信号丢失检测设备和方法

摘要

一种信号丢失(LOS)检测器，包括比较器，该比较器包括第一输入端、第二输入端和指示LOS状态的输出端。LOS检测器还包括电路，用来比较第一输入端上由差分输入信号和阈值信号共模所生成的第一信号与第二输入端上由第一电平处的差分阈值信号和输入信号共模所生成的第二信号。电路还被配置为基于比较而在输出端上生成LOS指示符。

权利要求

1.一种设备，包括：

信号丢失(LOS)检测器，包括：

比较器，其包括第一输入端、第二输入端和输出端；和

电路，其包括电流镜，该电流镜包括耦合至所述比较器的所述第一输入端的输入级和耦合至所述比较器的所述第二输入端的输出级，所述输入级配置为接收具有输入信号共模的差分输入信号，且所述输出级配置为接收具有阈值信号共模的差分阈值信号，所述输入信号共模耦合至所述输出级且所述阈值信号共模耦合至所述输入级，其中所述电路被配置为比较所述第一输入端上由所述差分输入信号和所述阈值信号共模所生成的第一信号与所述第二输入端上由第一电平的所述差分阈值信号和所述输入信号共模所生成的第二信号，该电路还被配置为基于所述比较而在所述输出端上生成LOS指示符。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括阈值信号发生器，其被配置为当认定所述LOS指示符时，将所述差分阈值信号调节至第二电平。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述差分阈值信号提供对于所述LOS指示符的滞后。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述差分阈值信号的所述第一电平是与所述差分阈值信号的所述第二电平独立地可编程的。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述输入级包括输入上拉晶体管和至少部分由所述阈值信号共模控制的偏置级。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述偏置级包括各自由所述差分输入信号控制的至少第一对晶体管。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述偏置级包括由所述阈值信号共模控制的至少第二对晶体管。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一对和所述第二对晶体管相同。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述输出级包括输出上拉晶体管和至少部分由所述输入信号共模控制的负载级。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述负载级包括各自由所述差分阈值信号控制的至少第三对晶体管。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述负载级还包括由所述输入信号共模控制的至少第四对晶体管。

12.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合至所述输入级和所述输出级二者的恒流源。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述阈值信号共模至少部分基于所述输入信号共模是可调的。

14.根据权利要求1所述的设备，还包括阈值信号发生器，该阈值信号发生器被配置为将所述阈值信号共模向着所述输入信号共模收敛。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述阈值信号发生器包括配置为调节所述阈值信号共模的电流模数转换器(IDAC)。

16.一种检测信号丢失(LOS)的方法，包括：

接收具有输入信号共模的差分输入信号；

接收第一电平的具有阈值信号共模的差分阈值信号；

比较由所述差分输入信号和所述阈值信号共模生成的第一信号与由所述差分阈值信号和所述输入信号共模生成的第二信号；和基于所述比较生成LOS指示符。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括当认定所述LOS指示符时，将所述差分阈值信号调节至第二电平。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二电平生成对于所述LOS指示符的滞后。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述差分阈值信号的所述第一电平是与所述差分阈值信号的所述第二电平独立地可编程的。

说明书

信号丢失检测设备和方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 要求于2016年7月20日在美国提交的题为“LOSS OF SIGNAL DETECTOR(信号丢失检测器)”的临时专利申请62/364,721的优先权，其全部公开内容合并于此。

技术领域

[0003] 这里描述的实施例大体涉及光接收机，并且更具体地，涉及检测接收信号的丢失。

背景技术

[0004] 在光学数据传输网络中，根据光学信号的数据率而对给定的物理接口规格定义对于光接收机的光学信号接收灵敏度规格。这样，可以确定与阈值信号相比，由光接收机接收的光学信号的接收功率何时降至低于由特定灵敏度规格定义的可接受的参数之下。当发生这种情况时，光接收机可以发出“信号丢失”(“LOS”)报警或状态，以向可操作地连接至光接收机的主机系统通知接收的光学信号的相对强度会使得光学信号中包含的数据的正确传输会中断。如果接收到这样的报警或状态，主机系统就可以启动校正程序，以矫正问题条件。

[0005] 光学信号和阈值信号经受共模电压，这会影响对信号丢失的判断。传统的LOS检测器易受接收信号和阈值信号的共模电压电平以及接收信号和阈值信号各共模电压之间的差的影响。

