DE60215704T2 - Integrierte Speichersteuerschaltung für Sender/Empfänger für Faser - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Großen und Ganzen das Gebiet von faseroptischer Sende-Empfängern und insbesondere von Schaltungen, die in den Sende-Empfängern verwendet werden, um Steuerungs-, Einstellungs-, Überwachungs- und Identifikationsoperationen zu schaffen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die beiden grundlegendsten elektronischen Schaltungen in einem Faseroptik-Sende-Empfänger sind die Lasertreiberschaltung, die digitale Hochgeschwindigkeitsdaten annimmt und elektrisch eine LED- oder Laserdiode treibt, um äquivalente optische Impulse zu erzeugen, und die Empfängerschaltung, die relativ kleine Signale von einem optischen Detektor nimmt und sie verstärkt und begrenzt, um einen elektronischen digitalen Ausgang gleichförmiger Amplitude zu erzeugen. Zusätzlich zu und manchmal in Verbindung mit diesen grundlegenden Funktionen gibt es eine Anzahl von anderen Aufgaben, die von der Sende-Empfängerschaltung gehandhabt werden müssen, ebenso wie eine Anzahl von Aufgaben, die optional von der Sende-Empfängerschaltung gehandhabt werden können, um seine Funktionalität zu verbessern. Diese Aufgaben umfassen die folgenden, wobei sie aber nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt sind:
    • • Einstellfunktionen. Diese betreffen im Großen und Ganzen die erforderlichen Einstellungen, die in der Fabrik auf einer Teil-zu-Teil-Grundlage gemacht werden, um Variationen bei den Charakteristiken der Komponente zu ermöglichen, wie z.B. dem Laserdiodenschwellwertstrom.
    • • Identifikation. Das betrifft den Allzweckspeicher, typischerweise einen EEPROM (elektrisch löschbarer und programmierbarer Nur-Lesespeicher) oder einen anderen nicht-flüchtigen Speicher. Auf den Speicher kann vorzugs weise unter Verwendung eines seriellen Verbindungsstandards zugegriffen werden, der verwendet wird, um verschiedene Informationen zu speichern, die den Sende-Empfänger-Typ, seine Fähigkeiten, die Seriennummer und die Kompatibilität mit verschiedenen Standards identifizieren. Obwohl es nicht Standard ist, wäre es wünschenswert, des Weiteren in diesem Speicher zusätzliche Informationen zu speichern, wie zum Beispiel Unterkomponentenrevisionen und Fabriktestdaten.
    • • Augensicherheit und allgemeine Fehlerdetektion. Diese Funktionen werden verwendet, um abnormale und potentiell unsichere Betriebsparameter zu identifizieren und diese dem Anwender zu berichten und/oder eine Laserabschaltung durchzuführen, wie es passend ist.
  • Zusätzlich würde es bei vielen Sende-Empfängern für die Steuerschaltung wünschenswert sein, einige oder alle der folgenden zusätzlichen Funktionen durchzuführen:
    • • Temperaturkompensationsfunktionen. Zum Beispiel Kompensieren bekannter Temperaturvariationen bei Laserschlüsselcharakteristiken, wie zum Beispiel die Flankeneffizienz.
    • • Überwachungsfunktionen. Das Überwachen verschiedener Parameter, die die Sende-Empfängerbetriebscharakteristiken und die Umgebung betreffen. Beispiele der Parameter, die es wünschenswert sein würde, zu überwachen, umfassen den Laservorspannungsstrom, die Laserausgangsleistung, den empfangenen Leistungspegel, die gelieferte Spannung und die Temperatur. Idealerweise sollten diese Parameter überwacht werden und einer Host-Vorrichtung berichtet werden oder dieser verfügbar gemacht werden, und somit dem Anwender des Sende-Empfängers.
    • • Anschaltzeit. Es würde für die Steuerschaltung des Sende-Empfängers wünschenswert sein, die Gesamtzahl an Stunden zu verfolgen, die der Sende-Empfänger in einem angeschalteten Zustand war, und diesen Zeitwert einer Host-Vorrichtung zu berichten oder dieser verfügbar zu machen.
    • • Grenzen-Setzen. "Grenzen-Setzen" ist ein Mechanismus, der es dem Endanwender ermöglicht, die Leistungsfähigkeit des Sende-Empfängers bei einer bekannten Abweichung von den idealen Betriebsbedingungen zu testen, im Großen und Ganzen durch Skalieren der Steuersignale, die verwendet werden, um die aktiven Komponenten des Sende-Empfängers zu betreiben.
    • • Andere digitale Signale. Es würde wünschenswert sein, es einer Host-Vorrichtung zu ermöglichen, fähig zu sein, den Sende-Empfänger zu konfigurieren, damit er mit verschiedenen Anforderungen für die Polarität und Ausgangstypen digitaler Eingänge und Ausgänge kompatibel gemacht wird. Zum Beispiel werden digitale Eingänge für Sendeabschalt- und Ratenauswahlfunktionen verwendet, während Ausgänge eingesetzt werden, um Sende-Empfängerfehler- und Signalverlustzustände anzuzeigen. Die Konfigurationswerte würden die Polarität von einem oder mehreren der binären Eingangs- und Ausgangssignale festlegen. Bei einigen Sende-Empfängern würde es wünschenswert sein, die Konfigurationswerte zu verwenden, um die Skalierung von einem oder mehreren der digitalen Eingangs- oder Ausgangswerte zu spezifizieren, zum Beispiel, indem ein Skalierfaktor spezifiziert wird, der in Verbindung mit dem digitalen Eingangs- oder Ausgangswert zu verwenden ist.
