以相位和频率调节线性化电和光信号的在线失真消除电路的制作方法
专利名称：以相位和频率调节线性化电和光信号的在线失真消除电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学发射器和接收器，且明确地说涉及产生具有可调节的相位与频率相依性的非线性信号的电子电路，其在连接在需要被线性化的装置的输入端处或输出端处时可用于消除电子或电光装置(例如半导体激光器或光电二极管)的失真。
背景技术：
用于CATV和FTTH系统中的例如激光器和光电二极管的模拟电光装置需要较高程度的线性。通常使用预失真和后失真电路来通过添加非线性信号而校正光电和电子装置的非线性表现，所述非线性信号消除由非线性激光器或光电二极管引起的不合需要的失真。为了实现良好的消除，所添加的失真需要与由非线性装置引起的失真在相位、量值和频率内容上匹配。在预失真和后失真技术中，在线电路(in-line circuit)(例如第5,798,854号专利中描述的那些在线电路)通常以低成本提供充分程度的线性化。然而，虽然现有技术中描述的预失真和后失真电路对于一些应用来说能够实现充分程度的预失真，但其不提供足够的灵活性以产生不同的频率和相位特性。举例来说，为了实现较低功率消耗而以低电源电压操作的RF放大器需要大量失真。
第5,798,854号专利中揭示的一些失真电路可在发射路径中引起较高RF损耗，且当需要产生大量失真时可产生不合需要的反映。需要将能够在低损耗和低反映的情况下产生较大失真，现有技术设计无法满足这些要求。此外，一些经设计以校正二次失真的失真电路(例如第5,798,854号专利中揭示的那些失真电路)还产生不合需要的三次失真，且这些设计不允许同时调谐二次和三次失真两者。
发明内容
1.本发明的目的本发明的一个目的是提供一种用于在光纤系统中所使用的例如激光器和光电二极管的非线性光电装置中使用的失真消除电路。
本发明的一个目的是提供允许同时调谐二次失真的相位和频率响应的电路。
本发明的另一方面还在于提供一种在低插入损耗和良好回程损耗的情况下产生大量失真的电路。
本发明的另一方面还在于提供一种允许同时调谐二次和三次失真两者的电路。
2.本发明的特征简要且概括地说，本发明提供一种光学接收器，所述光学接收器具有光检测器，其耦合到外部光纤以便接收光学通信信号并将其转换成电信号；RF放大器，其耦合到光检测器的电输出端并产生具有失真的输出信号；后失真电路，其连接到RF放大器的输出端以便消除由RF放大器产生的输出信号中的失真，光纤、光电二极管或激光发射器中的传播，所述后失真电路包含肖特基(Schottky)或变容二极管，其中所述二极管的偏压经调节以控制失真消除的量值、相位和频率内容。
另一方面，本发明提供一种光学发射器，其用于通过光纤链路将光学信号发射到远程接收器，所述光学发射器包含激光器，其耦合到外部光纤以便发射光学通信信号；预失真电路，其连接到激光器的输入端以便消除远程接收器处由激光器产生的光学信号中的失真，所述预失真电路包含肖特基或变容二极管，其中所述二极管的偏压经调节以控制失真消除的量值、相位和频率内容。
另一方面，本发明提供一种用于产生频率相依预失真的在线预失真电路，所述频率相依预失真与由非线性装置产生的失真具有相反的符号且与由所述非线性装置产生的失真具有实质上相同的量值，所述在线预失真电路包含输入端，其用于接收用于非线性装置的RF信号；非线性元件，其与所述输入端保持一致以便产生预失真；和偏压输入端，其控制由非线性元件产生的预失真的实部和虚部。
所属领域的技术人员从本揭示案(包含以下详细描述)中且通过实践本发明将了解本发明的额外目的、优点和新颖特征。虽然下文参照优选实施例描述本发明，但应了解，本发明不限于此。得到本文教示的所属领域的技术人员将了解本发明范围内的其它领域中的额外应用、修改和实施例，本发明范围如本文所揭示并主张且本发明对于所述范围可具有效用。
当结合附图考虑时，参看以下详细描述将更好地理解且更全面地了解本发明的这些和其它特征，附图中
图1(a)是根据现有技术的具有理想的肖特基二极管的预失真电路，且图1(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图2(a)是根据现有技术的具有理想的肖特基二极管和电抗元件的预失真电路，且图2(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图3(a)是根据现有技术的具有理想的肖特基二极管和电抗元件的预失真电路，且图3(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图4(a)是根据现有技术的具有理想的变容二极管的预失真电路，且图4(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图5是根据本发明第一实施例的失真电路；图6a和6b分别是由图5中的电路产生的典型的实和虚二次失真(CSO)作为频率的函数。
图7是根据本发明第二实施例的具有经反向偏压的肖特基二极管的失真电路的示意图。
图8是描绘由图7中的电路产生的实和虚失真的曲线图。
图9是根据新技术的失真电路。使用电感器L1和L2来调谐所述失真的实部。
图10是由图3中的电路产生的典型实CSO&CTB作为某一偏压的函数。
图11是由图4中的电路产生的典型实CSO&CTB作为某一偏压的函数。
图12是根据新技术的失真电路，其利用肖特基二极管来主要产生实失真且利用PIN二极管来削弱失真。
图13是根据新技术的失真电路，其利用变容二极管来主要产生虚失真且利用拟线性变容二极管来削弱失真。