[0006] 这里要求保护的主题不限于解决上述缺点或仅在上述环境中操作的实施例。而是这个背景技术仅仅用于叙述这里描述的一些实施例可应用的一个示例性技术领域。

附图说明

[0007] 为了进一步澄清本发明的特定方面，将参考附图中公开的示例性实施例给出本发明的更具体的说明。应当理解，这些附图仅仅绘出本发明的示例性实施例，因而不应被看作是其保护范围的限定。通过使用附图来以附加特征描述并解释本发明的各个方面，附图中：

[0008] 图1示出根据一个示例性实施例的光接收机；

[0009] 图2示出根据一个示例性实施例的信号丢失(LOS)检测器的电路图；

[0010] 图3示出根据一个示例性实施例的阈值信号发生器的电路图；

[0011] 图4示出根据一个示例性实施例的用于生成具有滞后的阈值信号的电流模数转换器(IDAC)的电路图；

[0012] 图5示出根据一个示例性实施例的用于LOS检测器的时序图；和

[0013] 图6示出根据一个示例性实施例的用于检测LOS的方法的流程图。

具体实施方式

[0014] 现在参考附图，其中相似的结构具有相似的附图标记。应当理解，附图是本发明的示例性实施例的图表及示意性表示，并不限定本发明，也不必按照比例绘制。这里，导体上的信号简称为“信号”，而不是导体或节点上的信号。

[0015] 这里描述的一些实施例涉及改进的用于有效信号的信号检测的系统和方法。更具体地，改进的信号检测器系统和方法提供了LOS检测器中的共模抗扰性或改进接近抗扰性。LOS检测器进一步被配置为具有精确且可编程的阈值及滞后控制。

[0016] 公开的实施例提供了LOS检测器的一种实施方式，其可用于收发机中，来指示噪声中是否存在有效信号，从而允许其他接收机电路根据该判断而做出具体决定。

[0017] 系统和方法使用整流器配置，其具有至少两个特征：(1)可以通过施加在检测器电路的参考输入端两侧上的电压而设定直接对应于信号自身幅度的阈值电压；和(2)由于存在交叉耦合的共模抑制电路，所以信号和所生成的差分阈值电压的共模不必相同。

[0018] 另外，因为仅抽取信号与阈值功率之差并且抑制数据偏移，所以检测器电路不必快速运行。例如PMOS负载配置的高输出阻抗建立了对于所述抑制的天然过滤器，从而无需占用面积的电容器。另外，通过牺牲设备速度，电路可以设计为具有较低电源电压和功率消耗。为了避免抖振，可以通过向流经阈值电压发生电阻器的阈值电流添加滞后电流而实现滞后。

[0019] 另外，阈值电压自身可以经调整以通过控制阈值电流而回避处理/不匹配以及温度变化。尽管不同阈值电压的生成不需要阈值的共模与信号相同，但在设备及电路不匹配时令它们接近是有好处的。

[0020] 大体上，本发明的实施例涉及在例如耦合至主机计算系统(下面也简称为“主机”)的光收发机中的可调信号丢失检测阈值电平。LOS检测器检测接收功率何时降至低于阈值。然而，在这种情况中，代替静态的信号丢失电平阈值，信号丢失电平调节机制改变信号丢失电平阈值，建立由控制模块引导的滞后。

[0021] 图1示出光收发机100，其中采用了本发明的原理。尽管描述了光收发机100的一些细节，但是光收发机100的描述仅是示例性，而绝非限制本发明的范围。本发明的原理可以不设限地实施于任何形状因数诸如XFP、SFP和SFF的光(例如，激光)发射机/接收机。进一步，本发明的原理适用于其他非光学通信链路。

[0022] 光收发机100使用接收机101接收来自光纤110A的光信号。接收机101通过将光信号转换为电信号而用作光电转换器。例如，接收机101可以是光电二极管。接收机101将得到的电信号提供给后置放大器102。信号丢失LOS检测器200接收来自后置放大器102的差分输入信号VIN+220和VIN-222。LOS检测器200检测差分输入信号VIN+220和VIN-222的接收功率何时高于(或低于)差分阈值信号VTH+260和VTH-262。后置放大器102进一步通过信号丢失(LOS)指示符218连接至LOS检测器200。LOS检测器200在差分输入信号VIN+220和VIN-222的接收功率降至低于可编程差分阈值信号VTH+260和VTH-262时认定LOS指示符218，并且在接收功率升至高于可编程差分阈值信号VTH+260和VTH-262时解除认定。

