通信装置、终端装置以及有源光缆的制作方法

1.本发明涉及通信装置、终端装置以及有源光缆。


背景技术：

2.作为用于将外围设备连接到计算机等信息设备的串行总线标准之一，有通用串行总线(universal serial bus，usb)。usb是在1996年出现作为最初的标准的usb1.0之后，在当前的个人计算机周边设备中最普及的通用接口标准。在2017年9月正式发布了usb3.2标准，在2019年8月正式发布了usb4标准。usb 4对usb 3.2要求向后兼容性。
3.作为主信号的ss(super speed：超高速)信号的数据速率(每1通道)在usb3.2的gen1中为5gbps，在usb3.2的gen2中为10gbps，在usb4的gen2中为10gbps，在usb4的gen3中为20gbps。ss信号是差动信号。ss信号的通信可以利用2通道。
4.图1是表示通过符合usb4标准的通信电缆连接了2个设备的结构的图。dfp(downstream facing port：下游面临的端口)和ufp(upstream facing port：上游面临的端口)是链路部分。dfp是主机侧的设备，例如是计算机等信息设备。ufp是设备侧的设备，例如是鼠标、显示器等周边设备。通道适配器(lane adapter)分别设置于dfp以及ufp，是基于usb4的ss信号通信的主体。dfp包括通道0适配器和通道1适配器。ufp也具备通道0适配器和通道1适配器。通道0与通道1结合(bonded)。这些usb通道能够具备发送用的差动信号对和接收用的差动信号对。边带(side band)
·
信道sbc是2根有线信道(wire channel)。
5.dfp和ufp通过通信电缆彼此连接。在将dfp和ufp相互连接的通信电缆短的情况下，该通信电缆可以是无源电缆。另一方面，在通信电缆长的情况下(例如在usb4的情况下长度为0.8m以上的情况下)，要求该通信电缆为有源电缆。作为有源电缆，有保持电信号的形态传输的有源铜电缆(active copper cable、acc)和将电信号转换为光信号并传输光信号的有源光缆(active optical cable、aoc)。
6.有源电缆具备有源器件。有源器件能够对主信号进行与耗电量相应的主动动作。在acc的情况下，有源器件是对信号的损失(特别是高频带的损失)进行修正的重驱动器、重计时器等。在aoc的情况下，有源器件是将电流信号转换为光信号的激光二极管、向激光二极管供给电流信号来驱动激光二极管的激光驱动器、将光信号转换为电流信号的光电二极管、将从光电二极管输出的电流信号转换为电压信号的跨阻抗放大器(transimpedance amplifier(tia))等。
7.在有源电缆中，除了从一个终端侧的通信装置向另一个终端侧的通信装置发送信号(主信号、lfps信号)之外，还发送电气空闲(electrical idle)信息。lfps信号(low frequency periodic signaling：低频周期性信令)是为了在通道适配器间建立通信而在通道适配器间相互发送的低速切换(toggle)模式信号。lfps信号的周期为20～100ns。在usb3.2标准中，lfps信号至少为2个循环，在usb4标准中，lfps信号至少为16个循环。lfps信号发送期间最短为40ns。电气空闲(以下称为“ei”)不是电压信号的逻辑电平l或逻辑电平h的电压，而是两者之间的中间电平的电压。
8.在专利文献1中公开了意图用于aoc的终端的通信装置。在该文献中，从一个终端侧的通信装置向另一个终端侧的通信装置发送的光信号对于主信号是具有本来的逻辑电平h和逻辑电平l的信号，对于lfps信号在整个lfps信号发送期间是逻辑电平h的固定值，对于ei信息在整个ei状态期间是逻辑电平l的固定值。另外，从一个终端侧的通信装置向另一个终端侧的通信装置发送的光信号包含用于识别从ei信息发送变化为主信号发送的定时和从ei信息发送向lfps信号发送变化的定时的脉冲信号。
9.在该文献中，接收到上述那样的光信号的通信装置在接收到的信号为逻辑电平l的期间持续的情况下，判断为是ei状态期间。通信装置在接收到的信号从逻辑电平l转移为逻辑电平h之后在固定期间内固定为逻辑电平h时，判断为从ei状态期间转移为了lfps信号发送期间。然后，检测到转移到了lfps信号发送期间的通信装置通过内置振荡器再次生成lfps信号，并将该再次生成的lfps信号输出到后级。此时输出lfps信号的期间的长度与lfps信号发送期间的长度相等。另外，若接收到的信号在从逻辑电平l转移为逻辑电平h之后包含有规定的脉冲信号，则通信装置判断为从ei状态期间转移到了主信号发送期间，将接收到的主信号放大并向后级输出。
10.[专利文献1]美国专利第10，425，161号公报


技术实现要素：

[0011]
本发明人发现，专利文献1所公开的通信装置具有如下问题。
[0012]
该文献所公开的通信装置作为基于接收到的光信号而输出电信号的路径，并列地具备用于输出主信号的第1输出驱动器和用于输出重新生成的lfps信号的第2输出驱动器。因此，输出端的负载电容变大，难以输出高速信号。例如，在usb4的gen3中，主信号的数据速率(每1通道)为20gbps，但难以输出这样的高速信号。假设仅设置1个输出驱动器，即使在该输出驱动器的前级设置用于切换路径的选择器，该选择器的输出端的负荷也较重，同样难以高速化。
[0013]
认为这样的问题是由于作为激光驱动器和tia使用了限幅放大器型的激光驱动器和tia而产生的。限幅放大器只能输出逻辑电平h及逻辑电平l这2个值，无法输出逻辑电平h与逻辑电平l之间的中间电平的值。即，无法发送与ei状态时的中间电平的电压对应的强度的光信号。
[0014]
因此，在专利文献1所公开的发明中，关于ei信息，光信号在整个ei状态期间内被设为逻辑电平l的固定值。另一方面，对于lfps信号，光信号在整个lfps信号发送期间被设为逻辑电平h的固定值，仅发送lfps信号发送期间的信息。因此，通信装置除了用于输出主信号的第1输出驱动器以外，还需要具备重新生成lfps信号的内置振荡器和用于输出该重新生成的lfps信号的第2输出驱动器。这样，由于需要并联地设置2个输出驱动器，所以输出端的负载电容变大，难以输出高速信号。
