接收器设备、接收系统、处理与光信号通信方法与流程

1.实施例和实现方法涉及光信号通信。


背景技术：

2.光信号通信是一种用于数据通信的技术，使用由发射器生成并由接收器接收的光信号(例如可见光或红外光信号)的调制。
3.在光信号通信期间，发射器和接收器之间的距离可能会改变，并且进行通信的介质的环境亮度也可能会改变。通常，接收器应该能够适应这些变化。
4.因此，可以认识到，与信号的频率相比，由接收器接收的光信号的这些可能变化具有可忽略的变化率。因此，传统的光信号通信接收器通常使用滤波技术，该滤波技术适于稳定接收信号的平均电平，通常称为“ac耦合”。因此，该技术允许定位阈值，该阈值用于在所接收到的光恒定电平和信号的高电平之间的所接收的信息的检测，以便适应环境亮度的强度和光信号通信的信号的幅度(与发射器-接收器距离相关)二者。
[0005]“ac耦合”滤波技术在高电平和低电平交替的连续数据流通信中正常工作，并且在比滤波器响应时间更长的不可忽略的持续时间内建立稳定。
[0006]
然而，一些通信技术利用检测在通信静默之后接收的第一比特的能力。
[0007]
此外，由于发射器和接收器之间没有共享的时钟信号，因此通常针对通信而使用编码，例如曼彻斯特型编码。
[0008]
这种类型的数据编码是本领域技术人员公知的常规数据编码，允许区分在两个非同步元件之间连续传送的数据，但具有使用数个比特来编码数据的缺点(在曼彻斯特码中，信号中的两个连续电平用于编码一个二进制数据)，这降低了数据量的通信速率。
[0009]
因此，需要克服上述缺点，即提供一种光信号通信技术，该技术能够适应通信介质的变化(环境亮度、发射器-接收器距离)，能够检测在通信静默之后接收的第一比特，并且对数据速率有效。


技术实现要素：

[0010]
根据一个方面，提供了一种光信号通信接收器设备，其包括被配置为根据接收到的光信号在第一节点上生成电流信号的光接收二极管、被配置为将第一节点上的电流信号转换为第二节点上的电压信号的前置放大器、以及差分放大器，差分放大器包括连接到第一节点的第一输入和连接到第三节点的第二输入，所述第三节点经由调整电路耦合到第二节点，所述调整电路被配置为通过控制信号以受控方式在第三节点上偏移第二节点的电压信号的电平。
[0011]
因此，与使用接收信号的连续分量(例如差分级的第一输入上的参考电压)的滤波的传统技术相比，根据一个方面的设备使用光接收二极管的电压，通常在二极管的阈值电压下非常稳定，并且在第一节点上具有作为差分放大器的第一输入上的参考。
[0012]
因此，在接收到由前置放大器和调整电路在第三节点上重新传输的光信号的情况
下，差分放大器立即响应、由前置放大器和调整电路在第三节点上重新传输，并且特别地不需要常规滤波器的响应时间的稳定周期。
[0013]
根据一个实施例，前置放大器包括具有耦合到第一节点的控制端子和耦合到第二节点的传导端子的晶体管、耦合在第一节点和第二节点之间的电阻元件、以及被配置为在第二节点上生成极化电流的电流发生器电路。
[0014]
换句话说，前置放大器可以根据电阻跨阻放大器类型的简化安装来制造。
[0015]
根据一个实施例，调整电路包括耦合在第二节点和第三节点之间的电阻元件和电流发生器电路，电流发生器电路被配置为在第三节点上以由控制信号控制的强度生成调整电流。
[0016]
例如，电流发生器电路可以是具有电流输出的数模转换器，特别允许从具有二进制编码数值的命令生成的电流强度的更高准确度。
[0017]
根据一个实施例，该设备还包括控制电路，控制电路被配置为根据差分放大器的输出信号生成控制信号，以便在第三节点上将第二节点的电压信号的电平偏移到以第一节点上的光接收二极管的电压电平为中心的电平。
[0018]
通过以二极管的电压电平为“中心”的电平，应该理解的是在电压信号的高电平和电压信号的低电平之间的平均值基本上等于二极管的电压电平。在这方面，可以将差分放大器的两个输入之间的差重置为零，并偏移对应于电压信号幅度的一半的值，并且优选地并且有利地，通过根据下面定义的实施例的校准。
[0019]
根据一个实施例，为了将第三节点上的信号的电平偏移到以光接收二极管的电压电平为中心的电平，控制信号被配置为执行校准，校准包括用于第一环境光条件的第一步骤，第一步骤包括控制信号的第一值的标识，从而允许将第三节点上的电压信号的电平偏移到与光电接收二极管的第一节点上的电压相同的电平，并且校准包括用于第二环境光条件的第二步骤，第二步骤包括控制信号的第二值的标识，从而允许将第三节点上的电压信号的电平偏移到与光接收二极管的第一节点上的电压相同的电平。
[0020]
这允许例如通过自动调零技术获得光信号通信的电压信号的低电平(第一步骤)和光信号通信电压信号的高电平(第二步骤)，所述自动调零技术顺序地且越来越精细地访问差分放大器的输入之间的零差。
[0021]
根据一个实施例，校准包括建立控制信号的校准值，该校准值等于第一值加上在第一值和第二值之间的差的一半。
[0022]
根据一个实施例，接收器设备还包括被配置为从差分放大器的输出端输出方波输出信号的输出级、被配置为生成具有时钟周期的时钟信号的多个阶段的振荡器电路、以及信号恢复级，信号恢复级被配置为在输出信号中检测比特分组开始指示符、标识最接近所述比特分组开始指示符而开始的时钟周期的阶段中的一个阶段，并且在所述输出信号中在所标识的阶段处在所述时钟信号的时钟周期上界定比特分组的比特。