  • Wenn überhaupt, sind wenige dieser zusätzlichen Funktionen in den meisten Sende-Empfängern implementiert, zum Teil wegen der Kosten, das zu tun. Einige dieser Funktionen wurden unter Verwendung diskreter Schaltungen implementiert, zum Beispiel unter Verwendung eines Allzweck-EEPROMs für Identifikationszwecke, indem einige Funktionen in der Lasertreiber- oder Senderschaltung einbezogen wurden (zum Beispiel einige Grad Temperaturkompensation in einer Laser-Treiberschaltung), oder mit der Verwendung einer kommerziellen integrierten Mikrokontrollerschaltung. Jedoch hat es bis jetzt keine Sende-Empfänger gegeben, die eine einheitliche Vorrichtungsarchitektur bereitstellen, die alle diese Funktionen unterstützen wird, ebenso wie zusätzliche Funktionen, die hier nicht aufgeführt sind, auf eine kosteneffektive Weise.
  • US-A-5 383 208 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern der Ausgangsleistung einer Laserdiode, die an eine optische Faser angeschlossen ist. Die Vorrichtung analysiert ein charakteristisches Signal der Leistung, die von der Laserdiode emittiert wird.
  • Die US-A-5 953 690 beschreibt einen Faseroptik-Empfänger. Diese Vorrichtung speichert Referenzdaten in einem nicht-flüchtigen Speicher innerhalb der Vorrichtung.
  • Die US-A-5 812 572 beschreibt eine Faseroptik-Laser-Diodensteuerung. Kalibrierwerte sind in einem nicht-flüchtigen Speicher auf der Karte der Vorrichtung gespeichert.
  • Die US-A-5 019 769 beschreibt eine Laser-Diodensteuerung. Diese Vorrichtung verzögert den Betrieb der Laserdiode bei Volllast, bis die Integrität der Faseroptikverbindung ausgebildet ist. Diese Vorrichtung umfasst einen Mikrokontroller, einen A-zu-D-Umwandler, einen nicht-flüchtigen Speicher und eine RS-232 Schnittstelle zu einem Host. Der Mikrokontroller zeichnet die Betriebsbedingungen der Laserdiode in freien Plätzen des nicht-flüchtigen Speichers auf.
  • Die US-A-5 396 059 beschreibt einen digitalen Prozessor zum Überwachen einer optoelektronischen Vorrichtung. Die Vorrichtung enthält vorausgewählte Betriebsparameter zur Verwendung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen.
  • Die US-A-594 748 beschreibt eine Vorrichtung zum Vorhersagen des Ausfalls eines Halbleiterlasers, indem die Betriebscharakteristiken des Lasers überwacht werden.
  • Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, eine allgemeine und flexible integrierte Schaltung anzugeben, die die gesamte (oder irgendeine Teilmenge) der obigen Funktionalität unter Verwendung einer direkten im Speicher abgebildeten Architektur und eines einfachen seriellen Kommunikationsmechanismus schafft.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der wesentlichen Merkmale eines typischen bekannten Faseroptik-Sende-Empfängers. Die Hauptschaltung 1 enthält mindestens Sende- und Empfängerschaltungswege und einen Stromanschluss 19 und einen Masseanschluss 18. Die Empfängerschaltung besteht typischerweise aus einer optischen Empfängerunterbaugruppe (ROSA) 2, die eine mechanische Faseraufnahme ebenso wie eine Photodiode und eine Vorverstärker(preamp)-Schaltung enthält. Die ROSA ist wiederum an eine integrierte Nachverstärker (postamp)-Schaltung 4 angeschlossen, deren Funktion es ist, ein festes schwingendes digitales Ausgangssignal zu erzeugen, das an eine äußere Schaltung über die Pins RX+ und RX 17 angeschlossen ist. Die Postamp-Schaltung stellt oft auch ein Digitalausgangssignal bereit, das als Signaldetektiert oder Signalverlust bekannt ist, das die Anwesenheit oder Abwesenheit eines geeigneten starken optischen Eingangs anzeigt. Der Signal-detektiert-Ausgang wird als ein Ausgang auf Pin 18 bereitgestellt. Die Sendeschaltung wird typischerweise aus einer optischen Senderunterbaugruppe (TOSA) 3 bestehen, und einer integrierten Laser-Treiberschaltung 5. Die TOSA enthält eine mechanische Faseraufnahme ebenso wie eine Laserdiode oder LED. Die Laser-Treiberschaltung wird typischerweise einen AC-Treiber- und einen DC-Vorspannungsstrom für den Laser bereitstellen. Die Signaleingänge für den AC-Treiber werden von den Pins TX+ und TX– 12 erhalten. Typischerweise wird die Laser-Treiberschaltung individuelle Fabrikeinstellungen bestimmter Parameter erfordern, wie zum Beispiel den Vorspannungsstrom (oder Ausgangsleistungs-)pegel und den AC-Modulationstreiber für den Laser. Dieses wird durch Einstellen variabler Widerstände oder Anordnen von Fabrik-ausgewählten Widerständen 7, 9 eingestellt (d.h. mit Fabrik-ausgewählten Widerstandswerten). Zusätzlich ist oft eine Temperaturkompensation des Vorspannungsstroms und eine Modulation erforderlich. Diese Funktion kann in die integrierte Laser-Treiberschaltung integriert sein oder durch die Verwendung externer temperaturempfindlicher Elemente erreicht werden, wie zum Beispiel Thermistoren 6, 8.
  • Zusätzlich zu den meisten Grundfunktionen, die oben beschrieben sind, umfassen einige Sende-Empfänger-Plattformstandards eine zusätzliche Funktionalität. Beispiele davon sind die Pins TX-abgeschaltet 13 und TX-Fehler 14, die in dem GBIC-Standard beschrieben werden. Bei dem GBIC-Standard ermöglicht der Pin TX-abgeschaltet, den Sender durch die Host-Vorrichtung abzuschalten, während der Pin TX-Fehler eine Anzeige für die Host-Vorrichtung von irgendeinem Fehlerzustand ist, der in dem Laser oder der zugehörigen Laser-Treiberschaltung existiert. Zusätzlich zu dieser Basisbeschreibung umfasst der GBIC-Standard eine Reihe von Zeitgeberdiagrammen, die beschreiben, wie diese Kontrollen funktionieren und miteinander wechselwirken, um Reset-Operationen oder andere Aktionen zu implementieren. Das Meiste dieser Funktionalität zielt darauf, nicht augensichere Emissionspegel zu verhindern, wenn ein Fehlerzustand in der Laser-Schaltung auftritt. Diese Funktionen können in die Laser-Treiberschaltung selber oder in eine zusätzliche optionale integrierte Schaltung integriert werden. Schließlich erfordert der GBIC-Standard auch, dass der EEPROM 10 standardisierte serielle ID-Informationen speichert, die über eine serielle Schnittstelle ausgelesen werden können (definiert als verwendend die serielle Schnittstelle der ATMEL AT24CO1A-Familie von EEPROM-Produkten), die aus einer Uhr 15 und einer Datenleitung 16 besteht.