[0015]
为了解决这样的问题，作为激光驱动器以及tia，考虑不使用限幅放大器型的激光驱动器以及tia，而使用线性放大器型的激光驱动器以及tia。线性放大器的输入信号电平与输出信号电平之间的关系为大致线性。因此，如果使用线性放大器型的激光驱动器和tia，则无论是主信号、lfps信号和ei中的哪一个，都能够在发送侧形成保持电信号的波形的原样的光信号的波形，另外，能够在接收侧形成保持光信号的波形的原样的电信号的波
形。因此，不需要在专利文献1所公开的通信装置中所需的内置振荡器和第2输出驱动器，仅设置1个输出驱动器即可。其结果，解决了专利文献1所公开的通信装置所具有的上述问题。
[0016]
但是，在使用线性放大器型的激光驱动器和tia的情况下，产生如下的其他问题。即使是能够降低消耗电力的状态(例如图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的rx.detect状态或u3状态)，也会产生无法降低消耗电力(或者消耗电力的降低不充分)的事态。在能够降低消耗电力的状态下，基本上是ei状态。此时，激光驱动器继续向二极管激光器供给中间大小的电流，光电二极管继续输出中间大小的电流。其结果，尽管是能够降低消耗电力的状态，也无法降低消耗电力。另外，图2是usb3.2标准的状态转移图(链路训练状态转移图(link training and status state machine(ltssm))。这是usb标准(universal serial bus 3.2specification、september 22，2017)中记载的图，所以简单地进行说明。如果从ss信号的非激活状态(s1)进行了暖复位(warm reset)或者发生了远端接收机终端(far-end receiver termination)(r
rx-dc
)的缺失(absent)，则转移到rx.detect状态(s2)。另外，如果仅在ds(下游)端口发生了上电复位(power on reset)、暖复位或者移除(removal)，则转移到rx.detect状态(s2)。如果检测到接收信号rx的结束，则转移到轮询(polling)状态(s3)。从轮询状态(s3)经过了训练过程的状态u0(s4)是增强超速度链路被激活，分组(packet)传送进行中或链路空闲状态。状态u0(s4)能够与链路命令lg0_u1、lg0_u2、lg0_u3相应地，分别从状态u0转移到低功率链路状态u1(s5)、更低功率的链路状态u2(s6)、进行积极的省电的链路挂起(link suspend)状态u3(s7)。在状态u0(s4)中，在检测到错误的情况下，转移到恢复状态(s8)，能够从该状态转移到热复位(hot reset)状态(s9)、环回(lookback)状态(s10)、或者ss信号的非激活状态(s1)。也能够从轮询状态(s3)通过最初的lfps的超时而转移到一致性模式(compliance ode)状态(s11)，或者通过其他的超时等而转移到ss信号的无效状态(s12)。在各状态间的转移中，除了超时之外，还预先设定了握手等各种条件。此外，在轮询状态(s3)中，在计数器(cpolling timeout)测量到仅在ds(下游)端口中由超时引起的从轮询状态到rx.detect状态的连续的转移事件的情况下，转移到ss信号的非激活状态(s1)。在rx.detect状态(s2)中，在仅us(上游)端口中，接收信号rx超过界限的情况下，转移到ss信号的无效状态(s12)。
[0017]
即使在使用线性放大器型的激光驱动器以及tia的情况下，只要每次检测到处于ei状态就掉电，就能够降低消耗电力。然而，存在被夹在ei状态期间之间的lfps信号发送期间的长度变短、通信建立失败的情况。即，从ei状态期间向lfps信号发送期间的转移不仅需要长时间，而且所需时间的偏差大。另一方面，从lfps信号发送期间向ei状态期间的转移能够在短时间内进行。因此，如果每当检测到ei状态时就掉电，则lfps信号发送期间的长度变短，存在通信的建立失败的情况。
[0018]
本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供一种在第1端侧与第2端侧之间进行通信的有源光缆(aoc)中设置于第1端侧或第2端侧且能够进行高速通信和耗电降低的通信装置。另外，本发明的目的在于提供具备这样的通信装置的终端装置以及有源光缆(aoc)。
[0019]
该通信装置在有源光缆中设置于第1端侧或者第2端侧，所述有源光缆使用分别设置于所述第1端侧以及所述第2端侧的激光二极管以及光电二极管而在所述第1端侧与所述第2端侧之间进行通信。
[0020]
该通信装置具备：(1)差动输入终端电阻器，其对差动输入端进行终端，且电阻值可变，其中差动输入端将应发送到对方通信装置侧的信号作为差动信号而输入；(2)线性激光驱动器，其基于应发送到对方通信装置侧的信号，将电流信号提供给激光二极管，使得从激光二极管输出光信号；(3)发送信号检测部，其检测向差动输入端的输入信号是否为电气空闲；(4)线性跨阻抗放大器，其输入从光电二极管输出的电流信号，将该电流信号转换为电压信号并输出该电压信号，其中光电二极管接收到从对方通信装置侧到达的光信号；(5)线性可变增益放大器，其对从线性跨阻抗放大器输出的电压信号进行放大并输出；(6)线性输出驱动器，其将从线性可变增益放大器输出的电压信号输出到输出目的地设备，并且能够检测输出目的地设备的输入终端电阻；以及(7)脉冲数检测部，其监视从光电二极管输出的电流信号或从线性跨阻抗放大器输出后的电压信号，检测这些电流信号或电压信号的脉冲数；(8)接收信号检测部，其监视从光电二极管输出的电流信号或从线性跨阻抗放大器输出后的电压信号，检测这些电流信号或电压信号是否为电气空闲；以及(9)控制部，其基于发送信号检测部的电气空闲检测结果、线性输出驱动器的输出目的地设备输入终端电阻检测结果、脉冲数检测部的脉冲数检测结果以及接收信号检测部的电气空闲检测结果，控制能够发送信号的激活状态与能够降低消耗电力的休眠状态之间的转移，并且控制差动输入终端电阻器、线性激光驱动器、线性跨阻抗放大器、线性可变增益放大器以及线性输出驱动器各自的动作。