图14是根据新技术的失真电路，其利用肖特基二极管来主要产生实失真且利用电容器来影响失真的频率相依性。
图15(a)到(d)是其中将使用根据本发明的电路的典型的应用电路。
具体实施例方式
本发明针对一种失真校正电路，其扩展了美国专利第5,798,854号中所陈述的失真校正的概念。上述专利揭示一种用于减少模拟信号的发射中的失真的在线预失真电路。如此由这种电路产生的失真或预失真对于给定电路来说是固定的，以与被施加有信号的例如激光二极管的非线性调制装置中固有的二次或更高次互调制积失真(intermodulation product distortion)在量值上实质上相等且在符号上相反。预失真信号的实分量由例如放大器的第一装置产生，且在振幅上经选择以与由非线性装置产生的失真的振幅匹配。通过在在线电路径上引入与预失真信号的实分量异相的失真信号来选择预失真信号的虚分量。将实分量与虚分量组合以产生包含互调制积失真的单个调制信号以供施加到非线性装置。在线预失真电路通过消除非线性发射装置中固有的失真来使调制信号的发射线性化。
非线性装置产生的信号中的失真可用振幅和相位表示为复量。使用常规相量符号表示法，某一频率ω下的失真可表达为Aei(ωt+φ)，其中A是振幅且Φ是信号的相位。等效地，可将失真分为两个分量由实部表示的Acos(Φ)和由虚部表示的Asin(Φ)。可从实部和虚部唯一地导出振幅和相位，因此两种符号表示法是等效的。对于下文即将描述的失真电路来说，更便利的是以实部和虚部来表达失真，因为一些电路主要产生实失真，而其它电路主要产生虚失真。一般来说，预失真或后失真电路必须能够产生两个分量，即实失真和虚失真两者，以便平衡装置的非线性。为此，可能需要并级联若干失真电路以便产生不同类型的失真。
图1中显示根据现有技术的典型预失真电路，其中图1(a)中说明的理想的正向偏压的肖特基二极管产生非线性。如图1(b)所示，由理想的二极管标绘的这种装置的二次失真(CSO)是实的且不相依于频率。
如果需要产生虚失真，那么可添加一些例如图2和3中所示的电容器的电抗元件。虚部的强度取决于偏压点和电容的值，且在CATV频率(＜550MHz)下可变得与实部相当。这些电抗元件也可为非理想二极管内部的寄生物。图4中显示根据现有技术的产生虚失真的另一方式，其中非线性元件是经反向偏压的变容二极管。使用各种电抗组件的许多其它组合也是可能的。现有技术中将这些电路揭示为预失真电路，但其还可用作后失真电路。
由图1到3中所示的电路代表的现有技术缺乏灵活性。作为频率的函数的失真相位取决于电容器的值，电容器的值根据现有技术是固定的。
本发明的第一方面由使用一个或一个以上变容二极管作为可变电容器来调节失真的相位和频率内容组成。如下文所描述，变容二极管应经选择以使得其响应尽可能是线性的。
图5(例如)展示用于校正来自外部非线性电路元件的失真的失真电路。失真信号通过产生频率相依信号来校正失真，所述频率相依信号具有与非线性电路所产生的失真信号相反的符号和实质上相同的量值。
图5具有输入信号IN。第一非线性装置D1耦合到输入信号IN以便在非线性装置D1的阴极处产生第一信号，且第一非线性装置D1在阴极处具有第一偏压电平。
第二非线性装置D2不同于第一非线性装置D1，且耦合到第一非线性装置D1以修改第一信号并产生输出第二信号OUTPUT。第二非线性装置D2在第二非线性装置D2的阴极处具有第二偏压电平。提供偏压控制构件D1BIAS、D2BIAS，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节输出第二信号的量值、相位和频率。
在图5的电路内，C1、C2和C3是DC阻塞电容器。R2、R3和R4是偏压电阻器。
由肖特基二极管D1产生的二次失真的量由电压D1BIAS控制。相位和频率响应由D2BIAS控制，其中D2表现为可变电容器。其它可能的实施例将包含变容二极管，其充当与R1并联的可变电容器(除D2之外或在无D2的情况下)，并使二极管D1反向以产生相反符号的失真。可添加其它电抗或电阻组件以引入相位和频率偏移。展示所述电路，其中二极管与RF路径处于分路配置(shunt configuration)中。或者，所述二极管可配置成与RF路径串联。
在图5中的电路中，视电路被用作后失真电路还是预失真电路而定，输入端或输出端(分别是IN或OUT)连接到需要被线性化的装置。在示范性应用中，输入端将连接到光学接收器，作为后失真电路。在另一示范性应用中，输出端将连接到半导体激光器，作为预失真电路。或者，这可以是若干预失真电路或后失真电路的级联的一部分，其中输入端或输出端连接到下一失真级。
一般来说，图5的失真电路可用于通过产生频率相依信号来校正来自非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由非线性电路产生的失真信号具有相反的符号和实质上相同的量值。提供输入端(IN)，其用于从非线性电路元件接收RF信号。提供肖特基二极管D1，其中阳极接地且阴极耦合在图5的失真电路的输入端与输出端之间。提供连接到肖特基二极管D1的阴极的第一偏压控制输入端(DBIAS IN)，其控制失真电路的二次失真。提供变容二极管D2，其中阳极接地，且阻塞电容器将经反向偏压的变容二极管的阴极连接到肖特基二极管D1的阴极。提供连接到变容二极管D2的阴极的第二偏压控制输入端(D2BIAS IN)，其控制失真电路的相位和频率响应。输出端可连接到信号处理装置以便将输入RF信号加上由失真电路产生的失真发射到信号处理装置。