  • Als eine Alternative zu mechanischen Faseraufnahmen verwenden einige bekannte Sende-Empfänger Faserzusatzanschlusslitzen, die aufnehmende faseroptische Standardanschlüsse sind.
  • Ähnliche Prinzipien treffen offenbar auch auf faseroptische Sender oder Empfänger zu, die nur die Hälfte der gesamten Sende-Empfängerfunktionen implementieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung zur Überwachung einer optoelektronischen Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beschrieben, angegeben.
  • Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung einer optoelektronischen Vorrichtung, wie in Anspruch 8 beschrieben, angegeben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zusätzliche Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den angefügten Ansprüchen klar, wenn sie im Zusammenhang mit den Zeichnungen genommen werden, wobei:
  • 1 ein Blockdiagramm eines bekannten optoelektronischen Sende-Empfängers zeigt.
  • 2 ein Blockdiagramm eines optoelektronischen Sende-Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ein Blockdiagramm von Modulen in dem Kontroller des optoelektronischen Sende-Empfängers von 2 zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGEN
  • Ein Sende-Empfänger 100 auf der Basis der vorliegenden Erfindung ist in den 2 und 3 gezeigt. Der Sende-Empfänger 100 enthält eine optische Empfänger-Unterbaugruppe (ROSA) 102 und eine optische Sender-Unterbaugruppe (TOSA) 103 zusammen mit zugehörigen integrierten Nachverstärker 104 und Laser-Treiber 105 Schaltungen, die elektrische Hochgeschwindigkeitssignale zu der Außenwelt kommunizieren. In diesem Fall sind jedoch alle anderen Kontroll- und Einstellfunktionen in einer dritten integrierten Ein-Chip-Schaltung 110 implementiert, die als der Kontroller-IC bezeichnet wird.
  • Der Kontroller-IC 110 handhabt alle Niedriggeschwindigkeitskommunikationen mit dem Endanwender. Diese umfassen die standardisierten Pin-Funktionen, wie zum Beispiel einen Signalverlust (LOS) 111, Senderfehleranzeige (TX-Fehler) 14 und den Sender-Abschalteingang (TX-DIS) 13. Der Kontroller-IC 110 hat eine serielle Zweidraht-Schnittstelle 121, die auch die Speicher-Schnittstelle genannt wird, um auf in dem Speicher abgebildete Stellen in dem Kontroller zuzugreifen. Speicherabbildungstabellen 1, 2, 3 und 4, siehe unten, sind eine beispielhafte Speicherabbildung für eine Ausführung eines Sende-Empfänger-Kontrollers, der in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung implementiert ist. Es ist klar, dass die Speicherabbildungstabellen 1, 2, 3 und 4, zusätzlich dazu, dass sie eine Speicherabbildung von Werten und Steuermerkmalen zeigen, die in diesem Dokument beschrieben sind, auch eine Anzahl von Parametern und Kontrollmechanismen zeigen, die außerhalb des Schutzbereichs dieses Dokuments sind, und somit nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind.
  • Die Schnittstelle 121 ist an die Host-Vorrichtungs-Schnittstellen-Eingangs/Ausgangsleitungen angeschlossen, typischerweise Uhr (SCL)- und Daten (SDA)-Leitungen 15 und 16. Bei der bevorzugten Ausführung wird die serielle Schnittstelle 121 gemäß des zwei seriellen Zweidraht-Schnittstellenstandards betrieben, der auch bei dem GBIC- und SFP-Standard verwendet wird, wobei jedoch andere serielle Schnittstellen gleichermaßen bei alternativen Ausführungen verwendet werden könnten. Die serielle Zweidraht-Schnittstelle 121 wird für alle Einstellungen und Anfragen des Kontrollers-IC's 40 benutzt, und ermöglicht den Zugriff der optoelektronischen Kontrollschaltung des Sende-Empfängers als eine Speicher-abgebildete Vorrichtung. Das heißt, dass Tabellen und Parameter eingestellt werden, indem Werte in vordefinierte Speicherstellen von einem oder mehreren nicht-flüchtigen Speichervorrichtungen 120, 122, 128 (z.B. EEPROM-Vorrichtungen) in dem Kontroller geschrieben werden, wohingegen Diagnose- und andere Ausgangs- und Statuswerte ausgegeben werden, indem vorbestimmte Speicherstellen der gleichen nicht-flüchtigen Speichervorrichtungen 120, 122, 128 ausgelesen werden. Diese Technik ist konsistent mit zur Zeit definierter ID-Funktionalität von vielen Sende-Empfängern, wo eine serielle Zweidraht-Schnittstelle verwendet wird, um Identifikations- und Fähigkeitsdaten auszulesen, die in EEPROM gespeichert sind.