[0021]
控制部(a)在由发送信号检测部检测到输入信号不是电气空闲时、或者由脉冲数检测部检测到的脉冲数是表示从休眠状态向激活状态的转移的脉冲数时，决定从休眠状态向激活状态的转移，(b)基于由发送信号检测部检测到输入信号是电气空闲的情况、或者由接收信号检测部检测到电流信号或者电压信号是电气空闲的情况，决定从激活状态向休眠状态的转移，(c)根据线性输出驱动器对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果、以及是激活状态和休眠状态中的哪一个状态，控制线性激光驱动器对激光二极管的电流信号的供给，(d)根据脉冲数检测部的脉冲数检测结果，控制差动输入终端电阻器的电阻值，(e)根据是激活状态和休眠状态中的哪一个状态，控制线性跨阻抗放大器、线性可变增益放大器以及线性输出驱动器各自的动作。
[0022]
优选的是，该通信装置还具备振幅检测部，振幅检测部检测从线性可变增益放大器输出后的电压信号的振幅，控制部基于振幅检测部的振幅检测结果来控制线性可变增益放大器的增益。
[0023]
在该通信装置中，优选的是，线性激光驱动器包括：低速驱动器，其基于来自控制部的控制信号向激光二极管供给电流信号；以及高速驱动器，其基于向差动输入端的输入信号而向激光二极管供给电流信号，控制部基于线性输出驱动器对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果、以及是激活状态和休眠状态中的哪一个状态，控制低速驱动器对激光二极管的电流信号的供给，控制部基于是激活状态和休眠状态中的哪一个状态，控制高速驱动器对激光二极管的电流信号的供给。
[0024]
在该通信装置中，优选的是，控制部在线性输出驱动器对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果为高阻抗的情况、线性输出驱动器对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果为低阻抗的情况、以及从休眠状态向激活状态转移的情况下，使从线性激光驱动器向激光二极管供给的电流信号的脉冲数不同。
[0025]
在该通信装置中，优选的是，控制部在由发送信号检测部检测到在固定期间的整个期间内为电气空闲时、或者由接收信号检测部检测到在固定期间的整个期间内电流信号或电压信号为电气空闲时，决定从激活状态向休眠状态的转移。
[0026]
终端装置具备：上述的通信装置；激光二极管，其输入从通信装置的线性激光驱动器供给的电流信号，并向对方通信装置侧输出光信号；以及光电二极管，其接收从对方通信装置侧到达的光信号，并将电流信号输出到通信装置的线性跨阻抗放大器。
[0027]
有源光缆具备：作为上述终端装置的第1终端装置以及第2终端装置；第1光纤，其将从第1终端装置的激光二极管输出的光信号向第2终端装置的光电二极管导光；以及第2光纤，其将从第2终端装置的激光二极管输出的光信号向第1终端装置的光电二极管导光。
[0028]
设置在有源光缆上的通信装置具有：连接在线性激光驱动器的差动输入端子之间的可变电阻器；与差动输入端子连接的发送信号检测部；与光电二极管连接的线性跨阻抗放大器；与线性跨阻抗放大器的输出端子连接的线性可变增益放大器；与线性可变增益放大器的输出端子连接的线性输出驱动器；与光电二极管连接的脉冲数检测部；与线性跨阻抗放大器的输出端子连接的接收信号检测部；以及控制部，其具备多个输入端子和多个输出端子，控制部的输入端子与脉冲数检测部的输出端子及接收信号检测部的输出端子连接，并且控制部的输出端子与可变电阻器的电阻值控制端子、线性激光驱动器的控制信号输入端子、线性跨阻抗放大器的控制信号输入端子及线性可变增益放大器的控制信号输入端子连接。
[0029]
在第1端侧与第2端侧之间进行通信的有源光缆(aoc)中，能够实现高速通信和耗电降低。
附图说明
[0030]
图1是表示通过符合usb4标准的通信电缆连接了2个设备的结构的图。
[0031]
图2是usb3.2标准的状态转移图。
[0032]
图3是表示有源光缆(aoc)1的结构的图。
[0033]
图4是示出通信装置111和通信装置121的结构的图。
[0034]
图5是示出激活(active)状态和休眠(sleep)状态之间的转移的状态转移图。
[0035]
图6是图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的轮询状态的状态转移图。
[0036]
图7是说明图6所示的轮询状态下的2个链路伙伴(link partner)之间的信号收发的图。
[0037]
图8是表示线性激光驱动器12的一例的图。
[0038]
标号说明
[0039]1…
有源光缆(aoc)、10
…
控制部、11
…
差动输入终端电阻器、12
…
线性激光驱动器、13
…
发送信号检测部、14
…
线性跨阻抗放大器(线性tia)、15
…
线性可变增益放大器(线性vga)、16
…
线性输出驱动器、17
…
脉冲数检测部、18
…
接收信号检测部、19
…
振幅检测部、20
…
控制部、21
…
差动输入终端电阻器、22
…
线性激光驱动器、23
…
发送信号检测部、24
…
线性跨阻抗放大器(线性tia)、25
…
线性可变增益放大器(线性vga)、26
…
线性输出驱动器、27
…
脉冲数检测部、28
…
接收信号检测部、29
…
振幅检测部、110
…
终端装置、111
…
通信装置、112
…
激光二极管、113
…
光电二极管、114
…
连接器、120
…
终端装置、121
…
通信装置、
122
…
激光二极管、123
…
光电二极管、124
…
连接器、131、132
…
光纤、140
…
链路伙伴、141
…
通道适配器、150
…
链路伙伴、151
…
通道适配器。
具体实施方式