[0023] 当LOS指示符218未被认定时，后置放大器102放大信号并将放大的信号102A提供至外部主机111。外部主机111可以是能够与光收发机100通信的任何计算系统。外部主机111可包含主机存储器112，其可以是易失性或非易失性存储器源。在一个实施例中，光收发机100可以使印刷电路板或主机111中的其他元件/芯片，尽管这不是必需的。

[0024] 光收发机100还可以接收来自主机111的电信号，以传输到光纤110B上。尽管本发明的原理主要涉及刚描述的接收路径，但是为了完整性也描述光收发机100的发送路径。具体地，激光驱动器103接收电信号103A并利用信号驱动发射机104(例如激光器或发光二极管(“LED”))以使发射机104将代表主机111所提供的电信号中的信息的光信号发射到光纤110B上。相应地，发射机104用作电光转换器。

[0025] 接收机101、后置放大器102、激光驱动器103和发射机104的性能可由于大量因素而动态变化。例如，温度改变、接收功率波动以及反馈条件都会影响这些部件的性能。相应地，光收发机100包括控制模块105，其可评估接收功率和发射功率，并获得来自后置放大器102的信息/设置105A以及来自激光驱动器103的信息/设置105B。这使得控制模块105可以优化动态改变的性能，并且还通过获得来自信号丢失检测器200的信息/设置105D而检测接收功率何时降至低于可编程的信号丢失认定电平。

[0026] 特别地，控制模块105可以通过调节后置放大器102上的信息/设置105A和/或激光驱动器103上的信息/设置105B而抵消这些改变。这些设置调整是间歇的，因为它们仅仅在温度或电压或其他低频变化批准时才进行。这种低频变化的一个例子是，信号丢失电平由于缓慢波动的接收功率电平而认定和解除认定。根据本发明的原理，关于信号丢失检测器200在怎样的接收功率认定或解除认定LOS指示符218的设置可通过来自控制模块105的信息/设置105D而被编程并改变。

[0027] 控制模块105还可以生成控制信号C0-Cn，比如用于利用滞后阈值信号发生器300控制电流数模转换器(IDAC)334(图3)的控制信号105E。滞后阈值信号发生器300产生差分阈值信号Vth+260和Vth-262给LOS检测器200，以调节LOS检测器200中的阈值电压，下面进一步描述。正如下面进一步描述的，控制信号105E包括阈值控制信号C0-Cx，用于调节阈值信号以实现LOS指示符218的滞后控制及稳定。

[0028] 控制模块105可以访问用于保存阈值和滞后控制信号(诸如用于LOS检测器200的控制信号105E)的存储器106。或者，可以使用任何主机接口(诸如串行时钟线(“SCL”)和串行数据线(“SDA”))将数据和时钟信号从主机111提供至控制模块105，以向LOS检测器200提供阈值和滞后控制信号。

[0029] 图2示出了LOS检测器200，诸如图1的LOS检测器200的电路图。LOS检测器200包括耦合至比较器216的电流镜280，该比较器216具有生成LOS指示符218的输出端和由反相装置217生成的反相LOS指示符219。电流镜280包括耦合至比较器216第一输入端VD1208的输入级282和耦合至比较器216第二输入端VD2214的输出级284。输入级282和输出级284共同耦合至恒流源248。

[0030] 输入级282可包括输入上拉PMOS晶体管204，其在源极耦合至上拉电压202且在漏极耦合至偏置级286。输入上拉晶体管204的源极和栅极短接。偏置级286例如包括多个双极结晶体管(BJT)230、232、234和236，它们利用各个共同耦合的集电极以及各个共同耦合的发射极并联连接，所述集电极耦合至输入上拉晶体管204的漏极，所述发射极在节点246耦合至恒流源248。

[0031] 多个晶体管230和232的基极耦合至差分输入信号VIN+220和VIN-222。差分输入信号VIN+220和VIN-222可以对应于图1的差分输入信号VIN+220和VIN-222。差分输入信号VIN+220和VIN-222由优选等值的电阻器226和228在一个节点耦合在一起，以在其上生成输入信号共模VCM224。输入信号共模VCM224在操作中具有差动输入信号VIN+220和VIN-222的共模电压。