  • Es wird hier angemerkt, dass einige der Speicherstellen in den Speichervorrichtungen 120, 122, 128 doppelt angeschlossen sind, oder sogar in einigen Fällen dreifach angeschlossen sind. Das heißt, während diese im Speicher abgebildeten Stellen über die serielle Schnittstelle 121 ausgelesen werden können, auf diese auch direkt durch andere Schaltungen in dem Kontroller 110 zugegriffen werden kann. Zum Beispiel werden bestimmte "Grenzsetzungs"-Werte, die in dem Speicher 120 gespeichert sind, direkt von der Logik 134 ausgelesen und verwendet, um Treiber-Pegelsignale einzustellen (d.h. nach oben oder nach unten skaliert), die zu der D/A-Ausgabevorrichtung 123 gesendet werden. Entsprechend gibt es Flags, die in dem Speicher 128 gespeichert sind, die (A) von der Logikschaltung 131 geschrieben werden und (B) unmittelbar von der Logikschaltung 133 gelesen werden. Ein Beispiel einer im Speicher abgebildeten Stelle, die nicht in den Speichervorrichtungen liegt, sondern die effektiv doppelt angeschlossen ist, ist der Ausgang oder das Ergebnisregister der Uhr 132. In diesem Fall ist der akkumulierte Zeitwert in dem Register über die serielle Schnittstelle 121 auslesbar, aber er wird durch den Schaltkreis in der Uhr-Schaltung 132 geschrieben.
  • Zusätzlich zu dem Ergebnisregister der Uhr 132 können andere im Speicher abgebildete Stellen in dem Kontroller als Register an dem Ein- oder dem Ausgang von jeweiligen Unterschaltungen des Kontrollers implementiert werden. Zum Beispiel können die grenzsetzenden Werte, die verwendet werden, um den Betrieb der Logik 134 zu steuern, in Registern in oder neben der Logik 134 gespeichert werden, anstatt, dass sie in der Speichervorrichtung 128 gespeichert werden. Bei einem anderen Beispiel können die Messwerte, die von dem ADC 127 erzeugt werden, in den Registern gespeichert werden. Die Speicherschnittstelle 121 ist konfiguriert, um es der Speicherschnittstelle zu ermöglichen, auf jedes dieser Register zuzugreifen, wann immer die Speicherschnittstelle einen Befehl empfängt, auf die Daten zuzugreifen, die an den entsprechenden vordefinierten im Speicher abgebildeten Stellen gespeichert sind. Bei derartigen Ausführungen umfassen "Stellen in dem Speicher" im Speicher abgebildete Register im gesamten Kontroller.
  • Bei einer alternativen Ausführung wird der Zeitwert in dem Ergebnisregister der Uhr 132 oder ein Wert, der dem Zeitwert entspricht, periodisch in einer Speicherstelle in dem Speicher 128 gespeichert (das kann zum Beispiel einmal pro Minute gemacht werden, oder einmal pro Stunde von dem Betrieb der Vorrichtung). Bei dieser alternativen Ausführung ist der Zeitwert, der von der Host-Vorrichtung über die Schnittstelle 121 gelesen wird, der letzte Zeitwert, der in den Speicher 128 gespeichert wird, im Gegensatz zu dem aktuellen Zeitwert in dem Ergebnisregister der Uhr 132.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt, hat der Kontroller-IC 110 Anschlüsse an die Laser-Treiber 105 und Empfängerkomponenten. Diese Anschlüsse dienen mehreren Funktionen. Der Kontroller-IC hat eine Vielzahl von D/A-Umwandlern 123. Bei der bevorzugten Ausführung sind die D/A-Umwandler als Stromquellen implementiert, aber bei anderen Ausführungen können die D/A-Umwandler unter Verwendung von Spannungsquellen implementiert werden, und bei noch anderen Ausführungen können die D/A-Umwandler unter Verwendung von digitalen Potentiometern implementiert sein. Bei der bevorzugten Ausführung werden die Ausgangssignale der D/A-Umwandler verwendet, um Schlüsselparameter der Laser-Treiberschaltung 105 zu steuern. Bei einer Ausführung werden Ausgänge der D/A-Umwandler 123 verwendet, um unmittelbar den Laser-Vorspannungsstrom zu steuern, ebenso wie um den Pegel der A/C-Modulation für den Laser zu steuern (konstanter Vorspannungsbetrieb). Bei einer anderen Ausführung steuern die Ausgänge der D/A-Umwandler 123 des Kontrollers 110 den Pegel der mittleren Ausgangsleistung des Laser-Treibers 105 zusätzlich zu dem A/C-Modulationspegel (Betrieb mit konstanter Leistung).
  • Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Kontroller 110 einen Mechanismus, um temperaturabhängige Charakteristiken des Lasers zu kompensieren. Das wird in dem Kontroller 110 über die Verwendung von Temperaturnachschautabellen 122 implementiert, die verwendet werden, um den Steuerausgängen Werte als eine Funktion der Temperatur zuzuweisen, die von einem Temperatursensor 125 in dem Kontroller-IC 110 gemessen wird. Bei alternativen Ausführungen kann der Kontroller 110 D/A-Umwandler mit Spannungsquellenausgängen verwenden, oder er kann sogar einen oder mehrere der D/A-Umwandler 123 gegen digitale Potentiometer austauschen, um die Charakteristiken des Laser-Treibers 105 zu steuern. Es sollte auch erwähnt werden, dass, obwohl 2 auf ein System Bezug nimmt, wo der Laser-Treiber 105 speziell ausgelegt ist, um Eingänge von dem Kontroller 110 zu empfangen, es möglich ist, den Kontroller-IC 110 mit vielen anderen Laser-Treiber-IC's zu verwenden, um ihre Ausgangscharakteristiken zu steuern.