视特定应用所需的线性化的程度而定，且视非线性装置的可重复性的程度而定，失真设定可为固定的、针对每批零件而调谐的、在制造时针对每一个别零件而调谐的，或作为反馈回路中某一测量到的参数的函数而实时调谐的。
图6描绘由图5中的电路产生的二次失真的实部(左图)和虚部(右图)作为频率的函数。D1BIAS固定在一电压下，使得由D1产生的失真最大。各个曲线对应于D2BIAS的不同值。粗体曲线针对D2BIAS处的最高电压，使得D2的电容非常低，且所述电路产生的失真主要为实的。随着使D2BIAS处的电压减小，电容增加，且较高频率下的失真的实的程度变小且虚的程度变大。通过控制D1BIAS和D2BIAS，可调节实失真和虚失真两者。
产生具有较强频率相依性的失真的另一方式是使用经反向偏压的肖特基二极管，如图7中所描绘。所述二极管的非线性电容产生其中实部的量值随着频率增加而增加的失真。图8展示反向偏压条件下图5中的电路的实部和虚部。
通常在需要大量虚失真时使用图4中所描绘的电路。然而，为了产生大失真，需要与变容二极管串联的大电容器，这导致高频率下的不良的回程损耗和高插入损耗。另外，此电路产生的实部可能不是所需要的。本发明的第二方面旨在提供用于选择正确的变容二极管的设计准则，使得在低插入损耗和良好回程损耗的情况下产生大量失真。
变容二极管的非线性电容通常被模拟为C=Cj0(1-VVj)-M]]>其中V是施加在变容二极管上的电压。可展示，由变容二极管产生的失真的量与比率Vj/M成反比。对于先前部分中的应用来说，必须选择具有较大Vj/M比率的变容二极管。对于图4中的电路来说，必须选择具有较小Vj/M比率的例如Skyworks SMV-1247的零件。
对于一些应用(如由光纤色散引起的失真的平衡)来说，需要主要产生虚失真且与频率成线性关系的电路。在此情况下，图4中的电路可能不是最适宜的，因为其引起一些实失真且虚失真的量在高频率下饱和。为了防止此效应，可在如图9所示的预失真电路后和/或前添加电感器。电感器L1和L2的值将需要根据串联电容器以及所需的失真的频率和相位响应来选择。
本发明的最后部分涉及产生二次失真的电路也产生三次失真的事实。如图10和11中所示，由图3和4中的电路产生的二次和三次失真依据偏压而变化。在CSO为最大的偏压附近，残余CTB最低。通常，需要针对每一特定电路而调谐CSO的量。如果我们通过改变偏压来对CSO的量进行调谐，那么可能产生不合需要的CTB。可通过分别改变图3和4中的电阻器和电容器的值来调节CSO的量。这可能耗费时间且不可行。另一方法是分别使用PIN二极管或拟线性变容二极管(参看上文来选择拟线性变容二极管)作为压控电阻器和电容器。由于图3和4中的电路产生的CTB视偏压而定可为正的或负的，所以可同时消除CSO和CTB。图12和13含有本发明的示范性实施例。C1、C2和C3是DC阻塞电容器，且R2、R3和R4是偏压电阻器。图12是主要产生实失真的电路。D1是肖特基二极管，其在D1BIAS变化时产生如图10中所描绘的失真，且D2是拟线性PIN二极管，其在D2BIAS变化时充当可变电阻器以削弱所产生的CSO和CTB的量。图13是主要产生虚失真的电路。D1是变容二极管，其在电压D1BIAS变化时产生如图11中所描绘的失真，且D2是拟线性变容二极管，其在D2BIAS变化时充当可变电容器以削弱所产生的CSO和CTB的量。使用控制构件D1BIAS和D2BIAS两者，可独立地调节CSO和CTB的量。如先前所揭示，可向这些电路添加其它电抗和电阻组件以及PIN二极管或拟线性变容二极管，以进一步调节失真的相位和频率相依性。另外，二极管可与RF路径串联使用而不是处于分路配置中。
先前所揭示的所有电路都产生相对不相依于输入频率且仅相依于拍频的二次失真。举例来说，由一对处于61.25MHz和121.25MHz的音调产生的60MHz下的失真与由一对处于481.25MHz和541.25MHz的音调产生的在60MHz下产生的失真相同。然而，一些非线性装置产生相依于输入频率的失真，且先前所揭示的失真电路可能不能够补偿复合二次失真。图14揭示一种根据本发明的新电路，其可产生相依于输入频率的失真。通过使用相对较大值的电容器C1，所述电路可产生相依于输入频率的失真。可添加其它将产生类似效应的电抗组件。或者，可使用充当线性可变电容器的例如变容二极管的有源组件来增强灵活性。
图15是其中可使用本发明中所揭示的失真电路的典型的应用电路。图(a)和(b)描述用于消除RF放大器的失真的电路，第一电路作为放大器之前的预失真电路，且第二电路作为放大器之后的后失真电路。图(c)展示用于使激光器线性化的预失真电路，且图(d)展示用于使光学接收器线性化的后失真电路。
权利要求
1.一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值，所述失真电路包括一输入信号；一第一非线性装置，其耦合到所述输入信号以便产生一第一信号且所述第一非线性装置具有一第一偏压电平；一第二非线性装置，其不同于所述第一非线性装置，且耦合到所述第一非线性装置以便修改所述第一信号从而产生一输出第二信号，所述第二非线性装置具有一第二偏压电平；和偏压控制构件，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节所述输出第二信号的量值、相位和频率。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一非线性元件是一肖特基二极管，且所述第二非线性元件是一变容二极管。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一和所述第二非线性元件经反向偏压。