[0023]
有利地，这允许在所标识的阶段上获得内部时间基准，以界定在光信号通信期间每个分组传输的每个比特的宽度。即使接收器的内部时钟信号在频率上与使光信号的生成有节奏(cadenced)的时钟信号略有不同，由于在比特分组开始指示符上对准的阶段的标识，比特可以忠实地按照它们的原始节奏来界定。
[0024]
因此，该实施例允许去除曼彻斯特类型的编码，该编码用于标识数据，从而对数据
速率有利。
[0025]
根据另一方面，提供了一种光信号通信系统，其包括如上文所定义的接收器设备和发射器设备，所述发射器设备包括被配置为生成光信号传输比特分组的发光二极管，所述连续比特分组随时间变化分隔至少等于比特分组的持续时间的持续时间。
[0026]
实际上，如上所述的接收器设备有利地实现了一种通信类型，其中连续的比特分组以相当大的时移进行通信，并且在发射器和接收器设备之间不共享公共时钟信号。
[0027]
根据一个实施例，接收器设备和发射器设备在校准中协作，使得发射器设备在第一步骤中不生成光信号，第一环境光条件包括环境亮度，并且使得发射器设备连续地在第二步骤中生成光信号，所述第二环境光条件包括所述环境亮度和所述发射信号的亮度。
[0028]
根据一个实施例，接收器设备和发射器设备中的每个设备包括独立的振荡器电路，其被配置为生成具有时钟周期并且以相同频率设置的相应时钟信号，发射器设备被配置为在时钟信号的时钟周期上界定所发射的比特分组的比特的生成，所述接收器设备被配置为在所述时钟信号的所述时钟周期上界定所接收的比特分组的比特的检测。
[0029]
根据另一方面，提供了一种用于接收光信号通信的处理，包括：
[0030]
根据由光接收二极管接收的光信号，在第一节点上生成电流信号，
[0031]
将第一节点上的电流信号转换为第二节点上的电压信号的预放大，
[0032]
在所述第二节点的电压信号的电平的第三节点上以由控制信号控制的方式进行偏移，
[0033]
第一节点上存在的电压和第三节点上存在的电压之间的差分放大。
[0034]
根据一种实现方式，预放大包括电流信号在耦合到第一节点的晶体管的控制端子和耦合到第二节点的晶体管传导端子之间的电阻元件中的流动，以及在第二节点上生成极化电流。
[0035]
根据一种实现方式，第二节点的电压信号的电平在第三节点上的偏移包括在耦合在第二节点和第三节点之间的电阻元件中生成具有由控制信号控制的强度的调整电流。
[0036]
根据一种实现方式，处理包括根据差分放大器的输出信号生成控制信号，以便在第三节点上将第二节点的电压信号的电平偏移到以第一节点上的光接收二极管的电压电平为中心的电平。
[0037]
根据一种实现方式，为了将第三节点上的信号电平偏移到以光接收二极管的电压电平为中心的电平，校准包括用于第一环境光条件的第一步骤，包括标识所述控制信号的第一值，所述第一值允许将所述第三节点上的所述电压信号的电平偏移到与所述光接收二极管的所述第一节点上的电压相同的电平，并且校准包括第二步骤，第二步骤包括标识所述控制信号的第二值，所述第二值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述光接收二极管的所述第一节点上的电平相同的电平。
[0038]
根据一种实现方式，校准包括建立控制信号的校准值，该校准值等于第一值加上第一值和第二值之间的差的一半。
[0039]
根据一种实现方式，该处理还包括对从差分放大导出的信号进行处理以输出方波输出信号、生成具有时钟周期的时钟信号的多个阶段以及在输出信号中检测比特分组开始指示符，标识最接近比特分组开始指示符而开始的时钟周期的所述阶段中的一个阶段，以及在输出信号中在所标识的阶段处的时钟信号的时钟周期上界定比特分组的比特。
[0040]
根据另一方面，提供了一种用于通过光信号进行通信的方法，该方法包括如上所述的接收处理，以及包括由发光二极管生成传输比特分组的光信号的发射，连续比特分组随时间分隔至少等于比特分组的持续时间的持续时间。
[0041]
根据一种实现方式，接收处理和发射在校准中协作，使得发射包括在第一步骤中生成光信号，第一环境光条件包括环境亮度，并且使得发射包括光信号的连续生成，所述第二环境光条件包括所述环境亮度和所述发射信号的亮度。
[0042]
根据一种实现方式，接收处理和发射处理中的每一者包括时钟信号的生成，所述时钟信号具有以相同频率设置的相应时钟周期，所述发射包括在时钟信号的时钟周期上界定所发射的比特分组的比特生成，所述接收处理包括在时钟信号的时钟周期上界定所接收的比特分组的比特的检测。
附图说明
[0043]
本公开的各种实施例的其他优点和特征将在检查非限制性实施例和实现的详细描述后以及从附图中出现，其中：
[0044]
图1示出了根据本公开实施例的光信号通信接收器设备的示例；
[0045]
图2示出了图1的光信号通信接收器设备的差分放大器输出处的测量表示信号和低噪声放大器链的连续放大器的输出信号的时序图；
[0046]
图3示出了图1的光信号通信接收器设备的第一节点、第二节点上的电压信号和第三节点上的偏移电压信号的电压电平的时序图；
[0047]
图4示出了图1的光信号通信接收器设备的校准处理，例如由控制电路实现；
[0048]
图5示出了图1的光信号通信接收器设备的光信号传输示例；