  • Zusätzlich zu temperaturabhängigen analogen Ausgangssteuerungen kann der Kontroller-IC mit einer Vielzahl von temperaturunabhängigen (einem im Speicher eingestellten Wert) analogen Ausgängen ausgestattet sein. Diese temperaturunabhängigen Ausgänge dienen zahlreichen Funktionen, aber eine besonders interessante Anwendung ist eine Feineinstellung für andere Einstellungen des Laser-Treibers 105 oder Nachverstärkers 104, um beim Betrieb induzierte Variationen bei der Charakteristiken dieser Vorrichtungen zu kompensieren. Ein Beispiel davon könnte die Ausgangsschwingung des Empfängernachverstärkers 104 sein. Normalerweise würde ein derartiger Parameter zu der Zeit der Konstruktion durch die Verwendung eines Einstellwiderstands auf einen gewünschten Wert fixiert werden. Es stellt sich jedoch oft heraus, dass normale Prozessvariationen, die bei der Herstellung der integrierten Nachverstärkerschaltung 104 auftreten, ungewünschte Variationen bei der sich ergebenden Ausgangsschwingung mit einem fest eingestellten Widerstand ergeben. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wird ein analoger Ausgangskontroller-IC 110, der von einem zusätzlichen D/A-Umwandler 123 erzeugt wird, verwendet, um die Ausgangsschwingungseinstellung zu der Zeit der Herstellungseinstellung auf einer Teile-zu-Teile-Basis einzustellen oder zu kompensieren.
  • Zusätzlich zu dem Anschluss von dem Kontroller zu dem Laser-Treiber 105 zeigt 2 eine Anzahl von Anschlüssen von dem Laser-Treiber 105 zu dem Kontroller-IC 110, ebenso wie ähnliche Anschlüsse von dem ROSA 106 und dem Nachverstärker 104 zu dem Kontroller-IC 110. Diese sind analoge Überwachungsanschlüsse, die der Kontroller-IC 110 verwendet, um eine Diagnose-Rückkopplung für die Host-Vorrichtung über die im Speicher abgebildeten Stellen in dem Kontroller-IC bereitzustellen. Der Kontroller-IC 110 hat bei der bevorzugten Ausführung eine Vielzahl analoger Eingänge. Die analogen Eingangssignale geben Betriebsbedingungen der Sende-Empfänger- und/oder Empfängerschaltung an. Diese analogen Signale werden von einem Multiplexer 124 abgetastet und unter Verwendung eines Analog- zu-Digitalumwandlers (ADC) 127 umgewandelt. Der ADC 127 hat bei der bevorzugten Ausführung eine 12 Bit Auflösung, obwohl ADC's mit anderen Auflösungswerten bei anderen Ausführungen verwendet werden können. Die konvertierten Werte werden an vorbestimmten Speicherstellen abgespeichert, zum Beispiel in der Diagnosewert- und Flag-Speichervorrichtung 128, die in 3 gezeigt ist, und sie sind für die Host-Vorrichtung über Speicherauslesungen zugreifbar. Diese Werte sind auf Standardeinheiten kalibriert (z.B. Millivolt oder Mikrowatt) als Teil eines Fabrikkalibrierverfahrens.
  • Die digitalisierten Werte, die in dem im Speicher abgebildeten Stellen in dem Kontroller-IC gespeichert sind, umfassen, wobei sie aber nicht darauf begrenzt sind, den Laser-Vorspannungsstrom, die Laser-Sendeleistung und die Empfangsleistung (gemessen durch den Fotodiodendetektor in dem ROSA 102). In den Speicherabbildungstabellen (z.B. Tabelle 1) wird der gemessene Laser-Vorspannungsstrom als Parameter Bin bezeichnet, die gemessene Laser-Sendeleistung wird als Pin bezeichnet und die gemessene Empfangsleistung wird als Rin bezeichnet. Die Speicherabbildungstabellen geben die Speicherstellen an, wo bei einer beispielhaften Implementierung diese gemessenen Werte gespeichert werden, und sie zeigen auch, wo die entsprechenden Grenzwerte, Flagwerte und Konfigurationswerte (z.B. zum Anzeigen der Polarität der Flags) gespeichert sind.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst der Kontroller 110 einen Spannungszufuhrsensor 126. Ein analoges Spannungspegelsignal, das von diesem Sensor erzeugt wird, wird von dem ADC 127 in ein digitales Spannungspegelsignal umgewandelt, und das digitale Spannungspegelsignal wird in dem Speicher 128 gespeichert. Bei einer bevorzugten Ausführung werden der ADC Eingangs-Mux 124 und der ADC 127 durch ein Uhrsignal gesteuert, um automatisch periodisch die überwachten Signale in digitale Signale umzuwandeln, und um diese digitalen Werte in dem Speicher 128 zu speichern.
  • Überdies vergleicht, wenn die digitalen Werte erzeugt werden, die Wertvergleichslogik 131 des Kontrollers diese Werte mit vorbestimmten Grenzwerten. Die Grenzwerte sind vorzugsweise in dem Speicher 128 in der Fabrik gespeichert, aber die Host-Vorrichtung kann die original programmierten Grenzwerte mit neuen Grenzwerten überschreiben. Jedes überwachte Signal wird automatisch mit sowohl einem unteren Grenzwert als auch einem oberen Grenzwert verglichen, was zu der Erzeugung von zwei Grenzflagwerten führt, die dann in der Diagnosewert- und Flag-Speichervorrichtung 128 gespeichert werden. Für jedes bewachte Signal, wo es keine bedeutungsvolle untere oder obere Grenze gibt, kann der entsprechende Grenzwert auf einen Wert eingestellt werden, der nie bewirken werden wird, dass das entsprechende Flag zu setzen ist.