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一非线性元件经正向偏压。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述非线性元件中的一者经正向偏压且另一非线性元件经反向偏压。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件包含一电抗组件。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件包含一变容二极管。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件包含一充当一线性可变电阻器的PIN二极管。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件允许同时调节二次和三次失真。
10.一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值，所述失真电路包括一输入端，其用于从所述非线性电路元件接收一RF信号；一肖特基二极管，其具有一接地的阳极和一耦合在所述失真电路的一输入端与一输出端之间的阴极；一第一偏压控制输入端，其连接到所述肖特基二极管的所述阴极并控制所述失真电路的一个二次失真；一变容二极管，其具有一接地的阳极；一阻塞电容器，其将经反向偏压的变容二极管的一阴极连接到所述肖特基二极管的所述阴极；一第二偏压控制输入端，其连接到所述变容二极管的一阴极并控制所述失真电路的一相位和频率响应；和所述输出端，其连接到一信号处理装置以便将所述输入RF信号加上由所述失真电路产生的所述失真发射到所述信号处理装置。
11.一种光学发射器，其用于通过一光纤链路将一光学信号发射到一远程接收器，所述光学发射器包括包含一第一非线性装置，其耦合到一RF输入端以便产生一第一信号且所述第一非线性装置具有一第一偏压电平；一第二非线性装置，其不同于所述第一非线性装置，且耦合到所述第一非线性装置以便修改所述第一信号从而产生一输出第二信号，所述第二非线性装置具有一第二偏压电平；和偏压控制构件，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节到达激光器的输入信号的量值、相位和频率。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一非线性元件是一肖特基二极管，且所述第二非线性元件是一变容二极管。
13.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一和所述第二非线性元件经反向偏压。
14.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一非线性元件经正向偏压。
15.根据权利要求11所述的电路，其中所述非线性元件中的一者经正向偏压且另一非线性元件经反向偏压。
16.一种根据权利要求12所述的发射器，其中肖特基二极管经正向偏压且所述变容二极管经反向偏压，且所述发射器进一步包括一连接到所述肖特基二极管和所述变容二极管的阴极的电容器。
17.一种光学发射器，其用于通过一光纤链路将一光学信号发射到一远程接收器，所述光学发射器包括一激光器，其耦合到一外部光纤以便发射一光学通信信号；一预失真电路，其连接到所述激光器的输入端，以便消除所述远程接收器处由所述激光器产生的所述光学信号中的失真，所述电路包含一经反向偏压的肖特基二极管；和用于控制所述预失真电路的所述二极管的偏压以调节所述失真消除的量值、相位和频率内容的构件。
18.根据权利要求17所述的发射器，其中所述二极管上的所述反向偏压经选择以便产生失真，其中此失真的实部的量值随着频率增加而增加。
19.一种光学接收器，其包括一光检测器，其耦合到一外部光纤以便接收一光学通信信号并将其转换成一电信号；一RF放大器，其耦合到所述光检测器的电输出端并产生一具有失真的输出信号；一后失真电路，其连接到所述RF放大器的输出端，以便消除由所述RF放大器产生的所述输出信号中的所述失真，所述电路包含一肖特基二极管和一变容二极管；和用于控制所述后失真电路的所述二极管的偏压以调节所述失真消除的量值、相位和频率内容的构件。
20.一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值，所述失真电路包括一输入信号；一非线性装置，其耦合到所述输入信号以便产生一具有一偏压电平的第一信号；一电抗电路元件，其耦合到所述非线性装置，以便修改所述第一信号从而产生一输出信号；和偏压控制构件，其用于调节所述偏压电平，使得可调节所述输出信号的量值、相位和频率。
全文摘要
本发明提供一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值。所述失真电路包含一输入信号和一第一非线性装置，所述第一非线性装置耦合到所述输入信号以便产生一第一信号，且其中所述第一非线性装置具有一第一偏压电平。所述失真电路还包含一第二非线性装置，其不同于所述第一非线性装置，且耦合到所述第一非线性装置以便修改所述第一信号从而产生一输出第二信号，所述第二非线性装置具有一第二偏压电平。提供一偏压控制构件，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节所述输出第二信号的量值、相位和频率。
文档编号H04B10/18GK101093980SQ200710003300
公开日2007年12月26日 申请日期2007年2月2日 优先权日2006年6月21日