[0040]
以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的方式。此外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。本发明并不限定于这些例示，而是由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。
[0041]
图3是表示有源光缆(aoc)1的结构的图。aoc1在一方的链路伙伴(link partner)140的通道适配器141与另一方的链路伙伴150的通道适配器151之间进行通信。通道适配器141和通道适配器151可以遵循usb3.2标准或usb4标准。aoc1使用分别设置于第1端侧和第2端侧的激光二极管和光电二极管在第1端侧与第2端侧之间进行通信。
[0042]
位于aoc1的第1端侧的终端装置110具备通信装置111、激光二极管112、光电二极管113以及连接器114。连接器114与通道适配器141连接。位于aoc1的第2端侧的终端装置120具备通信装置121、激光二极管122、光电二极管123以及连接器124。连接器124与通道适配器151连接。在激光二极管112与光电二极管123之间设置有传输光信号的光纤131。在激光二极管122与光电二极管113之间设置有传输光信号的光纤132。
[0043]
图4是示出通信装置111和通信装置121的结构的图。通信装置111具备控制部10、差动输入终端电阻器11、线性激光驱动器12、发送信号检测部13、线性跨阻抗放大器(线性tia)14、线性可变增益放大器(线性vga)15、线性输出驱动器16、脉冲数检测部17、接收信号检测部18以及振幅检测部19。通信装置121具备控制部20、差动输入终端电阻器21、线性激光驱动器22、发送信号检测部23、线性跨阻抗放大器(线性tia)24、线性可变增益放大器(线性vga)25、线性输出驱动器26、脉冲数检测部27、接收信号检测部28以及振幅检测部29。通信装置111与通信装置121具有彼此相同的结构，同名的结构要素具有相同的功能。以下，主要对通信装置111进行说明。
[0044]
差动输入终端电阻器11是差动输入端的终端，所述差动输入端将应向对方的通信装置121侧发送的信号作为差动信号而从通道适配器141输入。差动输入终端电阻器11的电阻值是可变的，根据从控制部10提供的控制信号来设定。
[0045]
线性激光驱动器12基于应发送到对方的通信装置121侧的信号将电流信号提供给激光二极管112，并且使得从激光二极管112输出光信号。线性激光驱动器12是线性放大器型的激光驱动器，所输入的电压信号电平与输出的电流信号电平之间的关系是大致线性的。线性激光驱动器12的动作由从控制部10提供的控制信号来控制。线性激光驱动器12除了基于从通道适配器141输入的信号将电流信号提供给激光二极管112之外，有时还基于从控制部10提供的控制信号将电流信号提供给激光二极管112。
[0046]
发送信号检测部13监视向差动输入端的输入信号，检测该输入信号是否为ei，将表示该检测结果的txsd信号发送至控制部10。发送信号检测部13也可以监视线性激光驱动器12的内部的信号。
[0047]
线性tia14输入从光电二极管113输出的电流信号，其中该光电二极管113接收从对方的通信装置121侧到达的光信号，线性tia14将该电流信号变换为电压信号并将该电压信号输出到线性vga15。线性tia14是线性放大器型的，输入的电流信号电平与输出的电压
信号电平之间的关系是大致线性的。线性tia14的动作由从控制部10提供的控制信号来控制。
[0048]
线性vga15对从线性tia14输出的电压信号进行放大，并将该放大后的电压信号向线性输出驱动器16输出。线性vga15的增益是可变的，通过从控制部10提供的控制信号来设定。线性vga15是线性放大器型的，所输入的电压信号电平与输出的电压信号电平之间的关系是大致线性的。线性vga15的动作由从控制部10提供的控制信号来控制。
[0049]
线性输出驱动器16将从线性vga15输出的电压信号输出到输出目的地设备(通道适配器141)。线性输出驱动器16也可以将所输入的电压信号以固定增益放大，并输出该放大后的电压信号。线性输出驱动器16是线性放大器型的，如果增益恒定，则所输入的电压信号电平与输出的电压信号电平之间的关系大致为线性。线性输出驱动器16的动作由从控制部10提供的控制信号来控制。
[0050]
另外，线性输出驱动器16能够进行输出目的地设备(通道适配器141)的输入终端电阻的检测，将表示其检测结果的rxdet信号发送至控制部10。例如能够通过检测向输出目的地设备输出脉冲信号时的电位变化的响应速度来进行输出目的地设备的输入终端电阻的检测。在输出目的地设备的输入终端断开时，响应快。在输出目的地设备的输入终端接通时，响应慢。即使在线性输出驱动器16为掉电状态下也能够进行线性输出驱动器16对输出目的地设备的输入终端电阻的检测。
[0051]
脉冲数检测部17监视从光电二极管113输出的电流信号或从线性tia14输出后的电压信号，检测这些电流信号或电压信号的脉冲数，将表示其检测结果的pn信号发送到控制部10。脉冲数检测部17可以监视从光电二极管113输出的电流信号、从线性tia14输出的电压信号、从线性vga15输出的电压信号、以及从线性输出驱动器16输出的电压信号中的任意方。如图所示，脉冲数检测部17优选监视从光电二极管113输出的电流信号。通过脉冲数检测部17监视从光电二极管113输出的电流信号，能够使线性tia14以后的所有电路掉电。
[0052]
接收信号检测部18监视从光电二极管113输出的电流信号或从线性tia14输出后的电压信号，检测这些电流信号或电压信号是否为ei，并将表示其检测结果的rxsd信号发送至控制部10。接收信号检测部18可以监视从光电二极管113输出的电流信号、从线性tia14输出的电压信号、从线性vga15输出的电压信号、以及从线性输出驱动器16输出的电压信号中的任意方。如图所示，接收信号检测部18优选设置在线性vga15的前级。接收信号检测部18通过监视线性vga15的前段的电压信号或电流信号，能够与线性vga15的增益无关地检测是否为ei。