[0049]
图6示出了根据本公开实施例的包括图1的光信号通信接收器设备和发射器的光信号传输系统的示例。
具体实施方式
[0050]
图1示出了光信号通信接收器设备rx的示例。接收器设备rx包括光接收二极管pd，其被配置为根据接收到的光信号在第一节点n1上生成电流信号，并且该电流信号源自外部环境。
[0051]
前置放大器tia被配置为将第一节点n1上的电流信号转换为第二节点n2上的电压信号。
[0052]
例如，前置放大器tia可以是电阻跨阻放大器类型，并且包括晶体管mtia，晶体管mtia的控制端子(即栅极)耦合到第一节点n1，晶体管mta的传导端子(即漏极)耦合到第二节点n2。晶体管mtia的另一个传导端子(即源极)耦合到接地参考电压端子gnd。电阻元件r12耦合在电路的第一节点n1和第二节点n2之间，即晶体管mtia的栅极和漏极之间。最后，电流发生器电路igentia被配置为在第二节点n2上生成所谓的极化电流。
[0053]
在光存在的情况下，例如任何数量的环境光，光接收二极管处于电荷光生成操作模式，在其端子处施加其恒定阈值电压，并且在第一节点n1上生成光生成电流，并且该电流因此通过电阻元件r12。
[0054]
因此，在电阻跨阻放大器tia的这个基本示例中，第二节点n2上的电压信号对应于
第一节点n1上存在的二极管的阈值电压加上电阻元件r12的电阻与穿过电阻元件r12的光生电流强度的乘积。
[0055]
差分放大器lnadiff包括连接到第一节点n1的第一输入端和连接到第三节点n3的第二输入端，第三节点n3经由调整电路adj耦合到第二节点n2。调整电路adj被配置为在第三节点n3上以由控制信号dgt控制的方式偏移第二节点n2的电压信号的电平。
[0056]
调整电路adj可以包括耦合在第二节点n2和第三节点n3之间的电阻元件r23以及电流发生器电路igendac，电流发生器电路被配置为以由控制信号dgt控制的强度在第三节点n3上生成调整电流。因此，第二节点n2的电压电平在第三节点n3上的偏移的幅度等于调整电流的强度与电阻元件r23的电阻的乘积。
[0057]
有利地，电流发生器电路igendac可以是数模转换器类型的电路，被配置为生成具有由数字控制信号dgt精确控制的强度的调整电流。数字控制信号dgt通常是编码数字或值的二进制字，调整电流的强度与编码值dgt准确成比例。
[0058]
接收器设备rx可以包括控制电路cmd，该控制电路cmd被配置为根据差分放大器lnadiff的输出信号生成控制信号dgt，特别是为了在差分放大器lnadiff的第二节点n3上进行传输，第二节点n2的电压电平偏移到以差分放大器lnadiff的第一输入n1的电压电平为中心的电平，即，存在于第一节点n1上的光接收二极管pd的第一电压电平。
[0059]
差分放大器lnadiff在两个差分输出支路上输出其两个输入n1、n3上存在的电压信号电平之间的差的测量。
[0060]
在本示例中，输出级包括放大器链lna_chn，例如低噪声放大器(“lna”)类型的放大器，允许在差分放大器lnadiff的输出处放大表示测量的信号。
[0061]
输出级包括方波生成器(squarer)电路sqrr，其适于输出方波输出信号sout，方波信号可由数字电路使用，对应于放大的模拟信号的变化。传统上，“方波”信号是具有两个电压电平(高电平和低电平)以及在两个电平之间非常快速的转变(上升沿、下降沿)的信号。
[0062]
在这方面，参考图2。
[0063]
图2示出了差分放大器v_lnadiff的输出处的测量表示信号的时间图，以及低噪声放大器lna_chn链的连续放大器v_ln1、v_lna2、v_ln3的输出信号的时间图表。还示出了从最后放大的信号v_ln3导出的方波输出信号sout的时序图。
[0064]
为了选择性地触发方波生成器电路sqrr的阈值，所有连续的放大信号都应该以0v为中心，因此差分放大器v_lnadiff的输出处的测量的表示信号应该以0v作为中心。
[0065]
在这方面，应当回顾，调整电路adj允许将差分放大器lnadiff的第二输入n3的电平集中在差分放大器的第一输入n1的电平上。
[0066]
截至目前，参考图3和图4。
[0067]
图3示出了第一节点v_n1的电压电平、第二节点v_n2上的电压信号以及第三节点v_n3上的偏移电压信号的时序图。
[0068]
有利地，通过调整电路adj选择数字控制信号dgt的值，以使电压信号v_n2的电平达到以光接收二极管v_n1的电压电平为中心的偏移电平v_n3。
[0069]
当阈值电压v_n1的电平与偏移电压信号v_n3的低电平之间的偏差等于或基本等于阈值电压v_n3的高电平与阈值电压v_n1的电平之间的偏移。
[0070]
在这方面，控制电路cmd可以被配置为访问差分放大器lnadiff的输出支路，输出
关于第一输入n1和第二输入n3上存在的电压电平之间的差的信息。
[0071]
控制电路cmd可以生成具有连续值的控制信号dgt，以使差分放大器lnadiff的两个输入之间的差降到零。然后，优选且有利地，利用下文参考图4描述的校准处理，施加与偏移电压信号v_n3的振幅的一半相对应的值的附加偏移。
[0072]
图4示出了例如由控制电路cmd实现的校准处理，允许将偏移电压信号v_n3的电平偏移到以光接收二极管v_n1的电压电平为中心的电平。