[0032] 输出级284可以包括输出上拉晶体管206，其在源极耦合至上拉电压202且在漏极耦合至负载级288。负载级288例如包括多个BJT晶体管238、240、242和244，它们利用各自共同耦合的集电极以及各自共同耦合的发射极并联连接，其中所述集电极耦合至输出上拉晶体管206的漏极，发射极在节点246耦合至恒流源248。

[0033] 多个晶体管242和244的基极耦合至差分阈值信号VTH+260和VTH-262。差分阈值信号VTH+260和VTH-262可以对应于图1的差分阈值信号VTH+260和VTH-262。差分阈值信号VTH+260和VTH-262由优选等值的电阻器256和258在一个节点耦合在一起，以在其上生成阈值信号共模VTHCM254。阈值信号共模VTHCM在操作中具有差动阈值信号VTH+260和VTH-262的共模电压。

[0034] 多个晶体管234和236中的至少一部分的基极交叉耦合到阈值共模VTHCM254，该阈值共模具有差动输入信号VTH+260和VTH-262的共模电压。类似地，多个晶体管238和240中的至少一部分的基极交叉耦合到输入信号共模VCM224，该输入信号共模具有差动输入信号VIN+220和VIN-222的共模电压。

[0035] 图3示出滞后阈值信号发生器300的电路图，其诸如图1的滞后阈值信号发生器300。滞后阈值信号发生器300生成差分阈值信号VTH+260和VTH-262，其对应于图1和图2的差分阈值信号VTH+260和VTH-262。示例性实施例不需要差分输入信号VIN+220和VIN-222的输入信号共模等于差分阈值信号VTH+260和VTH-262的输入信号共模。然而，滞后阈值信号发生器
300操作以使共模信号VCM224和VTHCM254(图3)收敛并且值接近相等。滞后阈值信号发生器
300包括在节点224处的输入信号共模VCM，其对应于图2的输入信号共模VCM224，还包括阈值信号共模VTHCM254，其对应于图2的阈值信号共模VTHCM254。

[0036] 滞后阈值信号发生器300包括作为放大器350设置的电流镜，其包括上拉晶体管306，该上拉晶体管在源极耦合至上拉电压302且在漏极耦合至反馈晶体管318。输入上拉晶体管306的漏极和栅极在二极管负载配置中短接在一起。反馈晶体管318包括耦合至上拉晶体管306漏极的漏极和在节点316耦合至恒流源338的源极。反馈晶体管318的栅极耦合至阈值信号共模VTHCM254，其对应于图2的阈值信号共模VTHCM254。放大器350还包括负载上拉晶体管304，其在源极耦合至上拉电压302且在漏极耦合至输入晶体管314。输入晶体管314在栅极耦合至输入信号共模VCM224。输入晶体管314包括耦合至输出上拉晶体管304漏极的漏极和在节点316耦合至恒流源338的源极。

[0037] 滞后阈值信号发生器300还包括输出晶体管328，该输出晶体管在源极耦合至上拉电压302且在漏极耦合至与图2的电阻器258对应的电阻器258。输出晶体管328还包括在节点308耦合至输入晶体管314漏极的栅极并且还耦合至包括电阻器324和电容器326的稳定电路。

[0038] 滞后阈值信号发生器300还包括电流数模转换器(IDAC)334，用于生成具有滞后的阈值信号，正如下面进一步描述的。IDAC 334负责控制信号C0-Cn 105E和反相LOS指示符219，并生成差分阈值信号VTH+260和VTH-262。

[0039] 在操作中，反馈晶体管318向放大器350提供负反馈，以使输入共模信号VCM224的电压和阈值共模信号VTHCM254的电压收敛。更具体地，放大器350感测共模电压之间的差并试图减小该差。恒流源340生成用于反馈晶体管328的偏置电流。

[0040] 图4示出用于生成滞后阈值信号的电流数模转换器(IDAC)334的电路图。IDAC 334进一步示出为耦合至电路360，该电路对应于图3中的电路360。IDAC 334包括阈值控制电路402、开关电路406和滞后控制电路408。

[0041] 阈值控制电路402包括可编程电流源410，其由控制信号105E的控制信号C0-Cx控制。控制信号C0-Cs设定流经晶体管412的电流，该晶体管412与晶体管414和416形成电流镜。流经晶体管414的电流还流过晶体管418和420。晶体管418和420也形成电流镜。来自阈值控制电路402的输出信号生成差分阈值信号VTH+260和VTH-262，它们耦合至电路360，正如上面参考图3所描述的。