  • Die Grenzflags werden auch manchmal Rufe-Alarm- oder Warnflags sein. Die Host-Vorrichtung (oder der Endanwender) kann diese Flags überwachen, um festzulegen, ob Bedingungen existieren, die wahrscheinlich verursacht haben, dass eine Sende-Empfängerverbindung ausgefallen ist (Alarmflags), oder ob Bedingungen existieren, die vorhersagen, dass wahrscheinlich bald ein Ausfall auftritt. Beispiele derartiger Bedingungen können ein Laser-Vorspannungsstrom sein, der auf Null gefallen ist, was ein Anzeichen von einem unmittelbaren Ausfall des Senderausgangs ist, oder ein Laser-Vorspannungsstrom in einer konstanter Leistungsbetriebsart, der seinen Nennwert um mehr als 50 % übertrifft, was eine Anzeige eines Zustands am Ende der Lebensdauer ist. Somit sind die automatisch erzeugten Grenzflags nützlich, weil sie eine einfache Ausfallentscheidung für die Funktionalität des Sende-Empfängers auf der Basis von intern gespeicherten Grenzwerten bereitstellen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung verknüpft die Fehlerkontroll- und Logikschaltung 133 logisch ODER die Alarm- und Warnflags zusammen mit den internen LOS-(Signalverlust)-Eingangs- und Fehlereingangssignalen, um ein binäres Sende-Empfängerfehler (Tx-Fehler)-Signal zu erzeugen, das an die Host-Schnittstelle angeschlossen wird, und somit der Host-Vorrichtung verfügbar gemacht wird. Die Host-Vorrichtung kann programmiert sein, um das Tx-Fehler-Signal zu überwachen und auf eine Assertion des Tx-Fehler-Signal zu reagieren, indem automatisch alle Alarm- und Warnflags in dem Sende-Empfänger ausgelesen werden, ebenso wie die entsprechenden überwachten Signale, um den Grund des Alarms oder der Warnung festzustellen.
  • Die Fehlerkontroll- und Logikschaltung 133 übermittelt überdies einen Signalverlust (LOS)-Signal, das von der Empfängerschaltung (ROSA, 2) empfangen wird, zu der Host-Schnittstelle.
  • Eine weitere Funktion der Fehlerkontroll- und Logikschaltung 133 ist es, den Betrieb des Senders (TOSA, 2) abzuschalten, wenn es notwendig ist, um die Augensicherheit zu gewährleisten. Das ist eine standarddefinierte Wechselwirkung zwischen dem Zustand des Laser-Treibers und dem Tx-Abschalt-Ausgang, der durch die Fehlerkontroll- und Logikschaltung 133 implementiert ist. Wenn die Logikschaltung 133 ein Problem detektiert, das zu einem Augensicherheitsrisiko führen könnte, wird der Laser-Treiber durch Aktivieren des Tx-Abschalt-Signals des Kontrollers abgeschaltet. Die Host-Vorrichtung kann diesen Zustand zurücksetzen, indem sie ein Befehlssignal auf der Tx-AbschaltBef.-Leitung der Host-Schnittstelle sendet.
  • Noch eine weitere Funktion der Fehlerkontroll- und Logikschaltung 133 ist es, die Polarität ihrer Eingangs- und Ausgangssignale gemäß einem Satz von Konfigurationsflags zu bestimmen, die in dem Speicher 128 gespeichert sind. Zum Beispiel kann der Signalverlust-(LOS)-Ausgang der Schaltung 133 entweder ein Logisch-Niedrig- oder ein Logisch-Hoch-Signal sein, wie es von dem entsprechenden Konfigurationsflag festgelegt ist, das in dem Speicher 128 gespeichert ist.
  • Weitere Konfigurationsflags (siehe Tabelle 4), die im Speicher 128 gespeichert sind, werden verwendet, um die Polarität von jedem von dem der Warn- und Alarmflag festzulegen. Noch weitere Konfigurationswerte, die im Speicher 128 gespeichert sind, werden verwendet, um die Skalierung festzulegen, die von dem ADC 127 angewendet wird, wenn jedes der überwachten analogen Signale in einem digitalen Wert umgewandelt wird.
  • Bei einer alternativen Ausführung ist ein weiterer Eingang für den Kontroller 102 an der Host-Schnittstelle ein Ratenauswahlsignal. In 3 wird das Ratenauswahlsignal in die Logik 133 eingegeben. Dieses vom Host erzeugte Signal wird typischerweise ein digitales Signal sein, das die erwartete Datenrate spezifiziert, mit der Daten von dem Empfänger (ROSA 102) zu empfangen sind. Zum Beispiel könnte das Ratenwahlsignal zwei Werte haben, die hohe und niedrige Datenraten repräsentieren (z.B. 2,5 Gb/s und 1,25 Gb/s). Der Kontroller reagiert auf das Ratenauswahlsignal, indem er Steuersignale erzeugt, um die analoge Empfängerschaltung auf eine Bandbreite einzustellen, die dem von dem Ratenauswahlsignal spezifizierten Wert entspricht.
  • Während die Kombination von allen obigen Funktionen bei der bevorzugten Ausführung dieses Sende-Empfänger-Kontrollers gewünscht ist, sollte es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass eine Vorrichtung, die nur eine Teilmenge dieser Funktionen implementiert, auch von einem großen Nutzen sein würde. Entsprechend ist die vorliegende Erfindung auch auf Sender und Empfänger anwendbar, und somit ist sie nicht nur auf Sende-Empfänger anwendbar. Schließlich sollte herausgestellt werden, dass der Kontroller der vorliegenden Erfindung für die Anwendung von optischen Mehrkanalverbindungen geeignet ist.