[0073]
校准包括用于第一环境光条件的第一步骤ambt_clb，例如存在给定量的环境光并且不存在光信号通信的信号的条件。
[0074]
校准包括用于第二环境光条件的第二步骤sgnl_clb，例如存在相同量的环境光并且光信号通信的信号持续存在的条件。有利地，接收器设备rx被配置为为此目的与发射器tx协作，如下文参考图6所述。
[0075]
可以认为，环境光量以比实施校准和光信号通信的时间慢得多的方式变化，因此，在第一步骤ambt_clb和第二步骤sgnl_clb期间环境光量是恒定的。
[0076]
第一步骤ambt_clb包括标识控制信号dgt的第一值x，该第一值x允许在第一环境光条件下将第三节点v_n3上的电压信号的电平偏移到与光接收二极管pd的第一节点v_n1上的电压相同的电平。
[0077]
在这方面，第一步骤ambt_clb可以包括通过差分放大器lnadiff的输入端子n1、n3上的电压电平的变化在差分放大器的输出支路之间的自动调零算法。例如，自动调零算法包括迭代序列x0、x1、
…
、xn-1、xn，每个迭代序列包括差分放大器lnadiff的输出信号的读数，该读数表示偏移电压信号v_n3的电平与二极管v_n1的阈值电压的电平之间的差。在每次迭代中，如果偏移电压信号v_n3的电平高于二极管v_n1的阈值电压的电平，则控制信号dgt的值增加给定步长。当序列达到零差或接近零的差时，序列停止。有利地，当在给定迭代xj处差变为零时，算法可以提供返回到先前迭代xj-1的值，并以较小的步长恢复序列，直到达到或足够接近零差xn。最后一次迭代xn的值给出了与第一环境光条件相关的第一值x。
[0078]
第二步骤sngl_clb包括标识控制信号dgt的第二值y，该第二值允许在第二环境光条件下将第三节点n3上的电压信号的电平偏移到与光接收二极管pd的第一节点n1上的电压相同的电平。
[0079]
在这方面，第二步骤sngl_clb可以包括通过差分放大器lnadiff的输入端子n1、n3上的电压电平的变化在差分放大器的输出支路之间的相同的自动调零算法，将控制信号dgt的值增加给定步长，直到达到零差或足够接近零的差。有利地，该实现的第一次迭代的控制信号dgt的值被选择为等于第一值x(即，第一步骤ambt_cal的最后一次迭代xn的值)。有利地，第二步骤sngl_cal的序列可以以最小的步骤执行。最后一次迭代yn的值给出与第二环境光条件相关的第二值y。
[0080]
当然，其他自动调零算法可以在第一步骤ambt_cal和第二步骤sgnl_cal中实现，例如从更高的准确度或更快的收敛时间中获益。
[0081]
第一值x使得能够针对没有任何通信信号的环境光(即，针对设备rx所处的环境中的通信信号的低电平)对差分放大器lnadiff的输入进行校准。第二值y使差分放大器lnadiff的输入能够在存在通信信号的情况下针对环境光进行校准，即针对设备rx所处的环境中的通信信号的高电平进行校准。
[0082]
从第一值x和第二值y开始，校准包括建立控制信号dgt的校准值，该值等于第一值x加上在第一值x与第二值x之间的差的一半，即dgt＝x+(y-x)/2。因此，控制信号的校准值dgt＝x+(y-x)/2允许将偏置电压信号v_n3的电平完美地集中在二极管pd的阈值电压的电平v_n1上，如图3所示，而与环境无关。
[0083]
实际上，上文所述的校准允许考虑环境亮度(在第一步骤ambt_clb期间)和考虑接收信号的幅度(在第二步骤sgnl_clb期间)，使得差分放大器lnadiff的输入n1、n3完全平衡，特别是与环境光的强度无关并且与接收器设备和输出光信号通信的信号的发射器之间的距离无关。
[0084]
图5示出了光信号通信示例，之前参考图1至图4描述的接收器设备rx有利地适用于该示例。
[0085]
参考图1，应当回顾，接收器设备rx包括输出级lna_chn，sqrr，其被配置为从差分放大器lnadiff的输出支路输出方波输出信号sout。
[0086]
此外，接收器设备rx包括信号恢复级cdr和振荡器电路osc，振荡器电路osc被配置为生成具有时钟周期的时钟信号的多个阶段φ0、φi、φ7。
[0087]
例如，振荡器osc被配置为生成具有时钟周期的时钟信号clkrx，通常是方波周期信号，时钟周期通常是周期信号的周期p6、p10、p14，并且通常由周期信号的上升沿标识。例如，时钟信号clkrx可以具有基本上200mhz(兆赫)的频率，例如192mhz，并且在以均匀方式间隔开的八个阶段φ0、φi、φ7上生成，即在两个阶段之间具有基本上0.625ns(纳秒)的偏移。
[0088]
在该光信号通信示例中，比特分组1abz已被接收器设备rx接收并重新记录在输出信号sout中。
[0089]
信号恢复级cdr被配置为在输出信号sout中检测比特分组开始指示符re，例如等于1的比特的上升沿re，并且在不同的阶段φ0-φ7中标识阶段φi的时钟周期p1，其最接近比特分组开始指示符re而开始。
[0090]
因此，时钟信号clkrx的所标识的阶段φi被选择为使接收信号的恢复有节奏，并且与分组开始指示符re对准的所标识阶段φi的第一周期p1将用作时钟信号clkrx中用于信号恢复的基准(或换言之，“起始点”)。
[0091]