发明者伊娃·佩拉尔 申请人:昂科公司
技术领域：
本发明涉及光学发射器和接收器，且明确地说涉及产生具有可调节的相位与频率相依性的非线性信号的电子电路，其在连接在需要被线性化的装置的输入端处或输出端处时可用于消除电子或电光装置(例如半导体激光器或光电二极管)的失真。
背景技术：
用于CATV和FTTH系统中的例如激光器和光电二极管的模拟电光装置需要较高程度的线性。通常使用预失真和后失真电路来通过添加非线性信号而校正光电和电子装置的非线性表现，所述非线性信号消除由非线性激光器或光电二极管引起的不合需要的失真。为了实现良好的消除，所添加的失真需要与由非线性装置引起的失真在相位、量值和频率内容上匹配。在预失真和后失真技术中，在线电路(in-line circuit)(例如第5,798,854号专利中描述的那些在线电路)通常以低成本提供充分程度的线性化。然而，虽然现有技术中描述的预失真和后失真电路对于一些应用来说能够实现充分程度的预失真，但其不提供足够的灵活性以产生不同的频率和相位特性。举例来说，为了实现较低功率消耗而以低电源电压操作的RF放大器需要大量失真。
第5,798,854号专利中揭示的一些失真电路可在发射路径中引起较高RF损耗，且当需要产生大量失真时可产生不合需要的反映。需要将能够在低损耗和低反映的情况下产生较大失真，现有技术设计无法满足这些要求。此外，一些经设计以校正二次失真的失真电路(例如第5,798,854号专利中揭示的那些失真电路)还产生不合需要的三次失真，且这些设计不允许同时调谐二次和三次失真两者。
发明内容
1.本发明的目的本发明的一个目的是提供一种用于在光纤系统中所使用的例如激光器和光电二极管的非线性光电装置中使用的失真消除电路。
本发明的一个目的是提供允许同时调谐二次失真的相位和频率响应的电路。
本发明的另一方面还在于提供一种在低插入损耗和良好回程损耗的情况下产生大量失真的电路。
本发明的另一方面还在于提供一种允许同时调谐二次和三次失真两者的电路。
2.本发明的特征简要且概括地说，本发明提供一种光学接收器，所述光学接收器具有光检测器，其耦合到外部光纤以便接收光学通信信号并将其转换成电信号；RF放大器，其耦合到光检测器的电输出端并产生具有失真的输出信号；后失真电路，其连接到RF放大器的输出端以便消除由RF放大器产生的输出信号中的失真，光纤、光电二极管或激光发射器中的传播，所述后失真电路包含肖特基(Schottky)或变容二极管，其中所述二极管的偏压经调节以控制失真消除的量值、相位和频率内容。
另一方面，本发明提供一种光学发射器，其用于通过光纤链路将光学信号发射到远程接收器，所述光学发射器包含激光器，其耦合到外部光纤以便发射光学通信信号；预失真电路，其连接到激光器的输入端以便消除远程接收器处由激光器产生的光学信号中的失真，所述预失真电路包含肖特基或变容二极管，其中所述二极管的偏压经调节以控制失真消除的量值、相位和频率内容。
另一方面，本发明提供一种用于产生频率相依预失真的在线预失真电路，所述频率相依预失真与由非线性装置产生的失真具有相反的符号且与由所述非线性装置产生的失真具有实质上相同的量值，所述在线预失真电路包含输入端，其用于接收用于非线性装置的RF信号；非线性元件，其与所述输入端保持一致以便产生预失真；和偏压输入端，其控制由非线性元件产生的预失真的实部和虚部。
所属领域的技术人员从本揭示案(包含以下详细描述)中且通过实践本发明将了解本发明的额外目的、优点和新颖特征。虽然下文参照优选实施例描述本发明，但应了解，本发明不限于此。得到本文教示的所属领域的技术人员将了解本发明范围内的其它领域中的额外应用、修改和实施例，本发明范围如本文所揭示并主张且本发明对于所述范围可具有效用。
当结合附图考虑时，参看以下详细描述将更好地理解且更全面地了解本发明的这些和其它特征，附图中
图1(a)是根据现有技术的具有理想的肖特基二极管的预失真电路，且图1(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图2(a)是根据现有技术的具有理想的肖特基二极管和电抗元件的预失真电路，且图2(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图3(a)是根据现有技术的具有理想的肖特基二极管和电抗元件的预失真电路，且图3(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图4(a)是根据现有技术的具有理想的变容二极管的预失真电路，且图4(b)是与此类电路相关的二次失真(CSO)的实和虚分量的曲线图；图5是根据本发明第一实施例的失真电路；图6a和6b分别是由图5中的电路产生的典型的实和虚二次失真(CSO)作为频率的函数。
图7是根据本发明第二实施例的具有经反向偏压的肖特基二极管的失真电路的示意图。
图8是描绘由图7中的电路产生的实和虚失真的曲线图。
图9是根据新技术的失真电路。使用电感器L1和L2来调谐所述失真的实部。
图10是由图3中的电路产生的典型实CSO&CTB作为某一偏压的函数。
图11是由图4中的电路产生的典型实CSO&CTB作为某一偏压的函数。
图12是根据新技术的失真电路，其利用肖特基二极管来主要产生实失真且利用PIN二极管来削弱失真。
图13是根据新技术的失真电路，其利用变容二极管来主要产生虚失真且利用拟线性变容二极管来削弱失真。
图14是根据新技术的失真电路，其利用肖特基二极管来主要产生实失真且利用电容器来影响失真的频率相依性。
图15(a)到(d)是其中将使用根据本发明的电路的典型的应用电路。
