コンポーネント)
150、152、154:プロット
200、300:光受信機回路/システム
203:変換モジュール
216:モニタ
218、318:制御論理モジュール(制御論理、コントローラ)
315:共通論理回路
402、404:抵抗
406、408:トランジスタ
410:プログラム可能バイアス電流
412:スイッチ
414−418:増幅器

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