TWI771132B - 一種用於光通訊通道的源節點架構 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種用於光通訊通道的源節點架構，其包括：一源端裝置和一發送裝置，其中該發送裝置耦接到來自該源端裝置的一電源，以產生一第一電流以及一第二電流，其中，所述第一電流輸入至所述源端裝置以輸出一第一電信號，且所述第二電流輸入至所述發送裝置，以使所述第一光二極體產生一第一光信號到一光纖線。

Description

一種用於光通訊通道的源節點架構

本發明係有關於一種光通訊電路，特別是電流供應電路以激發光信號到一光纖線。

圖1示出了傳統的使用銅線傳輸TMDS信號的連接結構，其中TMDS信號從源節點傳輸到接收節點，並且從接收節點向源節點提供直流電流以傳輸TMDS信號。 然而，使用銅線傳輸視頻數據帶寬有限，容易受到噪聲或乾擾的影響。

因此，本發明提出了克服上述問題的的解決方案。

本發明的一個目的是提供一種用於向源端裝置和發送裝置提供電流的電路，用於將電信號轉換為光信號以傳輸光信號到光纖線。

本發明揭露一種用於光通訊通道的源節點架構，所述源節點架構包括：一源端裝置； 以及一發送裝置，其包括一第一光二極體，其中所述發送裝置耦接至來自所述源端裝置的一電源，以產生一第一電流以及一第二電流，其中，所述第一電流輸入至所述源端裝置以輸出一第一電信號，所述第二電流輸入至所述發送裝置以使所述第一光二極體產生一第一光信號到一光纖線。

在一個實施例中，所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極到源極的一電流路徑流動。

在一個實施例中，所述第一電流和所述第二電流的總電流被控制在一預定範圍內。

在一個實施例中，第一光二極體是一雷射光二極體。

在一個實施例中，所述第一電信號是一單端信號。

在一個實施例中，所述第一電信號是一對差分信號。

在一個實施例中，所述源節點架構包括用於將所述電源的一第一電壓轉換為一第二電壓的一直流到直流轉換器以及與所述直流到直流轉換器串聯的一子電路， 其中，所述子電路接收所述第二電壓以產生所述第一電流至所述源端裝置以輸出所述第一電信號以及產生所述第二電流至所述發送裝置，以使所述第一光二極體產生一第一光信號到一光纖線。

在一個實施例中，所述子電路包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體(Zener diode)以控制所述電阻器兩端的電壓降，其中所述電阻器的第一端子和所述稽納二極體的第一端子電性連接於一第一節點，以及所述電阻器的第二端子與所述稽納二極體的第二端子電性連接於一第二節點，其中供應至所述源端裝置的第一電流及至所述發送裝置的第二電流皆通過所述第二節點。

在一個實施例中，所述第一電流由所述發送裝置產生，其中所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極到源極的一電流路徑流動。

在一個實施例中，所述子電路包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體，其中所述電阻的第一端和所述稽納二極體的第一端電性連接於第一節點，所述電阻的第二端與所述稽納二極體的第二端電性連接於第二節點，其中所述第一電流通過所述第二節點提供給所述源端裝置，所述第二電流通過所述第一節點提供給所述發送裝置。

在一個實施例中，所述一對差分信號是時間最小化差分信號（TMDS）。

在一個實施例中，所述第一電流由所述子電路產生，其中所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極流到源極的一電流路徑流動。

在一個實施例中，所述第一電信號經由電容耦接到所述發送裝置。

在一個實施例中，所述第一光二極體是用於產生所述第一光信號的一雷射二極體。

在一個實施例中，所述發送裝置和所述子電路集成在單一晶片中。

在一個實施例中，所述光通訊通道係用於發送高清晰度多媒體接口（HDMI）的視頻數據信號。

在一個實施例中，光通訊通道係用於發送顯示端口（Display Port）的視頻數據信號。

在一個實施例中，所述單一晶片是基於CMOS技術。

本發明揭露了一種用於光通訊通道的源節點架構，所述源節點架構包括：一源端裝置；一發送裝置，其包括一第一光二極體； 以及一第一子電路，其中所述第一子電路耦接至所述發送裝置以及來自所述源端裝置的一電源，其中所述第一子電路產生一第一電流至所述源端裝置以從源端裝置輸出一第一電信號至所述發送裝置，所述第一子電路產生一第二電流至所述發送裝置以使所述第一光二極體產生一第一光信號至一光纖線。