  • TABELLE 1
    Figure 00170001
  • (Fortsetzung)
    Figure 00180001
  • Fortsetzung
    Figure 00190001
  • Fortsetzung
    Figure 00200001
  • TABELLE 2 – DETAILSPEICHERBESCHREIBUNGEN-A/D-WERTE UND STATUSBITS
    Figure 00210001
  • (Fortsetzung)
    Figure 00220001
  • TABELLE 3 DETAILLIERTE SPEICHERBESCHREIBUNGEN-ALARM UND WARNFLAGBITS
    Figure 00220002
  • Fortsetzung
    Figure 00230001
  • TABELLE 4
    Figure 00240001

Claims (21)

  1. Schaltung zur Überwachung einer optoelektronischen Vorrichtung, umfassend: einen Speicher (120, 122, 128), der eine oder mehrere Speicheranordnungen enthält, zum Speichern von auf die optoelektronische Vorrichtung bezogenen Informationen; eine Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127), die dafür konfiguriert ist, mehrere analoge Signale von der optoelektronischen Vorrichtung zu empfangen, wobei die analogen Signale Betriebsbedingungen der optoelektronischen Vorrichtung entsprechen, die empfangenen analogen Signale in digitale Werte umzuwandeln, und die digitalen Werte an vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Stellen innerhalb des Speichers zu speichern; eine Vergleichslogik (131), die dafür konfiguriert ist, die digitalen Werte mit Grenzwerten zu vergleichen, um Flagwerte zu erzeugen, wobei die Flagwerte an vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Flagspeicherstellen innerhalb des Speichers während der Operation der optoelektronischen Vorrichtung gespeichert werden; und eine Schnittstelle (121), die dafür konfiguriert ist, einem Host zu erlauben, aus den vom Host spezifizierten, im Speicher abgebildeten Stellen innerhalb des Speichers, die die vorbestimmten im Speicher abgebildeten Flagspeicherstellen enthalten, entsprechend Befehlen, die vom Host empfangen werden, zu lesen.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127) so konfiguriert ist, dass sie ein Leistungspegelsignal in einen digitalen Leistungspegelwert umwandelt und den digitalen Leistungs pegelwert an einer vorbestimmten Leistungspegelstelle innerhalb des Speichers speichert; wobei der digitale Leistungspegelwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Leistungspegelstelle spezifiziert.
  3. Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Vergleichslogik eine Logik enthält zum Vergleichen des digitalen Leistungspegelwertes mit einem Leistungsgrenzwert, zum Erzeugen eines Leistungsflagwertes auf der Grundlage des Vergleichs des digitalen Leistungssignals mit dem Leistungsgrenzwert, und zum Speichern des Leistungsflagwerts an einer vorbestimmten Leistungsflagstelle innerhalb des Speichers; wobei der im Speicher gespeicherte Leistungsflagwert über die Schnitstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Leistungsflagstelle spezifiziert.
  4. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127) dafür konfiguriert ist, ein Temperatursignal in einen digitalen Temperaturwert umzuwandeln und den digitalen Temperaturwert an einer vorbestimmten Temperaturstelle innerhalb des Speichers (128) zu speichern; wobei der im Speicher gespeicherte digitale Temperaturwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Temperaturstelle spezifiziert.
  5. Schaltung nach Anspruch 4, wobei die Vergleichslogik (131) eine Logik enthält zum Vergleichen des digitalen Temperaturwerts mit einem Temperaturgrenzwert, zum Erzeugen eines Temperaturflagwerts auf der Grundlage des Vergleichs des digitalen Temperatursignals mit dem Temperaturgrenzwert, und zum Speichern des Temperaturflagwerts an einer vorbestimmten Temperaturflagstelle innerhalb des Speichers (128); wobei der im Speicher gespeicherte Temperaturflagwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Temperaturflagstelle spezifiziert.
  6. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die mehreren analogen Signale zwei analoge Signale enthalten, die aus einem Satz ausgewählt sind, der aus einem Laservorspannungsstrom, einer Laserausgangsleistung und einer empfangenen Leistung besteht.
  7. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127) dafür konfiguriert ist, ein analoges Leistungsversorgungsspannungspegelsignal der optoelektronischen Vorrichtung zu empfangen, das Leistungsversorgungsspannungspegelsignal in einen digitalen Leistungspegelwert umzusetzen und den digitalen Leistungspegelwert an einer vorbestimmten Leistungspegelstelle innerhalb des Speichers (128) zu speichern; wobei der im Speicher gespeicherte digitale Leistungspegelwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Leistungspegelstelle spezifiziert.
  8. Verfahren zur Überwachung einer optoelektronischen Vorrichtung, umfassend: Empfangen mehrerer analoger Signale von der optoelektronischen Vorrichtung, wobei die analogen Signale Betriebsbedingungen der optoelektronischen Vorrichtung entsprechen, Umwandeln der empfangenen analogen Signale in digitale Werte, und Speichern der digitalen Werte an vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Stellen innerhalb eines Speichers (120, 122, 128); Vergleichen der digitalen Werte mit Grenzwerten, um Flagwerte zu erzeugen, und Speichern der Flagwerte an vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Flagstellen innerhalb des Speichers; und gemäß Befehlen, die von einer Host-Vorrichtung empfangen werden, der Host-Vorrichtung ermöglichen, aus vom Host spezifizierten, im Speicher abgebildeten Stellen innerhalb des Speichers, die die vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Flagstellen enthalten, über eine Schnittstelle zu lesen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner enthaltend: Erzeugen eines Leistungspegelsignals, das einem Leistungsversorgungsspannungspegel der optoelektronischen Vorrichtung entspricht, Umwandeln des Leistungspegelsignals in einen digitalen Leistungspegelwert und Speichern des digitalen Leistungspegelwerts an einer vorbestimmten Leistungspegelstelle innerhalb des Speichers (128); und der Host-Vorrichtung ermöglichen, den digitalen Leistungspegelwert zu lesen, wenn die Host-Vorrichtung die vorbestimmte Leistungspegelstelle spezifiziert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner enthaltend: Vergleichen des digitalen Leistungspegelwerts mit einem Leistungspegelgrenzwert, Erzeugen eines Leistungspegelflagwerts auf der Grundlage des Vergleichs des digitalen Leistungspegelsignals mit dem Leistungspegelgrenzwert, und Speichern des Leistungspegelflagwerts an einer vorbestimmten Leistungspegelflagstelle innerhalb des Speichers; und der Host-Vorrichtung ermöglichen, den Leistungspegelflagwert zu lesen, wenn die Host-Vorrichtung die vorbestimmte Leistungspegelflagstelle spezifiziert.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, ferner enthaltend: Erzeugen eines Temperatursignals, das einer Temperatur der optoelektronischen Vorrichtung entspricht, Umwandeln des Temperatursignals in einen digitalen Temperaturwert und Speichern des digitalen Temperaturwerts an einer vorbestimmten Temperaturstelle innerhalb des Speichers; und der Host-Vorrichtung ermöglichen, den digitalen Temperaturwert zu lesen, wenn die Host-Vorrichtung die vorbestimmte Temperaturstelle spezifiziert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der digitale Temperaturwert mit einem Temperaturgrenzwert verglichen wird, ein Temperaturflagwert auf der Grundlage des Vergleichs des digitalen Temperatursignals mit dem Temperaturgrenzwert erzeugt wird, und der Temperaturflagwert an einer vorbestimmten Temperaturflagstelle innerhalb des Speichers gespeichert wird; und der Host-Vorrichtung ermöglicht wird, den Temperaturflagwert zu lesen, wenn die Host-Vorrichtung die vorbestimmte Temperaturflagstelle spezifiziert.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die mehreren analogen Signale zwei analoge Signale enthalten, die aus einem Satz ausgewählt sind, der aus einem Laservorspannungsstrom, einer Laserausgangsleistung und einer empfangenen Leistung besteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, das das Empfangen eines Spannungssignals von einer Quelle außerhalb der optoelektronischen Vorrichtung, das Umwandeln des Spannungssignals in einen digitalen Spannungswert und das Speichern des digitalen Spannungswerts an einer entsprechend vorbestimmten Stelle innerhalb des Speichers enthält; wobei der Host-Vorrichtung ermöglicht wird, den digitalen Spannungswert zu lesen, wenn die Host Vorrichtung die entsprechende vorbestimmte Stelle spezifiziert.