实际上，从所标识的阶段φi中的参考周期p1开始，恢复阶段cdr被配置为根据预期的通信约定来界定比特分组的不同比特abz。在该示例中，分组的每个比特1、a、b、z在时钟信号clkrx的四个周期上发送，因此可以在分组开始比特“1”的四个时段之后和两个比特(a的中间)之后，即在第六周期p6之后，检测比特a的中心。同样，在时钟信号clkrx的标识阶段φi的第十周期p10之后的上升沿上检测到分组的比特b，并且在第十四周期p14之后的上升沿上检测到该分组的比特z。
[0092]
因此，即使在光信号通信的发射器和接收器之间没有共享的时钟信号的情况下，在接收器rx的内部时钟信号的所标识的阶段φi的周期内，比特分组1abz的不同比特也可以相对于分组起始指示符re被准确地界定。
[0093]
这允许抵抗分别使光信号通信的信号的发射和接收有节奏的频率之间基本上3％的差异。
[0094]
图6示出了光信号通信系统sys的示例，该系统包括前面参考图1至图5所述的接收
器设备rx和前面所述的发射器tx。
[0095]
实际上，可以在两个光信号通信设备dis1、dis2之间进行通信，每个光信号通信装置包括接收器rx，即，例如，前面参考图1至图5描述的接收器设备rx和发射器。每个装置dis1/dis2的接收器rx旨在与另一装置dis2/dis1的发射器tx通信。
[0096]
每个器件dis1/dis2的发射器包括发光二极管vcsel，其被配置为生成调制光信号以传送比特分组。比特分组可以随着时间的推移分隔至少等于比特分组的持续时间的持续时间(例如，如图5或图3所示，在由另一设备dis2/dis1的接收器rx接收之后)。
[0097]
特别地，每个器件dis1、dis2包括彼此独立的相应的内部振荡器电路osc1、osc2，其被配置为生成以相同频率(例如192mhz)设置的内部时钟信号。
[0098]
设备dis1/dis2中的一个设备的发射器tx被配置为在其内部时钟信号osc1/osc2的时钟周期上界定所发射的比特分组1abz的比特的生成，而另一个设备dis2/dis1的接收器rx被配置为，在其内部时钟信号osc2/osc1的时钟周期内界定所接收的比特分组的比特的检测。
[0099]
此外，传统上，发射器tx包括适于驱动发光二极管vcsel的调度和编码装置10，以及适于将数据dat提供给调度和编码设备10的数据级，例如usb接口，以及usb使能信号。
[0100]
反过来，接收器rx在信号恢复级cdr的输出端包括适于输出数据信号dat的常规解复用和解码装置20。
[0101]
特别是，设备dis1/dis2之一的接收器rx和另一设备dis2/dis1的发射器tx可以协作校准之前参考图4描述的接收器rx。有利地，进行协作使得发射器tx在校准的第一步骤ambt_clb中不生成光信号，从而第一环境光条件实际上包括环境光；并且使得发射器tx在校准的第二步骤sgnl_clb中连续地生成光信号，使得第二环境光条件实际上包括环境亮度和发射信号的亮度。
[0102]
一种光信号通信接收器设备可以概括为包括被配置为根据接收到的光信号在第一节点(n1)上生成电流信号的光接收二极管(pd)、被配置为将第一节点(n1)上的电流信号转换为第二节点(n2)上的电压信号的前置放大器(tia)、以及被配置为在第二节点上生成电压信号的光接收器(pd)，以及差分放大器(lnadiff)，该差分放大器包括连接到第一节点(n1)的第一输入和连接到第三节点(n3)的第二输入，该第三节点经由调整电路(adj)耦合到第二节点(n2)，该调整电路被配置为通过控制信号(dgt)以受控方式偏移第三节点上第二节点的电压信号的电平。
[0103]
前置放大器可以包括晶体管(mtia)，该晶体管具有耦合到第一节点(n1)的控制端子和耦合到第二节点(n2)的传导端子，耦合在第一节点(n1)和第二节点之间的电阻元件，以及配置成在第二节点上生成极化电流的电流发生器电路(igentia)。
[0104]
调整电路(adj)可以包括耦合在第二节点(n2)和第三节点(n3)之间的电阻元件(r23)和电流发生器电路(igendac)，电流发生器电路被配置为以由控制信号(dgt)控制的强度在第三节点上生成调整电流。
[0105]
该设备还可以包括控制电路(cmd)，其被配置为根据差分放大器(lnadiff)的输出信号生成控制信号(dgt)，以便将第三节点(n3)上的第二节点(n2)的电压信号的电平偏移到以第一节点(n1)上的光接收二极管(pd)的电压电平为中心的电平。
[0106]
为了将第三节点(n3)上的信号的电平偏移到以光接收二极管(pd)的电压电平为
中心的电平，包括控制信号(dgt)的第一值(x)的标识，该控制信号允许将第三节点(n3)上的电压信号的电平偏移到与光接收二极管(pd)的第一节点(n1)上的电平相同的电平，以及用于第二环境光条件的第二步骤(sgnl_clb)，包括控制信号(dgt)的第二值(y)的标识，该第二值允许将第三节点(n3)上的电压信号的电平偏移到与光接收二极管(pd)的第一节点(n1)上的电平相同的电平。
[0107]
校准可以包括建立控制信号(dgt)的校准值，该校准值等于第一值加上第一值和第二值之间的差的一半(x+(y-x)/2)。
[0108]
