(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光受信機において光信号を処理する方法であって、
前記光受信機の変換モジュールで、前記光信号を電圧信号に変換するステップと、
前記光受信機の増幅器で、前記電圧信号を増幅するステップと、
前記光受信機のモニタで、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、
前記光受信機のコントローラで、前記示度に基づいて、前記変換するステップの前記変換モジュール又は前記増幅するステップの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光受信機の電力消費を減少させるステップと、
を含み、
前記利得又は動作帯域幅の少なくとも一方を調節して前記光受信機の電力消費を減少させるステップは、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ステップをさらに含む、
方法。
【請求項２】
前記信号品質パラメータは、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３】
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、
を含み、
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、
システム。
【請求項４】
前記信号品質パラメータは、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３に記載のシステム。
【請求項５】
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、
を含み、
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、
受信機装置。
【請求項６】
前記信号品質パラメータは、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５に記載の受信機装置。
【発明の詳細な説明】
【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・レンジに適応するために、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、出力信号の直線性（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。
【発明の概要】
【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が監視され、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】
【図１】大電力を消費する非適応型光受信機回路／システムのブロック／フロー図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【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に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】
当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」）、消去可能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。本文書の文脈において、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の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、一連の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、物理的ハード・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）、裸のダイとして、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の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、別個の回路素子、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）最終製品の部品となる。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の電圧で電力供給され、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のプロット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・チップ内にモノリシックに（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にバイアスをかけて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。
【符号の説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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