在一個實施例中，所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極流到源極的一電流路徑流動。

在一個實施例中，所述第一電流和所述第二電流的總電流被控制在一預定範圍內。

在一個實施例中，所述第一電流被控制在一第一預定範圍內，所述第二電流被控制在一第二預定範圍內。

在一個實施例中，所述第一子電路包括用於將所述電源的一第一電壓轉換為一第二電壓的一直流到直流轉換器以及與所述直流到直流轉換器串聯的一第二子電路， 其中，所述第二子電路接收所述第二電壓以產生所述第一電流至所述源端裝置以輸出所述第一電信號以及產生所述第二電流至所述發送裝置以使所述第一光二極體產生一第一光信號至一光纖線。

在一個實施例中，所述第二子電路包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體，其中所述電阻的第一端和所述稽納二極體的第一端電性連接於第一節點，以及所述電阻的第二端與所述稽納二極體的第二端電性連接於第二節點，其中所述第一電流以及所述第二電流通過所述第二節點提供給所述源端裝置以及所述發送裝置。

在一個實施例中，所述第二子電路包括包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體，其中所述電阻的第一端和所述稽納二極體的第一端電性連接於第一節點，所述電阻的第二端與所述稽納二極體的第二端電性連接於第二節點，其中所述第一電流通過所述第二節點提供給所述源端裝置，所述第二電流通過所述第一節點提供給所述發送裝置。

在一個實施例中，所述第一電信號經由一電容耦接到所述發送裝置。

在參閱接下來的段落及所附圖式所描述之本發明的實施例及詳細技術之後，該技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之技術特徵及實施態樣。

本發明的詳細說明於隨後描述，這裡所描述的較佳實施例是作為說明和描述的用途，並非用來限定本發明之範圍。

HDMI和DP接口與USB 3.1/3.2一起增長。 如果距離超過5米，則4K顯示需要HDMI 2.1 有源光纜（AOC）。 如果距離超過1米，則8K顯示需要HDMI 2.1 AOC。 有源光纜（AOC）可以克服長距離視頻顯示應用的需求。 HDMI / DP和USB光纜的組合適用於VR耳機或NB擴展等應用。

HDMI有源光纜可提供快速和高質量的視頻，例如，室內/室外數字標牌，4K / 8K電視，醫學圖像顯示器或遊戲機的各種應用。

本發明揭露了一種用於光通訊通道的源節點架構，所述源節點架構包括：一源端裝置； 以及一發送裝置，其包括一第一光二極體，其中所述發送裝置耦接至來自所述源端裝置的一電源，以產生一第一電流至所述源端裝置以輸出來自所述源端裝置的第一電信號至發送裝置及一第二電流至發送裝置以使所述第一光二極體產生一第一光信號到一光纖線，其中源節點架構有多種實現方式，下文將對其進行說明。

圖2示出了用於向源端裝置201和發送裝置(TX)202提供電流以產生第一電信號201a以及第一光信號202a的一電路，其中該電路產生第一電流I(1)至源端裝置201以輸出第一電信號201a及第二電流I(2)至發送裝置(TX)202以產生第一光信號202a，其中第一電流I(1)及第二電流I(2) 的總電流被控制在一預設範圍內。

在一個實施例中，如圖2所示，發送裝置202連接至一電源300，例如+5v，其中電源300例如+5v可被發送裝置202用於判斷源端裝置201是否處於活動狀態。 發送裝置202將向源端裝置201提供第一電流I(1)並且向包括用於產生第一光信號202a的一光二極體的發送裝置(TX)202提供第二電流I(2)。

在一個實施例中，第一電信號201a是一單端信號。

在一個實施例中，第一電信號201a是一對差分信號。

在一個實施例中，如圖2所示，第一電流I(1)流動路徑包括從源端裝置201內部的一場效電晶體(Field Effect Transistor)的汲極(drain)到源極(source)的一電流路徑 201b。

在一個實施例中，如圖3A所示，其中該電路包括一子電路203，該子電路203可稱為發送直流反饋(Transmit DC feedback) ，其中子電路203連接至一電源300，例如+5v，以產生第一電流I(1)經由發送裝置(TX Device)202輸出至源端裝置201，以輸出第一電信號201a，及產生第二電流I(2)提供給發送裝置(TX)202，發送裝置(TX)202包括用於產生第一光信號202a的一光二極體。