具体实施例方式
本发明针对一种失真校正电路，其扩展了美国专利第5,798,854号中所陈述的失真校正的概念。上述专利揭示一种用于减少模拟信号的发射中的失真的在线预失真电路。如此由这种电路产生的失真或预失真对于给定电路来说是固定的，以与被施加有信号的例如激光二极管的非线性调制装置中固有的二次或更高次互调制积失真(intermodulation product distortion)在量值上实质上相等且在符号上相反。预失真信号的实分量由例如放大器的第一装置产生，且在振幅上经选择以与由非线性装置产生的失真的振幅匹配。通过在在线电路径上引入与预失真信号的实分量异相的失真信号来选择预失真信号的虚分量。将实分量与虚分量组合以产生包含互调制积失真的单个调制信号以供施加到非线性装置。在线预失真电路通过消除非线性发射装置中固有的失真来使调制信号的发射线性化。
非线性装置产生的信号中的失真可用振幅和相位表示为复量。使用常规相量符号表示法，某一频率ω下的失真可表达为Aei(ωt+φ)，其中A是振幅且Φ是信号的相位。等效地，可将失真分为两个分量由实部表示的Acos(Φ)和由虚部表示的Asin(Φ)。可从实部和虚部唯一地导出振幅和相位，因此两种符号表示法是等效的。对于下文即将描述的失真电路来说，更便利的是以实部和虚部来表达失真，因为一些电路主要产生实失真，而其它电路主要产生虚失真。一般来说，预失真或后失真电路必须能够产生两个分量，即实失真和虚失真两者，以便平衡装置的非线性。为此，可能需要并级联若干失真电路以便产生不同类型的失真。
图1中显示根据现有技术的典型预失真电路，其中图1(a)中说明的理想的正向偏压的肖特基二极管产生非线性。如图1(b)所示，由理想的二极管标绘的这种装置的二次失真(CSO)是实的且不相依于频率。
如果需要产生虚失真，那么可添加一些例如图2和3中所示的电容器的电抗元件。虚部的强度取决于偏压点和电容的值，且在CATV频率(＜550MHz)下可变得与实部相当。这些电抗元件也可为非理想二极管内部的寄生物。图4中显示根据现有技术的产生虚失真的另一方式，其中非线性元件是经反向偏压的变容二极管。使用各种电抗组件的许多其它组合也是可能的。现有技术中将这些电路揭示为预失真电路，但其还可用作后失真电路。
由图1到3中所示的电路代表的现有技术缺乏灵活性。作为频率的函数的失真相位取决于电容器的值，电容器的值根据现有技术是固定的。
本发明的第一方面由使用一个或一个以上变容二极管作为可变电容器来调节失真的相位和频率内容组成。如下文所描述，变容二极管应经选择以使得其响应尽可能是线性的。
图5(例如)展示用于校正来自外部非线性电路元件的失真的失真电路。失真信号通过产生频率相依信号来校正失真，所述频率相依信号具有与非线性电路所产生的失真信号相反的符号和实质上相同的量值。
图5具有输入信号IN。第一非线性装置D1耦合到输入信号IN以便在非线性装置D1的阴极处产生第一信号，且第一非线性装置D1在阴极处具有第一偏压电平。
第二非线性装置D2不同于第一非线性装置D1，且耦合到第一非线性装置D1以修改第一信号并产生输出第二信号OUTPUT。第二非线性装置D2在第二非线性装置D2的阴极处具有第二偏压电平。提供偏压控制构件D1BIAS、D2BIAS，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节输出第二信号的量值、相位和频率。
在图5的电路内，C1、C2和C3是DC阻塞电容器。R2、R3和R4是偏压电阻器。
由肖特基二极管D1产生的二次失真的量由电压D1BIAS控制。相位和频率响应由D2BIAS控制，其中D2表现为可变电容器。其它可能的实施例将包含变容二极管，其充当与R1并联的可变电容器(除D2之外或在无D2的情况下)，并使二极管D1反向以产生相反符号的失真。可添加其它电抗或电阻组件以引入相位和频率偏移。展示所述电路，其中二极管与RF路径处于分路配置(shunt configuration)中。或者，所述二极管可配置成与RF路径串联。
在图5中的电路中，视电路被用作后失真电路还是预失真电路而定，输入端或输出端(分别是IN或OUT)连接到需要被线性化的装置。在示范性应用中，输入端将连接到光学接收器，作为后失真电路。在另一示范性应用中，输出端将连接到半导体激光器，作为预失真电路。或者，这可以是若干预失真电路或后失真电路的级联的一部分，其中输入端或输出端连接到下一失真级。
一般来说，图5的失真电路可用于通过产生频率相依信号来校正来自非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由非线性电路产生的失真信号具有相反的符号和实质上相同的量值。提供输入端(IN)，其用于从非线性电路元件接收RF信号。提供肖特基二极管D1，其中阳极接地且阴极耦合在图5的失真电路的输入端与输出端之间。提供连接到肖特基二极管D1的阴极的第一偏压控制输入端(DBIAS IN)，其控制失真电路的二次失真。提供变容二极管D2，其中阳极接地，且阻塞电容器将经反向偏压的变容二极管的阴极连接到肖特基二极管D1的阴极。提供连接到变容二极管D2的阴极的第二偏压控制输入端(D2BIAS IN)，其控制失真电路的相位和频率响应。输出端可连接到信号处理装置以便将输入RF信号加上由失真电路产生的失真发射到信号处理装置。
视特定应用所需的线性化的程度而定，且视非线性装置的可重复性的程度而定，失真设定可为固定的、针对每批零件而调谐的、在制造时针对每一个别零件而调谐的，或作为反馈回路中某一测量到的参数的函数而实时调谐的。