接收器设备还可以包括输出级(lna_chn，sqrr)、振荡器电路(osc)和信号恢复级(cdr)，该输出级被配置为从差分放大器(lnadiff)的输出端输出方波输出信号(sout)，该振荡器电路被配置为生成具有时钟周期的时钟信号的多个阶段，标识最接近于比特分组开始指示符而开始的所述阶段(φi)中的一个阶段，并且在输出信号(sout)中，在所标识的阶段处的时钟信号的时钟周期上限定比特分组(a，b，z)的比特。
[0109]
一种用于光信号通信(sys)的系统可以概括为包括接收器设备和发射器设备，所述发射器设备包括被配置为生成光信号传输比特分组的发光二极管，所述连续比特分组随时间被分隔至少等于比特分组的持续时间的持续时间。
[0110]
接收器设备和发射器设备可以在校准中协作，使得发射器设备在第一步骤(ambt_clb)中不生成光信号，第一环境光条件仅包括环境亮度，并且使得发射器设备连续地在第二步骤(sgnl_clb)生成光信号，所述第二环境光条件包括所述环境亮度和所述发射信号的亮度。
[0111]
接收器设备和发射器设备中的每一个设备可以包括独立振荡器电路(osc)，其被配置为生成具有时钟周期并且以相同频率设置的相应时钟信号，发射器设备被配置为在时钟信号的时钟周期上界定所发射的比特分组(a、b、z)的比特的生成，所述接收器设备被配置为在所述时钟信号的时钟周期上限定所接收的比特分组(a、b、z)的比特的检测。
[0112]
一种用于接收光信号通信的处理可以概括为包括从由光接收二极管(pd)接收的光信号在第一节点(n1)上生成电流信号；将第一节点(n1)上的电流信号转换为第二节点(n2)上的电压信号的预放大(tia)；在第三节点(n3)上将第二节点(n2)的电压信号电平以控制信号(dgt)控制的方式偏移；在第一节点(n1)上存在的电压和第三节点上存在的电压之间进行差分放大(lnadiff)。
[0113]
预放大(tia)可以包括电流信号在耦合到第一节点的晶体管(mtia)的控制端子和耦合到第二节点(n2)的晶体管(mtia)的传导端子之间的电阻元件(r12)中的流动，以及在第二节点上(n2)生成极化电流。
[0114]
第二节点(n2)的电压信号的电平在第三节点(n3)上的偏移(adj)可以包括在耦合在第二节点n2和第三节点n3之间的电阻元件r23中生成具有由控制信号dgt控制的强度的调整电流。
[0115]
该处理可以包括根据差分放大器(lnadiff)的输出信号生成控制信号(dgt)，以便在第三节点(n3)上将第二节点(n2)的电压信号的电平偏移到以第一节点(n1)上的光接收二极管(pd)的电压电平为中心的电平。
[0116]
为了将第三节点(n3)上的信号电平偏移到以光接收二极管(pd)的电压电平为中心的电平，包括控制信号(dgt)的第一值(x)的标识，该控制信号允许将第三节点(n3)上的
电压信号的电平偏移到与光接收二极管(pd)的第一节点(n1)上的电平相同的电平，以及用于第二环境光条件的第二步骤(sgnl_clb)，包括控制信号(dgt)的第二值(y)的标识，该第二值允许将第三节点(n3)上的电压信号的电平偏移到与光接收二极管(pd)的第一节点(n1)上的电平相同的电平。
[0117]
校准可以包括建立控制信号(dgt)的校准值，该校准值等于第一值加上第一值和第二值之间的差的一半(x+(y-x)/2)。
[0118]
该处理还可以包括对从差分放大(lnadiff)导出的信号进行处理以输出方波输出信号(sout)、生成(osc)具有时钟周期的时钟信号的多个阶段以及在输出信号(sout)中检测比特分组开始指示符(re)，标识最接近比特分组开始指示符(re)而开始的时钟周期的所述阶段(φi)中一个阶段，以及在输出信号(sout)中界定在所标识阶段的时钟信号的时钟周期上的比特分组(a，b，z)的比特。
[0119]
一种用于通过光信号(sys)进行通信的方法可以概括为包括接收处理和发射处理，所述发射处理包括通过发光二极管生成传输比特分组的光信号，所述连续比特分组随时间变化间隔至少等于比特分组的持续时间。
[0120]
接收处理和发射可以在校准中协作，使得发射可以在第一步骤(ambt_clb)中生成光信号，第一环境光条件仅包括环境亮度，并且使得发射包括光信号的连续生成(sgnl_clb)，所述第二环境光条件包括所述环境亮度和所述发射信号的亮度。
[0121]
接收处理和发射处理中的每一者可以包括时钟信号的生成，该时钟信号具有以相同频率设置的相应时钟周期，该发射包括在时钟信号的时钟周期上对所发射的比特分组(a、b、z)的比特的生成的界定，该接收处理包括在时钟时钟信号的相应时钟周期上对所接收的比特分组(a、b、z)的比特的检测的界定。
[0122]
上述各种实施例可以被组合以提供进一步的实施例。
[0123]
根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应被解释成包括所有可能的实施例以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

技术特征：