在一個實施例中，如圖3B所示，其中子電路203包括：一直流到直流(DC-DC)轉換器203a和一子電路203p，其中DC-DC轉換器203a用於將第一電壓300轉換為第二電壓V(a)，其中子電路203p接收第二電壓V(a)並產生第一電流I(1)至源端裝置201以輸出第一電信號201a及第二電流I(2)至光二極體，如光二極體LD，以產生第一光信號202a。

在一個實施例中，如圖3B所示，子電路203p包括電一阻R1和與電阻R1並聯的一稽納二極體(Zener Diode) Z1，用於控制電阻R1兩端的壓降，其中，電阻R1的第一端和稽納二極體Z1的第一端電性連接於第一節點201N1，電阻R1的第二端與稽納二極體Z1的第二端電性連接於第二節點201N2，其中總電流I(1)+I(2)從第一節點201N1流至第二節點201N2，其中通過第二節點201N2提供第一電流I(1)流向源端裝置201以產生第一電信號201a以及第二電流I(2)流向發送裝置202，以供光二極體LD產生第一光信號202a。

在圖3B中，滿足以下電壓需求： (1) V(b) ＞ 發送(TX)電壓需求以驅動光二極體如雷射二極體以保持眼圖質量； (2) V(b) = 源端裝置的汲極電壓； (3) V(z) = V(a)–V(b) = [I(1) + I(2) ] * R1； (4) 選擇V(a)來支持V(b)以滿足上述需求。

在圖3B中，滿足以下電流需求： (1) I(1) + I(2) ＜ 最大功率消耗； (2) I(1) ＞ 源端裝置的汲極電流需求； (3) I(2) ＞ 發送裝置202的電流需求以驅動光二極體如雷射二極體以保持眼圖質量。

在一個實施例中，發送裝置202和子電路203集成在一單一晶片中。

在一個實施例中，發送裝置202和子電路203p集成在一單一晶片中。

在一個實施例中，發送裝置202和子電路203是位於分離的裝置。

在一個實施例中，該電路用於向四個源端裝置和四個光二極體提供電流以四個光信號至四條光纖線。

在一個實施例中，該電路基於CMOS技術。

在一實施例中，該電路用於傳輸DP視頻數據。

在一實施例中，該電路用於傳輸HDMI視頻數據。

圖3C示出了校準電壓和電流需求的流程圖，請同時參考圖3B，其中在步驟S301中：開始校準過程； 步驟S302：選擇圖3B中的電壓V(a)； 步驟S303：調整R1和V(z)以滿足電壓需求(1)； 在步驟S304：檢查信號的眼圖，如果眼圖滿足需求，則進入下一步305，否則進入步驟302，重新選擇圖3B中的電壓V(a)；步驟S304：檢查信號的眼圖；步驟S305：調整R1和V(z)以滿足電壓需求(1)； 檢查V(b)是否滿足： 3.125V ＜ V(b) ＜3.475V，如果不滿足，轉步驟S306：調整R1滿足電壓需求(4)，否則轉步驟S307：施加源級至汲級TMDS 電流； 步驟S308：檢查信號的眼圖； 在步驟S309中，結束校準過程。

在一個實施例中，如圖4A所示，該電路包括子一電路203，其可稱為發送直流反饋 (Transmit DC feedback)，其中子電路203連接至電源300例如+5v以產生一第一電流I(1)至該源端裝置201以產生第一電信號201a以及一第二電流I(2)輸出到包括用於產生第一光信號202a的光二極體的發送裝置(TX)202，其中第一電信號201a通過電容C1交流耦接到發送裝置 (TX)202。

在一個實施例中，如圖4B所示，其中子電路203包括：DC-DC轉換器203a和子電路203p，其中DC-DC轉換器203a用於將第一電壓300轉換為第二電壓V(a)，其中子電路203p用接收第二電壓V(a)並產生第一電流I(1)至源端裝置201以輸出第一電信號201a及第二電流I(2)至光二極體LD以產生第一光信號202a。