图6描绘由图5中的电路产生的二次失真的实部(左图)和虚部(右图)作为频率的函数。D1BIAS固定在一电压下，使得由D1产生的失真最大。各个曲线对应于D2BIAS的不同值。粗体曲线针对D2BIAS处的最高电压，使得D2的电容非常低，且所述电路产生的失真主要为实的。随着使D2BIAS处的电压减小，电容增加，且较高频率下的失真的实的程度变小且虚的程度变大。通过控制D1BIAS和D2BIAS，可调节实失真和虚失真两者。
产生具有较强频率相依性的失真的另一方式是使用经反向偏压的肖特基二极管，如图7中所描绘。所述二极管的非线性电容产生其中实部的量值随着频率增加而增加的失真。图8展示反向偏压条件下图5中的电路的实部和虚部。
通常在需要大量虚失真时使用图4中所描绘的电路。然而，为了产生大失真，需要与变容二极管串联的大电容器，这导致高频率下的不良的回程损耗和高插入损耗。另外，此电路产生的实部可能不是所需要的。本发明的第二方面旨在提供用于选择正确的变容二极管的设计准则，使得在低插入损耗和良好回程损耗的情况下产生大量失真。
变容二极管的非线性电容通常被模拟为C=Cj0(1-VVj)-M]]>其中V是施加在变容二极管上的电压。可展示，由变容二极管产生的失真的量与比率Vj/M成反比。对于先前部分中的应用来说，必须选择具有较大Vj/M比率的变容二极管。对于图4中的电路来说，必须选择具有较小Vj/M比率的例如Skyworks SMV-1247的零件。
对于一些应用(如由光纤色散引起的失真的平衡)来说，需要主要产生虚失真且与频率成线性关系的电路。在此情况下，图4中的电路可能不是最适宜的，因为其引起一些实失真且虚失真的量在高频率下饱和。为了防止此效应，可在如图9所示的预失真电路后和/或前添加电感器。电感器L1和L2的值将需要根据串联电容器以及所需的失真的频率和相位响应来选择。
本发明的最后部分涉及产生二次失真的电路也产生三次失真的事实。如图10和11中所示，由图3和4中的电路产生的二次和三次失真依据偏压而变化。在CSO为最大的偏压附近，残余CTB最低。通常，需要针对每一特定电路而调谐CSO的量。如果我们通过改变偏压来对CSO的量进行调谐，那么可能产生不合需要的CTB。可通过分别改变图3和4中的电阻器和电容器的值来调节CSO的量。这可能耗费时间且不可行。另一方法是分别使用PIN二极管或拟线性变容二极管(参看上文来选择拟线性变容二极管)作为压控电阻器和电容器。由于图3和4中的电路产生的CTB视偏压而定可为正的或负的，所以可同时消除CSO和CTB。图12和13含有本发明的示范性实施例。C1、C2和C3是DC阻塞电容器，且R2、R3和R4是偏压电阻器。图12是主要产生实失真的电路。D1是肖特基二极管，其在D1BIAS变化时产生如图10中所描绘的失真，且D2是拟线性PIN二极管，其在D2BIAS变化时充当可变电阻器以削弱所产生的CSO和CTB的量。图13是主要产生虚失真的电路。D1是变容二极管，其在电压D1BIAS变化时产生如图11中所描绘的失真，且D2是拟线性变容二极管，其在D2BIAS变化时充当可变电容器以削弱所产生的CSO和CTB的量。使用控制构件D1BIAS和D2BIAS两者，可独立地调节CSO和CTB的量。如先前所揭示，可向这些电路添加其它电抗和电阻组件以及PIN二极管或拟线性变容二极管，以进一步调节失真的相位和频率相依性。另外，二极管可与RF路径串联使用而不是处于分路配置中。
先前所揭示的所有电路都产生相对不相依于输入频率且仅相依于拍频的二次失真。举例来说，由一对处于61.25MHz和121.25MHz的音调产生的60MHz下的失真与由一对处于481.25MHz和541.25MHz的音调产生的在60MHz下产生的失真相同。然而，一些非线性装置产生相依于输入频率的失真，且先前所揭示的失真电路可能不能够补偿复合二次失真。图14揭示一种根据本发明的新电路，其可产生相依于输入频率的失真。通过使用相对较大值的电容器C1，所述电路可产生相依于输入频率的失真。可添加其它将产生类似效应的电抗组件。或者，可使用充当线性可变电容器的例如变容二极管的有源组件来增强灵活性。
图15是其中可使用本发明中所揭示的失真电路的典型的应用电路。图(a)和(b)描述用于消除RF放大器的失真的电路，第一电路作为放大器之前的预失真电路，且第二电路作为放大器之后的后失真电路。图(c)展示用于使激光器线性化的预失真电路，且图(d)展示用于使光学接收器线性化的后失真电路。
权利要求
1.一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值，所述失真电路包括一输入信号；一第一非线性装置，其耦合到所述输入信号以便产生一第一信号且所述第一非线性装置具有一第一偏压电平；一第二非线性装置，其不同于所述第一非线性装置，且耦合到所述第一非线性装置以便修改所述第一信号从而产生一输出第二信号，所述第二非线性装置具有一第二偏压电平；和偏压控制构件，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节所述输出第二信号的量值、相位和频率。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一非线性元件是一肖特基二极管，且所述第二非线性元件是一变容二极管。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一和所述第二非线性元件经反向偏压。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一非线性元件经正向偏压。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述非线性元件中的一者经正向偏压且另一非线性元件经反向偏压。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件包含一电抗组件。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件包含一变容二极管。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件包含一充当一线性可变电阻器的PIN二极管。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压控制构件允许同时调节二次和三次失真。