1.一种光信号通信接收器设备，包括：光接收二极管，被配置为根据接收的光信号在第一节点上生成电流信号；前置放大器，被配置为将所述第一节点上的所述电流信号转换为第二节点上的电压信号；以及差分放大器，包括连接到所述第一节点的第一输入端、连接到第三节点的第二输入端和调整电路，所述第三节点通过所述调整电路耦合到所述第二节点，所述调整电路被配置为通过控制信号以受控方式偏移所述第三节点上的电压信号的电平。2.根据权利要求1所述的光信号通信接收器设备，其中所述前置放大器包括晶体管，所述晶体管具有耦合到所述第一节点的控制端子和耦合到所述二节点的传导端子，并且所述前置放大器包括耦合在所述第一节点和所述第二节点之间的电阻元件，以及被配置为在所述第三节点上生成极化电流的电流发生器电路。3.根据权利要求1所述的光信号通信接收器设备，其中所述调整电路包括：电阻元件，耦合在所述第二节点和所述第三节点之间，以及电流发生器电路，被配置为以由所述控制信号控制的强度在所述第三节点上生成调整电流。4.根据权利要求1所述的光信号通信接收器设备，还包括：控制电路，被配置为根据所述差分放大器的输出信号生成所述控制信号，以便将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平为中心的电平。5.根据权利要求4所述的光信号通信接收器设备，其中为了将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述光接收二极管的电压电平为中心的电平，所述控制电路被配置为执行校准，所述校准包括：第一步骤，用于第一环境光条件，包括标识所述控制信号的第一值，所述第一值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平；以及第二步骤，用于第二环境光条件，包括标识所述控制信号的第二值，所述第二值允许将所述第三节点上的所述电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平。6.根据权利要求5所述的光信号通信接收器设备，其中所述校准包括建立所述控制信号的校准值，所述校准值等于将在所述第一值与所述第二值之间的差的一半的值添加到所述第一值。7.根据权利要求1所述的光信号通信接收器设备，还包括：输出级，被配置为从所述差分放大器的输出端输出方波输出信号；振荡器电路，被配置为生成具有时钟周期的时钟信号的多个阶段；以及信号恢复级，被配置为在所述方波输出信号中检测比特分组开始指示符，标识最接近于所述比特分组开始指示符而开始的时钟周期的所述多个阶段中的一个阶段，并且在所述方波输出信号中在所标识的所述阶段处在所述时钟信号的所述时钟周期上界定比特分组的比特。8.一种用于光信号通信的系统，包括：
接收器设备，包括：光接收二极管，被配置为根据接收的光信号在第一节点上生成电流信号；前置放大器，被配置为将所述第一节点上的电流信号转换为第二节点上的电压信号；以及差分放大器，包括连接到所述第一节点的第一输入、连接到第三节点的第二输入和调整电路，所述第三节点通过所述调整电路耦合到所述第二节点，所述调整电路被配置为通过控制信号以受控方式偏移所述第三节点上的电压信号的电平；以及发射器设备，包括：发光二极管，被配置为生成传送比特分组的所述光信号，连续的比特分组随着时间变化通过至少等于比特分组的持续时间的持续时间被分隔。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述接收器设备包括控制电路，所述控制电路被配置为根据所述差分放大器的输出信号生成所述控制信号，以便将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平为中心的电平，为了将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述光接收二极管的电压电平为中心的电平，所述控制信号被配置为执行校准，包括：第一步骤，用于第一环境光条件，包括标识所述控制信号的第一值，所述第一值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平，以及第二步骤，用于第二环境光条件，包括标识所述控制信号的第二值，所述第二值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平，所述接收器设备和所述发射器设备在所述校准中协作，使得所述发光二极管在所述第一步骤中不生成所述光信号，并且使得所述发光二极管在所述第二步骤中连续地生成所述光信号，以及所述第一环境光条件包括环境亮度，并且所述第二环境光条件包含所述环境亮度和由所述发光二极管生成的所述光信号的亮度。10.根据权利要求8所述的系统，其中所述接收器设备和所述发射器设备中的每一者包括独立振荡器电路，所述独立振荡器电路被配置为生成具有时钟周期并且以相同频率设置的相应时钟信号，所述发射器设备被配置为在所述时钟信号的所述时钟周期上界定所发射的比特分组的比特的生成，所述接收器设备被配置为在所述时钟信号的所述时钟周期上界定所接收的比特分组的比特的检测。11.一种用于接收光信号通信的处理，所述处理包括：由光接收二极管根据由所述光接收二极管接收的光信号而在第一节点上生成电流信号；由前置放大器将所述第一节点上的所述电流信号转换为第二节点上的电压信号；通过所述差分放大器、并且在第三节点上，以由控制信号控制的方式偏移所述电压信号的电平；以及由所述差分放大器执行在所述第一节点上的电压和所述第三节点上的电压之间执行差分放大。