[0053]
振幅检测部19检测从线性vga15输出后的电压信号的振幅，将表示其检测结果的pk信号发送到控制部10。振幅检测部19也可以监视从线性输出驱动器16输出的电压信号，但在该情况下，在输出负载容量增加、回波损耗(returen loss)恶化这一点上不优选。如图所示，振幅检测部19优选监视从线性vga15输出的电压信号。另外，振幅检测部19优选检测某个固定期间的整个期间内的电压信号的振幅的平均值。
[0054]
控制部10被输入从发送信号检测部13输出的表示ei检测结果的txsd信号、从线性输出驱动器16输出的表示输出目的地设备输入终端电阻检测结果的rxdet信号、从脉冲数检测部17输出的表示脉冲数检测结果的pn信号、从接收信号检测部18输出的表示ei检测结果的rxsd信号、以及从振幅检测部19输出的表示振幅检测结果的pk信号。控制部10基于这
些输入的txsd信号、rxdet信号、pn信号、rxsd信号以及pk信号，控制能够发送信号的激活状态与能够降低消耗电力的休眠状态之间的转移。
[0055]
另外，控制部10基于这些输入的信号，输出用于设定差动输入终端电阻器11的电阻值的term信号、用于控制线性激光驱动器12的动作的txen信号以及ls信号、用于控制线性tia14、线性vga15以及线性输出驱动器16的动作的rxen信号、以及用于控制线性vga15的增益的gctl信号。
[0056]
图5是表示激活(active)状态(s53)及休眠(sleep)状态之间的转移的状态转移图。激活状态(s53)是能够进行信号发送的状态。休眠状态是能够降低耗电的状态。休眠状态包括拔出(unplug)状态(s51)和插入(plug)状态(s52)。
[0057]
基于从线性输出驱动器16输出的rxdet信号所表示的输出目的地设备输入终端电阻检测结果，进行拔出状态(s51)与插入状态(s52)之间的转移。即，如果连接了输出目的地设备，则转移到插入状态(s52)，如果未连接输出目的地设备，则转移到拔出状态(s51)。另外，基于从发送信号检测部13输出的txsd信号所表示的ei检测结果、从脉冲数检测部17输出的pn信号所表示的脉冲数检测结果、以及从接收信号检测部18输出的rxsd信号所表示的ei检测结果，进行插入状态(s52)与激活状态(s53)之间的转移。
[0058]
图5所示的状态转移图中的各状态与图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的各状态之间的对应如下。拔出状态包括图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的ss.disabled、rx.detect(终端关闭)的各状态。插入状态(s52)包括图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的rx detect(终端接通)、u2、u3、ss.inactive的各状态。激活状态(s53)包括图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的轮询、u0、u1、恢复(recovery)的各状态。
[0059]
控制部10基于txsd信号或pn信号，决定从休眠状态向激活状态的转移。即，控制部10在由发送信号检测部13检测出输入信号不是ei时、或者由脉冲数检测部17检测出的脉冲数表示从休眠状态向激活状态(s53)的转移时，决定从休眠状态向激活状态(s53)的转移。
[0060]
控制部10基于txsd信号或rxsd信号，决定从激活状态(s53)向休眠状态的转移。即，控制部10基于由发送信号检测部13检测出输入信号为ei、或者由接收信号检测部18检测出电流信号或电压信号为ei的情况，决定从激活状态(s53)向休眠状态的转移。
[0061]
优选的是，控制部10在由发送信号检测部13在固定期间的整个期间内检测到输入信号为ei时，或者在由接收信号检测部18在固定期间的整个期间内检测到电流信号或电压信号为ei时，决定从激活状态(s53)向休眠状态的转移。这里所说的固定期间的长度优选为240ms以上。
[0062]
控制部10基于rxdet信号和状态(是激活状态和休眠状态中的哪一个)，通过提供给线性激光驱动器12的txen信号和ls信号，控制由线性激光驱动器12向激光二极管112的电流信号的供给。即，控制部10基于线性输出驱动器16对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果、以及是激活状态和休眠状态中的哪一个状态，控制线性激光驱动器12向激光二极管112的电流信号的供给。
[0063]
具体而言，控制部10根据提供给线性输出驱动器16的ls信号，在线性输出驱动器16对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果为高阻抗的情况、线性输出驱动器16对输出目的地设备输入终端电阻的检测结果为低阻抗的情况、以及从休眠状态向激活状态转移的情况下，使从线性激光驱动器12提供给激光二极管112的电流信号的脉冲数不同。另外，控
制部10利用提供给线性输出驱动器16的txen信号，切换来自差动输入端的电信号的输入的有效/非有效，通过ls信号在输出脉冲信号的期间使来自差动输入端的电信号的输入为非有效。另外，在为休眠状态时，控制部10使从线性激光驱动器12向激光二极管112的电流信号供给停止。
[0064]
ls信号所指示的脉冲数是以逻辑电平l在某个期间持续之后转移为逻辑电平h的时刻为起点，在固定期间内以固定脉冲宽度且固定间距反复的脉冲数。脉冲数也可以是1，在该情况下，意味着以逻辑电平l在某个期间持续之后转移为逻辑电平h的时刻为起点，在固定期间内仅存在1个固定脉冲宽度的脉冲。另外，脉冲数也可以是0，在该情况下，意味着逻辑电平l在规定时间以上的整个期间内持续。脉冲数检测部17基于这些事项来检测脉冲数。