在一個實施例中，如圖4B所示，子電路203p包括電阻R1和與電阻R1並聯的稽納二極體Z1，稽納二極體Z1用於控制電阻R1兩端的壓降，其中電阻R1的第一端和稽納二極體Z1的第一端電性連接於第一節點201N1，電阻的第二端與稽納二極體的第二端電性連接於第二節點201N2，其中流向源端裝置201的第一電流I(1)通過第二節點201N2來提供，流向發送裝置202的第二電流I(2)通過第一節點201N1來提供。

在一個實施例中，如圖4B所示，流向源端裝置201的第一電流I(1)通過第一節點201N1和一電感器L1來提供。

在一個實施例中，如圖4B所示，流向發送裝置(TX)202的第二電流I(2)通過第一節點201N1和電阻R2來提供，用於使光二極體LD產生第一光信號202a。

在圖4B中，應滿足以下電壓需求：(1)V(c)＞TX電壓需求（驅動雷射二極體以保持眼圖質量）； (2) V(b) = 源端裝置的電壓消耗； (3) V(z) = V(a)-V(b) = [I(1) + I(2) ] * R1； (4) 選擇 V(a) 以支持 V(b) 和 V(c) 滿足所有需求。

在圖4B中，應滿足以下電流需求：(1)I(1)+I(2)＜最大電流需求； (2) I(1) ＞ 源端裝置之汲極電流需求； (3) I(2) ＞ TX 電流需求（驅動雷射二極體以保持眼圖質量）。

圖4C示出了校準電壓和電流需求的流程圖，請同時參考圖4B，其中在步驟S401中：開始校準過程； 步驟S402：選擇圖4B中的電壓V(a)； 步驟S403：調整R2和V(z)以滿足電壓需求(1)； 步驟S404：檢查信號的眼圖，如果眼圖滿足需求，則進入下一步405，否則進入步驟402，重新選擇圖4B中的電壓V(a)； 步驟S405：調整R1和V(z)以滿足電壓需求(1)； 檢查V(b)是否滿足：3.125V＜V(b)＜3.475V，如果不滿足，進行步驟406：調整R1滿足電壓需求(4)，否則進行步驟407：施加源級至汲級TMDS 電流； 步驟S408：檢查信號的眼圖； 在步驟S409中，結束校準過程。

在一個實施例中，發送裝置202和子電路203集成在單一晶片中。

在一個實施例中，發送裝置202和子電路203p集成在單一晶片中。

在一個實施例中，發送裝置202和子電路203是位於分離的裝置。

在一個實施例中，光二極體LD是垂直腔表面發射激光器（VCSEL）二極體。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。雖然在上述描述說明中並無完全揭露這些可能的更動與替代，而接著本說明書所附之專利保護範圍實質上已經涵蓋所有這些態樣。

201:源端裝置 202:發送裝置 I(1):第一電流 I(2):第二電流 201a:第一電信號 202a:第一光信號 201b:電流路徑 300:電源 V(a):第二電壓 203p:子電路 LD:光二極體 R1:電阻 Z1:稽納二極體 201N1:第一節點 201N2:第二節點

本發明之前面所述的態樣及所伴隨的優點將藉著參閱以下的詳細說明及結合圖式更加被充分瞭解，其中： 圖1示出了傳統銅線傳輸TMDS信號的連接結構圖。 圖2示出了本發明的一個實施例的用於向源端裝置和發送裝置提供電流的一電路。 圖3A示出了本發明的一個實施例的用於向源端裝置和發送裝置提供電流的一電路。 圖3B示出了圖3A的發送直流反饋(Transmit DC feedback)的一電路。 圖3C示出了發送直流反饋(Transmit DC feedback)中的電壓和電流的校準流程圖。 圖4A示出了本發明的一個實施例的用於向源端裝置和發送裝置供應電流的一電路。 圖4B示出了圖4A的發送直流反饋(Transmit DC feedback)的一電路。 圖4C示出了發送直流反饋(Transmit DC feedback)中的電壓和電流的校準流程圖。

201:源端裝置

202:發送裝置

300:電源

I(1):第一電流

I(2):第二電流

201a:第一電信號

202a:第一光信號

201b:電流路徑

Claims (20)