  15. Optoelektronischer Sendeempfänger, umfassend: einen Laser-Sender (103, 105); einen Photodiode-Empfänger (102, 104); einen Speicher (120, 122, 128), der eine oder mehrere Speicheranordnungen enthält, zum Speichern von auf den optoelektronischen Sendeempfänger bezogenen Informationen; eine Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127), die dafür konfiguriert ist, mehrere analoge Signale vom optoelektronischen Sendeempfänger zu empfangen, wobei die analogen Signale Betriebsbedingungen des optoelektronischen Sendeempfängers entsprechen, die empfangenen analogen Signale in digitale Werte umzuwandeln, und die digitalen Werte an vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Stellen innerhalb des Speichers zu speichern; eine Vergleichslogik (131), die dafür konfiguriert ist, die digitalen Werte mit Grenzwerten zu vergleichen, um Flagwerte zu erzeugen, wobei die Flagwerte an vorbestimmten, im Speicher abgebildeten Flagspeicherstellen innerhalb des Speichers während der Operation des optoelelekronischen Sendeempfängers gespeichert werden; und eine Schnittstelle (121), die dafür konfiguriert ist, einem Host zu erlauben, aus den vom Host spezifizierten, im Speicher abgebildeten Stellen innerhalb des Speichers, die die vorbestimmten im Speicher abgebildeten Flagspeicherstellen enthaften, entsprechend Befehlen, die vom Host empfangen werden, zu lesen.
  16. Optoelektronischer Sendeempfänger nach Anspruch 15, bei der die Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127) so konfiguriert ist, dass sie ein Leistungspegelsignal in einen digitalen Leistungspegelwert umwandelt und den digitalen Leistungspegelwert an einer vorbestimmten Leistungspegelstelle innerhalb des Speichers speichert; wobei der digitale Leistungspegelwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Leistungspegelstelle spezifiziert.
  17. Optoelektronischer Sendeempfänger nach Anspruch 16, wobei die Vergleichslogik eine Logik enthält zum Vergleichen des digitalen Leistungspegelwertes mit einem Leistungsgrenzwert, zum Erzeugen eines Leistungsflagwertes auf der Grundlage des Vergleichs des digitalen Leistungssignals mit dem Leistungsgrenzwert, und zum Speichern des Leistungsflagwerts an einer vorbestimmten Leistungsflagstelle innerhalb des Speichers; wobei der im Speichergespeicherte Leistungsflagwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Leistungsflagstelle spezifiziert.
  18. Optoelektronischer Sendeempfänger nach Anspruch 15, bei der die Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127) dafür konfiguriert ist, ein Temperatursignal in einen digitalen Temperaturwert umzuwandeln und den digitalen Temperaturwert an einer vorbestimmten Temperaturstelle innerhalb des Speichers (128) zu speichern; wobei der im Speicher gespeicherte digitale Temperaturwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Temperaturstelle spezifiziert.
  19. Optoelektronischer Sendeempfänger nach Anspruch 18, wobei die Vergleichslogik (131) eine Logik enthält zum Vergleichen des digitalen Temperaturwerts mit einem Temperaturgrenzwert, zum Erzeugen eines Temperaturflagwerts auf der Grundlage des Vergleichs des digitalen Temperatursignals mit dem Temperaturgrenzwert, und zum Speichern des Temperaturflagwerts an einer vorbestimmten Temperaturflagstelle innerhalb des Speichers (128); wobei der im Speicher gespeicherte Temperaturflagwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Temperaturflagstelle spezifiziert.
  20. Optoelektronischer Sendeempfänger nach Anspruch 15, bei der die mehreren analogen Signale zwei analoge Signale enthalten, die aus einem Satz ausgewählt sind, der aus einem Laservorspannungsstrom, einer Laserausgangsleistung und einer empfangenen Leistung besteht.
  21. Optoelektronischer Sendeempfänger nach Anspruch 15, bei der die Analog-zu-Digital-Umwandlungsschaltung (127) dafür konfiguriert ist, ein analoges Leistungsversorgungsspannungspegelsignal des optoelektronischen Sendeempfängers zu empfangen, das Leistungsversorgungsspannungspegelsignal in einen digitalen Leistungspegelwert umzusetzen und den digitalen Leistungspegelwert an einer vorbestimmten Leistungspegelstelle innerhalb des Speichers (128) zu speichern; wobei der im Speicher gespeicherte digitale Leistungspegelwert über die Schnittstelle lesbar ist, wenn der Host der Schnittstelle die vorbestimmte Leistungspegelstelle spezifiziert.
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