[0065]
控制部10根据pn信号，通过提供给差动输入终端电阻器11的term信号，控制差动输入终端电阻器11的电阻值。即，控制部10根据脉冲数检测部17的脉冲数检测结果，取得由对方的通信装置121的线性输出驱动器26检测出的输出目的地设备(通道适配器151)的输入终端电阻的信息，根据该信息来控制差动输入终端电阻器11的电阻值。
[0066]
具体而言，控制部10在对方的通信装置121中的输出目的地设备(通道适配器151)的输入终端电阻为高阻抗时将差动输入终端电阻器11设为高阻抗，在对方的通信装置121中的输出目的地设备(通道适配器151)的输入终端电阻为低阻抗时将差动输入终端电阻器11设为低阻抗。通道适配器141通过检测差动输入终端电阻器11的电阻值，能够检测对方的通道适配器151的输入终端电阻的接通/断开。
[0067]
这样，将对方的通信装置121的线性输出驱动器26对输出目的地设备输入终端电阻检测结果作为光信号的脉冲从由对方的通信装置121的线性激光驱动器22驱动的激光二极管122送出，该光信号被光电二极管113接收。然后，基于输入了从光电二极管113输出的电流信号的脉冲数检测部17的脉冲数检测结果，对应于对方的通信装置121中的输出目的地设备(通道适配器151)的输入终端电阻的阻抗来设定差动输入终端电阻器11的阻抗的大小。将这种功能称为rxdetect功能。另外，将对方的通信装置121的线性输出驱动器26的输出目的地设备输入终端电阻检测结果的光信号的通信称为rxdetect通信。
[0068]
控制部10基于是激活状态和休眠状态中的哪一个状态，输出rxen信号，由此控制线性tia14、线性vga15和线性输出驱动器16各自的动作。具体而言，在休眠状态时，控制部10使向线性tia14、线性vga15及线性输出驱动器16供给的电力降低或停止，使消耗电力降低。
[0069]
控制部10基于pk信号，通过提供给线性vga15的gctl信号，控制线性vga15的增益。具体而言，控制部10基于振幅检测部19的振幅检测结果，控制线性vga15的增益，使得从线性vga15输出的电压信号的振幅成为目标值或在目标范围内。
[0070]
此外，如图8所示，线性激光驱动器12也可以构成为包括基于来自控制部10的ls信号将电流信号供给到激光二极管112的低速驱动器12a、和基于输入到差动输入端的差动信号diff将电流信号供给到激光二极管112的高速驱动器12b，这些低速驱动器12a和高速驱动器12b并联设置。向低速驱动器12a输入ls信号，向高速驱动器12b输入提供给差动输入终端电阻器11的两端的差动信号diff。在该情况下，控制部10基于线性输出驱动器16的输出目的地设备输入终端电阻的检测结果、以及是激活状态以及休眠状态中的哪一个状态，来
控制低速驱动器12a向激光二极管112的电流信号的供给。另外，控制部10基于是激活状态以及休眠状态中的哪一个状态，控制高速驱动器12b向激光二极管112的电流信号的供给。高速驱动器12b也可以是线性放大器型，低速驱动器12a也可以是限幅放大器型。此外，能够将一方的通信装置111中的低速驱动器12a以及高速驱动器12b的说明替换为另一方的通信装置121的低速驱动器以及高速驱动器的说明。
[0071]
在本实施方式中，在rxdetect通信时，发送包含规定的脉冲信息的光信号。在为休眠状态时进行rxdetect通信。通过rxdetect通信，当对方的通信装置121中的输出目的地设备(通道适配器151)的输入终端接通时，从拔出状态转移为插入状态。在对方的通信装置121中的输出目的地设备(通道适配器151)的输入终端断开时，从插入状态转移为拔出状态。
[0072]
在包括拔出状态(s51)和插入状态(s52)的休眠状态下，通过从控制部10提供给线性激光驱动器12的txen信号，使输入到差动输入端的信号向线性激光驱动器12的输入无效。另外，通过从控制部10提供给线性激光驱动器12的ls信号，能够使从线性激光驱动器12提供给激光二极管112的电流为大致0ma。对应于以固定周期进行的线性输出驱动器16的输出目的地设备输入终端电阻检测结果(rx detect结果)，基于ls信号来实施rxdetect通信。
[0073]
在休眠状态下，能够通过从控制部10输出的rxen信号，使线性tia14、线性vga15以及线性输出驱动器16掉电。此时，线性输出驱动器16能够生成并输出ei电位。线性输出驱动器16即使在掉电状态下也能够生成ei电位，也能够进行rxdetect。脉冲数检测部17检测通过rxdetect通信发送来的脉冲数，控制部10能够基于该脉冲数检测结果来设定差动输入终端电阻器11的电阻值。
[0074]
通过包括脉冲信息的光信号来执行正常通信(主信号或lfps信号的通信)与rxdetect通信之间的切换。在休眠状态下，在发送信号检测部13检测到信号输入时，或者在脉冲数检测部17的脉冲数检测结果表示向激活状态的转移时，从休眠状态向激活状态转移。
[0075]
当从休眠状态转移为激活状态时，通过从控制部10提供给线性激光驱动器12的txen信号，使向线性激光驱动器12的信号输入有效化。通过从控制部10输出的rxen信号，来启动线性tia14、线性vga15以及线性输出驱动器16。此外，通过从控制部10提供给线性vga15的gctl信号，来控制线性vga15的增益。另外，线性输出驱动器16的启动可以在线性vga15的增益控制完成前，也可以在完成后。
[0076]
在直到返回到能够降低耗电的状态(例如图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的rxdetect状态或u3状态)之前，ei信息能够通过线性通信进行利用中间电平来发送。如果接收信号检测部18检测到ei，则控制部10停止线性vga15的增益的控制。在由接收信号检测部18进行的ei检测或者由发送信号检测部13进行的ei检测之后，如果在短暂的期间内没有信号到来，则从激活状态向休眠状态转移。在接收信号检测部18进行的信号检测或发送信号检测部13进行的信号检测时，停留在激活状态。