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述转换包括在耦合到所述第一节点的晶体管的控制端子和耦合到所述第二节点的晶体管的传导端子之间的电阻元件中传输所述电流信号，并且在所述第二节点上生成极化电流。13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述第三节点上偏移所述电压信号的电平包括在耦合在所述第二节点和所述第三节点之间的电阻元件中生成具有由所述控制信号控制的强度的调整电流。14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：根据所述差分放大器的输出信号生成所述控制信号，以便将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述第一节点上的光接收二极管的电压电平为中心的电平。15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：为了将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述光接收二极管的电压电平为中心的电平，执行校准包括：执行用于第一环境光条件的第一步骤，包括标识所述控制信号的第一值，所述第一值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平；以及执行用于第二环境光条件的第二步骤，包括标识所述控制信号的第二值，所述第二值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的光接收二极管的电压电平相同的电平。16.根据权利要求15所述的方法，其中执行所述校准包括建立所述控制信号的校准值，所述校准值等于将在所述第一值与所述第二值之间的差的一半的值添加到所述第一值。17.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：从所述差分放大器的输出端输出方波输出信号；生成具有时钟周期的时钟信号的多个阶段；在所述方波输出信号中检测比特分组开始指示符；标识最接近所述比特分组开始指示符而开始的时钟周期的所述多个阶段中的一个阶段；以及在所述方波输出信号中，在所述时钟信号的所述时钟周期上，在所标识的所述阶段处对比特分组的比特进行界定。18.一种用于通过光信号进行通信的方法，所述方法包括：执行接收处理，包括：由光接收二极管根据由所述光接收二极管接收的光信号，在第一节点上生成电流信号；通过前置放大器将所述第一节点上的所述电流信号转换为第二节点上的电压信号；通过差分放大器、并且在第三节点上，以由控制信号控制的方式偏移所述电压信号的电平；以及由所述差分放大器执行在所述第一节点上的电压与所述第三节点上的电压之间的差分放大；以及执行发射处理，包括：由发光二极管生成传送比特分组的光信号，连续的比特分组随时间变化通过至少等于
比特分组的持续时间的持续时间被分隔。19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：根据所述差分放大器的输出信号生成所述控制信号，以便将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平为中心的电平；为了将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到以所述光接收二极管的电压电平为中心的电平，执行校准包括：执行用于第一环境光条件的第一步骤，包括标识所述控制信号的第一值，所述第一值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平；以及执行用于第二环境光条件的第二步骤，包括标识所述控制信号的第二值，所述第二值允许将所述第三节点上的电压信号的电平偏移到与所述第一节点上的所述光接收二极管的电压电平相同的电平，其中所述接收处理和所述发射处理在所述校准中协作，使得所述发光二极管在所述第一步骤中不生成光信号，并且使得所述发光二极管在所述第二步骤中连续地生成所述光信号，所述第一环境光条件包括环境亮度，并且所述第二环境光条件包含所述环境亮度和由所述发光二极管生成的所述光信号的亮度。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述接收处理和所述发射处理中的每一者包括生成时钟信号，所述时钟信号具有以相同频率设置的相应时钟周期，所述发射处理包括在所述时钟信号的所述时钟周期内界定所发射的比特分组的比特的生成，所述接收处理包括在所述时钟信号的所述时钟周期内界定所接收的比特分组的比特的检测。

技术总结
本公开的实施例涉及接收器设备、接收系统、处理与光信号通信方法。本公开涉及一种光信号通信接收器设备，以及差分放大器，所述差分放大器包括连接到所述第一节点的第一输入和连接到经由调整电路耦合到所述第二节点的第三节点的第二输入。调整电路被配置为以控制信号控制的方式在第三节点上偏移第二节点的电压信号的电平。电压信号的电平。电压信号的电平。


技术研发人员：N
受保护的技术使用者：意法半导体(ALPS)有限公司
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/7/19