10.一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值，所述失真电路包括一输入端，其用于从所述非线性电路元件接收一RF信号；一肖特基二极管，其具有一接地的阳极和一耦合在所述失真电路的一输入端与一输出端之间的阴极；一第一偏压控制输入端，其连接到所述肖特基二极管的所述阴极并控制所述失真电路的一个二次失真；一变容二极管，其具有一接地的阳极；一阻塞电容器，其将经反向偏压的变容二极管的一阴极连接到所述肖特基二极管的所述阴极；一第二偏压控制输入端，其连接到所述变容二极管的一阴极并控制所述失真电路的一相位和频率响应；和所述输出端，其连接到一信号处理装置以便将所述输入RF信号加上由所述失真电路产生的所述失真发射到所述信号处理装置。
11.一种光学发射器，其用于通过一光纤链路将一光学信号发射到一远程接收器，所述光学发射器包括包含一第一非线性装置，其耦合到一RF输入端以便产生一第一信号且所述第一非线性装置具有一第一偏压电平；一第二非线性装置，其不同于所述第一非线性装置，且耦合到所述第一非线性装置以便修改所述第一信号从而产生一输出第二信号，所述第二非线性装置具有一第二偏压电平；和偏压控制构件，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节到达激光器的输入信号的量值、相位和频率。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一非线性元件是一肖特基二极管，且所述第二非线性元件是一变容二极管。
13.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一和所述第二非线性元件经反向偏压。
14.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一非线性元件经正向偏压。
15.根据权利要求11所述的电路，其中所述非线性元件中的一者经正向偏压且另一非线性元件经反向偏压。
16.一种根据权利要求12所述的发射器，其中肖特基二极管经正向偏压且所述变容二极管经反向偏压，且所述发射器进一步包括一连接到所述肖特基二极管和所述变容二极管的阴极的电容器。
17.一种光学发射器，其用于通过一光纤链路将一光学信号发射到一远程接收器，所述光学发射器包括一激光器，其耦合到一外部光纤以便发射一光学通信信号；一预失真电路，其连接到所述激光器的输入端，以便消除所述远程接收器处由所述激光器产生的所述光学信号中的失真，所述电路包含一经反向偏压的肖特基二极管；和用于控制所述预失真电路的所述二极管的偏压以调节所述失真消除的量值、相位和频率内容的构件。
18.根据权利要求17所述的发射器，其中所述二极管上的所述反向偏压经选择以便产生失真，其中此失真的实部的量值随着频率增加而增加。
19.一种光学接收器，其包括一光检测器，其耦合到一外部光纤以便接收一光学通信信号并将其转换成一电信号；一RF放大器，其耦合到所述光检测器的电输出端并产生一具有失真的输出信号；一后失真电路，其连接到所述RF放大器的输出端，以便消除由所述RF放大器产生的所述输出信号中的所述失真，所述电路包含一肖特基二极管和一变容二极管；和用于控制所述后失真电路的所述二极管的偏压以调节所述失真消除的量值、相位和频率内容的构件。
20.一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值，所述失真电路包括一输入信号；一非线性装置，其耦合到所述输入信号以便产生一具有一偏压电平的第一信号；一电抗电路元件，其耦合到所述非线性装置，以便修改所述第一信号从而产生一输出信号；和偏压控制构件，其用于调节所述偏压电平，使得可调节所述输出信号的量值、相位和频率。
全文摘要
本发明提供一种失真电路，其用于通过产生一频率相依信号来校正来自一非线性电路元件的失真，所述频率相依信号与由所述非线性电路产生的失真信号具有一相反的符号和实质上相同的量值。所述失真电路包含一输入信号和一第一非线性装置，所述第一非线性装置耦合到所述输入信号以便产生一第一信号，且其中所述第一非线性装置具有一第一偏压电平。所述失真电路还包含一第二非线性装置，其不同于所述第一非线性装置，且耦合到所述第一非线性装置以便修改所述第一信号从而产生一输出第二信号，所述第二非线性装置具有一第二偏压电平。提供一偏压控制构件，其用于调节所述第一和所述第二偏压电平，使得可调节所述输出第二信号的量值、相位和频率。
文档编号H04B10/18GK101093980SQ200710003300
公开日2007年12月26日 申请日期2007年2月2日 优先权日2006年6月21日
发明者伊娃·佩拉尔 申请人:昂科公司
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