[0077]
根据本实施方式，能够得到如下的效果。具备通信装置111、121等的aoc1能够实现rxdetect功能，能够应对usb3.2标准以及usb4标准中的任意一个。但是，本发明不限于usb3.2标准以及usb4标准的应对。
[0078]
在专利文献1所公开的通信装置中，需要并联设置的2个输出驱动器，与此相对，在
本实施方式中作为输出驱动器仅设置1个线性输出驱动器16即可。因此，在本实施方式中，抑制了输出端的负载容量的增加，容易输出高速信号，也能够应对usb4的gen3中的主信号的数据速率(每1通道)20gbps。
[0079]
在本实施方式中，在休眠状态时，线性激光驱动器12基本上对于输入信号为非有效的状态，输出电流为0ma，仅在rxdetect通信时输出电流信号。另外，在休眠状态时，线性tia14、线性vga15以及线性输出驱动器16是掉电的状态，能够维持为尽可能最小的电力消耗状态。因此，在本实施方式中，在图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的rxdetect状态、u3状态下，能够降低消耗电力。即使通过脉冲信号发送rxdetect信息，也不需要每次都启动信号路径，能够保持低耗电。
[0080]
如图2所示的usb3.2标准的状态转移图所示，在通电后首先成为rx.detect状态，在该rx.detect状态下检测到终端接通后转移到轮询(polling)状态，在该轮询状态下的手续成功后转移到作为激活状态的u0状态。即使在轮询状态转移之后的lfps信号发送期间中的开始的一部分期间丢失，也不会出现问题。以下对此进行说明。
[0081]
图6是图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的轮询状态的状态转移图。这是usb标准(universal serial bus 3.2specification，september 22，2017)中记载的图，因此简单地进行说明。另外，图7是说明图6所示的轮询状态下的2个链路伙伴之间的信号收发的图，在左侧示出一个链路伙伴(通信装置111侧)的通信序列，在右侧示出另一个链路伙伴(通信装置121侧)的通信序列。
[0082]
如图7所示，首先，为了建立通信，将scd1.lfps信号从第1链路伙伴发送到第2链路伙伴(s71)(握手(handshake))。scd是“ss能力声明(ss capability declaration)”的缩写，scd1是表示“0010”的信号，scd1.lfps信号表示lfps中的scd1信号。接着，从接收到该信号的第2链路伙伴向第1链路伙伴发送scd1.lfps信号(s81)(握手(handshake))。接着，从接收到该信号的第1链路伙伴向第2链路伙伴发送scd2.lfps信号(s72)(握手(handshake))。另外，scd2是表示“1101”的信号，scd2.lfps信号表示lfps中的scd2信号。接着，从接收到该信号的第2链路伙伴向第1链路伙伴发送scd2.lfps信号(s82)(握手(handshake))。接着，从接收到该信号的第1链路伙伴向第2链路伙伴发送lbpm信号(s73)(握手(handshake))。lbpm是“lfps based pwm signaling(基于lfps的pwm信令)”的缩写。接着，从接收到该信号的第2链路伙伴将lbpm信号发送到第1链路伙伴(s83)(握手(handshake))。接着，为了进行训练序列，从接收到该信号的第1链路伙伴向第2链路伙伴发送tseq用的信号(s74)。tseq是“训练序列均衡器(training sequence equalizer)”的缩写。接着，为了进行训练序列，从接收到该信号的第2链路伙伴将tseq用的信号发送到第1链路伙伴(s84)。接着，从接收到该信息的第1链路伙伴向第2链路伙伴发送第1训练序列(ts1)(s75)。接着，从接收到该信息的第2链路伙伴向第1链路伙伴发送第1训练序列(ts1)(s85)。接着，从接收到该信息的第1链路伙伴向第2链路伙伴发送第2训练序列(ts2)(s76)。接着，从接收到该信息的第2链路伙伴向第1链路伙伴发送第2训练序列(ts2)(s86)。由此，退出轮询状态(图2的s3)，第1链路伙伴成为状态u0(图2的s4)(s77)，同样地，第2链路伙伴也成为状态u0(图2的s4)(s87)。
[0083]
图6详细说明图7中的序列。当状态从rx.detect状态转移为轮询状态时，首先变为polling.lfps状态(s61)，并且执行使用上述的scd1.lfps信号的握手。接着，成为polling.lfpsplus状态(s62)，进行使用了上述scd2.lfps信号的握手。
[0084]
接着，进行上述lbpm的握手。在polling.portmatch状态(s63)下，2个端口执行lbpm握手。polling.portconfig状态(s64)是端口根据在polling.portmatch中对照的phy能力lbpm来设定自身的状态，在成为polling.rxeq状态(s65)时与链路伙伴进行同步。在polling.rxeq状态(s65)下，发送用于进行上述训练序列的tseq用的信号(tseq命令集)。当成为polling.active状态(s66)时，进行第1训练序列(ts1)的握手。当成为polling.configuration状态(s67)时，进行第2训练序列(ts2)的握手，成为polling.idle状态(s68)，转移到状态u0(s617)。另外，若从polling.lfps状态(s61)开始3次的状态转移失败，则转移到作为链路错误状态的ess.inavtive状态(s611)。当发生lfps超时时，从polling.lfps状态(s61)转移到一致性模式(compliane mode)状态(s612)。在polling.configuration状态(s67)中，当在各端口或设备之间发生超时时，能够转移到rx.detect状态(s613)或者增强超速(enhanced superspeed)连接无效的ess.disabled状态(s614)。根据条件，可以从polling.idle状态(s68)转移到热复位状态(hot reset)(s615)或回环(loopback)状态(s616)。