1. 一種用於光通訊通道的源節點架構，所述源節點架構包括： 一源端裝置； 以及 一發送裝置，其中所述發送裝置耦接至來自所述源端裝置的一電源，以產生一第一電流以及一第二電流，其中，所述第一電流輸入至所述源端裝置以從源端裝置輸出一第一電信號，以及所述第二電流輸入至所述發送裝置以使一第一光二極體產生一第一光信號。
2. 根據請求項1所述的源節點架構，其中所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極到源極的一電流路徑流動。
3. 根據請求項1所述的源節點架構，其中所述第一電流和所述第二電流的總電流被控制在一預定範圍內。
4. 根據請求項1所述的源節點架構，其中所述第一電流被控制在一第一預定範圍內且所述第二電流被控制在一第二預定範圍內。
5. 根據請求項1所述的源節點架構，其中所述源節點架構包括一將所述電源的一第一電壓轉換為一第二電壓的直流到直流轉換器以及與所述直流到直流轉換器串聯的一子電路， 其中，所述子電路接收所述第二電壓以產生所述第一電流以及所述第二電流。
6. 根據請求項5所述的源節點架構，其中所述子電路包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體以控制所述電阻兩端的電壓降，其中所述電阻的第一端子和所述稽納二極體的第一端子電性連接於一第一節點，所述電阻的第二端子與所述稽納二極體的第二端子電性連接於一第二節點，其中所述第一電流與所述第二電流皆通過所述第二節點。
7. 根據請求項6所述的源節點架構，其中所述第一電流由所述發送裝置產生，其中所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極到源極的一電流路徑流動。
8. 根據請求項5所述的源節點架構，其中所述子電路包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體，其中所述電阻的第一端和所述稽納二極體的第一端電性連接於一第一節點，所述電阻的第二端與所述稽納二極體的第二端電性連接於一第二節點，其中，所述第一電流通過所述第二節點提供給所述源端裝置，所述第二電流通過所述第一節點提供給所述發送裝置。
9. 根據請求項8所述的源節點架構，其中所述第一電流由所述子電路產生，其中所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極流到源極的一電流路徑流動。
10. 根據請求項9所述的源節點架構，其中所述第一電信號經由一電容耦接到所述發送裝置。
11. 根據請求項1所述的源節點架構，其中所述第一光二極體是一雷射二極體。
12. 根據請求項5所述的源節點架構，其中，所述發送裝置和所述子電路集成在單一晶片中。
13. 一種用於光通訊通道的源節點架構，所述源節點架構包括： 一源端裝置； 一發送裝置； 以及 一第一子電路，其中所述第一子電路耦接至所述發送裝置以及來自所述源端裝置的一電源，其中所述第一子電路產生一第一電流以及一第二電流，其中，所述第一電流輸入至所述源端裝置以從源端裝置輸出一第一電信號，以及所述第二電流輸入至所述發送裝置以使一第一光二極體產生一第一光信號。
14. 根據請求項13所述的源節點架構，其中所述第一電流沿著從所述源端裝置內部的一場效電晶體的汲極流到源極的一電流路徑流動。
15. 根據請求項13所述的源節點架構，其中所述第一電流和所述第二電流的總電流被控制在一預定範圍內。
16. 根據請求項13所述的源節點架構，其中所述第一電流被控制在一第一預定範圍內且所述第二電流被控制在一第二預定範圍內。
17. 根據請求項13所述的源節點架構，其中所述第一子電路包括用於將所述電源的一第一電壓轉換為一第二電壓的一直流到直流轉換器以及與所述直流到直流轉換器串聯的一第二子電路， 其中，所述第二子電路接收所述第二電壓以產生所述第一電流以及所述第二電流。
18. 根據請求項17所述的源節點架構，其中所述第二子電路包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體，其中所述電阻的第一端和所述稽納二極體的第一端電性連接於第一節點，所述電阻的第二端與所述稽納二極體的第二端電性連接於第二節點，其中所述第一電流與所述第二電流皆通過所述第二節點。
19. 根據請求項17所述的源節點架構，其中所述第二子電路包括包括一電阻和與所述電阻並聯的一稽納二極體，其中所述電阻的第一端和所述稽納二極體的第一端電性連接於第一節點，以及所述電阻的第二端與所述稽納二極體的第二端電性連接於第二節點，其中，所述第一電流通過所述第二節點提供給所述源端裝置，所述第二電流通過所述第一節點提供給所述發送裝置。
20. 根據請求項19所述的源節點架構，其中所述第一電信號經由一電容耦接到所述發送裝置。

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