[0042] IDAC 334还提供滞后控制，以稳定由LOS检测器200生成的OS指示符218。滞后控制电路408包括可编程电流源454，其由控制信号105E的控制信号Cx+1-Cn控制。控制信号Cx+1-Cn设定流经晶体管452的电流，该晶体管452与晶体管450和448形成电流镜。流经晶体管
450的电流还流过晶体管444和446。晶体管444和446也形成电流镜。来自滞后控制电路408的输出信号生成差分滞后信号VHY+470和VHY-472。

[0043] IDAC 334还包括开关电路406，其包括传输晶体管440和442，其配置为当反相LOS指示符219启动时将差分滞后信号VHY+470和VHY-472耦合至差分阈值信号VTH+260和VTH-262。

[0044] 图5示出了根据示例性实施例的LOS检测器200的时序图。LOS检测器200通过比较输入信号与阈值信号而操作。当输入信号大于阈值信号时，LOS指示符不认定输入信号丢失的指示。

[0045] 在图5中，为了清楚，第一阶段t1480仅示出差分输入信号VIN+220和VIN-222中的一个。具体地，示出输入信号VIN+220以大于差分阈值信号VTH+260和VTH-262的幅度振荡。差分阈值信号VTH+260和VTH-262是根据图4的阈值控制电路402而生成的。在图5中，还示出了至图2的比较器216的输入信号VD1208和VD2214。在第一阶段t1480期间，比较器216在输入信号VD1208上比在输入信号VD2214上接收到更高的电平。相应地，比较器216不认定LOS指示符218指示信号丢失。

[0046] 在图5中，第二阶段t2486示出输入信号VIN+220以小于差分阈值信号VTH+260和VTH-262的幅度振荡。相应地，比较器216在输入信号VD1208上比在输入信号VD2214上接收到更低的电平。相应地，正如晶体管482所示出的，比较器216认定LOS指示符218指示信号丢失。LOS指示符218的认定使得图4的开关电路406启动并允许在滞后电路408的VHY+470和VHY-472处生成的差分滞后电流影响在差分阈值信号VTH+260和VTH-262处存在的电压，正如晶体管484所示。如图5所示，滞后影响的差分阈值信号VTH+260和VTH-262幅度增加，以防止LOS指示符由于输入信号VIN和阈值信号VTH的差振荡的情况而产生的任何短期振荡(抖振)。

[0047] 在图5中，第三阶段t3492示出输入信号VIN+220，其再次以大于差分阈值信号VTH+260和VTH-262的幅度振荡。相应地，比较器216在输入信号VD1208上比在输入信号VD2214上接收到更高的电平。相应地，正如晶体管488所示出的，比较器216解除认定LOS指示符218，以避免指示信号丢失。LOS指示符218的解除认定使得图4的开关电路406停用并防止由滞后电路408在VHY+470和VHY-472处生成的差分滞后电流影响在差分阈值信号VTH+260和VTH-262处存在的电压，正如晶体管490所示。如图5所示，滞后影响的差分阈值信号VTH+260和VTH-262幅度减小，以防止LOS指示符218由于输入信号VIN和阈值信号VTH的差振荡的情况而产生的任何短期振荡(抖振)。

[0048] 图6示出根据本发明的一个示例性实施例的用于检测信号丢失的方法的流程图，其根据这里描述的至少一些实施例配置。尽管描述为离散的块，但是根据期望的实施方式，各种块可以划分为附加块、组合为更少的块、或者被消除。

[0049] 方法500可以从块502开始，在这里，接收具有输入信号共模VCM的差分输入信号VIN。在块504，在内部生成具有阈值信号共模VTHCM的差分阈值信号VTH。在块506，比较由差分输入信号VIN和差分阈值信号共模VTHCM生成的第一信号VD1与由差分阈值信号VTH和输入信号共模VCM生成的第二信号VD1。在块508，基于比较生成信号丢失指示符LOS。

[0050] 这里描述的所有例子和附加语言都意在教育目的，以帮助读者理解本发明以及发明人的改变，并不构成对这些具体描述的例子和条件的限制。尽管已经详细描述了本发明的实施例，但应当理解，可以对其作出多种改变、替换和修改，而并不脱离本发明的精神和范围。