[0085]
在从rx.detect状态(图2的s2)转移到polling状态(图3的s3)后的360ms的期间中，在polling.lfps状态(s61)、polling.lfpsplus状态(s62)中，用于正常转移到u0状态(图2的s4)的条件是：2个链路伙伴相互成功地收发scd1.lfps信号、scd2.lfps信号，成为从polling状态退出来的状态(s617)。
[0086]
另一方面，本实施方式的通信装置111内的各构成要素能够在30μs以内从休眠状态转移为激活状态。因此，在本实施例中，即使轮询状态转移之后的lfps信号发送期间中的开始的一部分期间丢失，也可以正常地转移到激活状态。注意，在假设每次成为ei状态就掉电的情况下，轮询状态转移之后的lfps信号发送期间丢失了很多，scd1.lfps信号和scd2.lfps信号的收发不成功。
[0087]
lfps消息可以包括polling.lfps和ping.lfps。另外，在链路伙伴以及通信装置处于u1状态(s5)的情况下，其能够定期地发送ping.lfps。
[0088]
在图2所示的usb3.2标准的状态转移图中的u1状态(s5)下发送ping.lfps信号时，本实施方式的通信装置111在激活状态下进行线性动作，但由于lfps信号发送期间被保存，因此不会成为问题。以下对此进行说明。ping.lfps信号发送期间与下一个ping.lfps信号发送期间之间的ei状态的期间最长为240ms。因此，在本实施方式中，将无信号状态持续240ms以上作为从激活状态向休眠状态转移时的条件即可。由此，u1状态(s5)的期间能够停留在激活状态，能够正常地发送ping.lfps信号，ping.lfps信号发送期间被保存。此外，假设在每次成为ei状态就掉电的情况下，ping.lfps信号发送期间最短为40ns，因此有时来不及从休眠状态向激活状态的转移。
[0089]
在本实施方式中，构成为在线性tia14的后段设置线性vga15。以下对其理由进行说明。假设在tia的后段不设置线性vga，则由于激光二极管以及光电二极管的制造偏差以及安装时的光耦合的偏差，tia的输出电流信号的振幅产生较大的偏差，有时不满足usb标准的电信号振幅的条件。因此，假设在tia的后段不设置线性vga的情况下，如果要满足usb标准的电信号振幅的条件，则需要采用输出电信号的振幅不被输入光信号的振幅所左右的限幅放大器型的tia。但是，在采用限幅放大器型的tia的情况下，存在如上所述的问题。因此，在本实施方式中，在采用了线性tia的基础上，在该线性tia的后段设置线性vga，通过控
制该线性vga的增益，使线性vga的输出电信号的振幅满足usb标准的电信号振幅的条件。
[0090]
在本实施方式中，通过采用线性tia，能够在ei期间中执行偏移消除。以下对此进行说明。限幅放大器型的器件仅输出逻辑电平h及逻辑电平l，无法输出ei状态时的中间电平，因此在ei状态时不需要输出逻辑电平h固定值或逻辑电平l固定值。为了在tia中执行偏移消除，需要公共电平的信息，但在采用了限幅放大器型的器件的情况下，无法发送公共电平信号，因此无法执行偏移消除。当在ei状态的期间中不可能执行偏移消除时，需要在每次lfps信号发送时重新执行偏移消除。如果未适当地进行偏移消除，则lfps信号的占空比变得不适当，无法成为正常的lfps信号的波形，存在通信的建立失败的情况。与此相对，在本实施方式中，通过采用线性放大器型的器件，不仅在lfps信号发送期间，而且在ei状态的期间也能够执行偏移消除，因此能够始终成为正常的lfps信号的波形。
[0091]
设置于上述有源光缆中的通信装置具备：可变电阻器11，其连接在线性激光驱动器12的差动输入端子之间；发送信号检测部13，其与所述差动输入端子连接；线性跨阻抗放大器14，其与光电二极管113连接；线性可变增益放大器15，其与线性跨阻抗放大器14的输出端子连接；线性输出驱动器16，其与线性可变增益放大器15的输出端子连接；脉冲数检测部17，其与光电二极管113连接；接收信号检测部18，其与线性跨阻抗放大器14的输出端子连接；以及控制部，其具备多个输入端子和多个输出端子，其中，控制部的输入端子与脉冲数检测部17的输出端子及接收信号检测部18的输出端子连接，所述控制部的所述输出端子与所述可变电阻器11的电阻值控制端子、所述线性激光驱动器12的控制信号输入端子、所述线性跨阻抗放大器14的控制信号输入端子及所述线性可变增益放大器15的控制信号输入端子连接。
[0092]
上述的通信装置还具备与线性可变增益放大器15的输出端子连接的振幅检测部19。
[0093]
在上述通信装置中，线性激光驱动器12可以包括与激光二极管并联连接的低速驱动器12a和高速驱动器12b。
[0094]
上述的终端装置具备通信装置、与通信装置的发送端子连接的激光二极管112(或122)、以及与通信装置的接收端子连接的光电二极管113(或123)。
[0095]
aoc具备与终端装置的激光二极管光学耦合的第1光纤131和与光电二极管113光学耦合的第2光纤132。
[0096]
如上所述，通信装置111包括控制部10、差动输入终端电阻器11、线性激光驱动器12、发送信号检测部13、线性跨阻抗放大器(线性tia)14、线性可变增益放大器(线性vga)15、线性输出驱动器16、脉冲数检测部17、接收信号检测部18和振幅检测部19。控制部10输出用于设定差动输入终端电阻器11的电阻值的term信号、用于控制线性激光驱动器12的动作的txen信号以及ls信号、用于控制线性tia14、线性vga15以及线性输出驱动器16的动作的rxen信号、以及用于控制线性vga15的增益的gctl信号。通信装置121的结构与通信装置111的结构相同。
[0097]
至此为止的实施方式的说明是基于usb标准的说明，但本发明不限于应对usb标准。