一种光学眼图的监控方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光学眼图的监控方法和系统，属于光电芯片设计技术领域，所述方法包括：将光信号转化为电信号并传输给比较器阵列，以使其分别在第一时钟信号和第二时钟信号的触发下比较电压信号和矩阵上沿，比较电压信号和矩阵下沿，最终得到四个比较结果；利用有限状态机根据四个比较结果搜索眼图信息对应的二维矩形以反馈对应的矩阵上沿和下沿给比较器阵列，使其更新比较结果并传输至有限状态机得到新的眼图信息，反复迭代直至得到的新的眼图信息对应的二维矩形收敛，此时输出目标眼图。本发明专利技术采用二维矩形搜索的方法来搜索眼图信息，在搜索过程中不会因为数据序列统计变化而影响最终的眼图信息，故能够在短距光通信场景中应用。景中应用。景中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种光学眼图的监控方法和系统


[0001]本专利技术属于光电芯片设计
，更具体地，涉及一种光学眼图的监控方法和系统。

技术介绍

[0002]为了衡量高速光信号的传输质量，通常将信号进行周期性叠加形成眼图，从而通过眼图来分析码间串扰和噪声的影响。非归零码(NRZ)调制格式由于其简单的逻辑与实现方法，常被应用在短距光通信中。由于调制数据速率受到电路工艺节点的限制，通常会采用具有多个电平信息的脉冲幅度调制(PAM)格式替代只有两个电平信息的NRZ格式，在相同的带宽下实现比NRZ调制格式更高的通信容量。PAM格式的眼图形状相较于NRZ格式的眼图更为复杂。以四电平脉冲幅度调制格式(PAM
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4)为例，如图1所示。PAM
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4眼图包含多个关键信息，如电平1、电平2、电平3、电平4与第一子眼图、第二子眼图、第三子眼图。为了实现更大的信噪比和更小的误码率，通常要求电平4与电平1之间的差值尽可能大，其中电平1又可以称为下包络，电平2又可以称为上包络，即使得上下包络之间的差距尽可能大。与此同时，通常也要求电平1、电平2、电平3、电平4的位置平均分布，以及要求第一子眼图、第二子眼图、第三子眼图的形状或者面积尽可能大且相同。
[0003]目前，为了监控信号状态，通常采用专用的眼图监控仪器在芯片外获取眼图信息。由于专用眼图分析仪器高昂的价格与庞大的体积，此类方法只适合在实验室或者维修场景进行使用，但是并不适合在大规模集成化应用场景中进行使用。掩版错误率(MER)方法、码元不匹配错误率(CMER)方法和基于概率统计的眼图监控(SSEOM)方法均需要从调制数据处或者时钟数据恢复(CDR)处获取同步时钟。为了保证眼图监控质量，也需要精准控制同步时钟由于版图寄生等原理产生的相位不匹配，甚至需要加入延时调节单元手动调节失配。与此同时，这些模块的使用会导致较大的功耗。此外，由于以上方法均需要固定统计分布的传输数据，因此面对短距光通信应用时，无法在传输随机统计分布的数据时进行有效的眼图监控。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种光学眼图的监控方法和系统，其目的在于基于二维矩形搜索，从而能够实现短距光通信应用下不同调制格式的光眼图监控，由此解决短距光通信应用时无法实现有效眼图监控的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种光学眼图的监控方法，包括：
[0006]S1：利用监控单元将光信号转化为电流信号；利用模拟前端组件将所述电流信号转化为电压信号并传输给比较器阵列；
[0007]S2：利用时钟产生电路产生第一时钟信号；利用延时单元对所述第一时钟信号进行延时，得到第二时钟信号；
[0008]S3：利用比较器阵列分别在所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵上沿，以及比较所述电压信号和矩阵下沿，最终得到四个比较结果；
[0009]S4：利用有限状态机根据所述四个比较结果更新二维矩形的矩形上沿、矩形下沿、矩形左沿和矩形右沿，并将更新后的矩形上沿和矩形下沿反馈给所述比较器阵列，使其更新四个比较结果并传输至所述有限状态机进而输出新的二维矩形，反复迭代直至得到的新的二维矩形收敛，则输出目标眼图；
[0010]其中，首次输入的矩阵上沿和矩阵下沿均为预设值，第二次至最后一次输入的矩阵上沿和矩阵下沿由所述有限状态机反馈；矩阵左沿指的是所述第一时钟信号，矩形右沿指的是所述第二时钟信号。
[0011]在其中一个实施例中，所述S3包括：
[0012]在所述第一时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵上沿得到第一比较结果；在所述第一时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵下沿得到第二比较结果；在所述第二时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵上沿得到第三比较结果；在所述第二时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵下沿得到第四比较结果。
[0013]在其中一个实施例中，所述S2包括：利用所述监控单元将NRZ调制格式的光信号转换为随NRZ数据变化的电流信号；利用所述模拟前端组件将所述随NRZ数据变化的电流信号转换为随NRZ数据变化的电压信号并输入给所述比较器阵列。
[0014]在其中一个实施例中，所述S4包括：
[0015]当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号采用异步时钟产生时，将矩形上沿设置为最小值；判断此时模拟前端输出的信号是否大于矩形上沿，即第一比较结果与第三比较结果，若是，则使得矩形上沿上升，若否，则使得矩形上沿保持不变；重复上述判断过程，直至搜索到上包络的位置；
[0016]当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号采用异步时钟产生时，将矩形下沿设置为最大值；判断此时模拟前端输出的信号是否小于矩形下沿，即第二比较结果与第四比较结果，若是，则使得矩形下沿下降，若否，则使得矩形下沿保持不变；重复上述判断过程，直至搜索到下包络的位置；
[0017]第一种子眼图搜索过程如下：采用与数据时钟同步的多相位同步时钟产生所述第一时钟信号与所述第二时钟信号，将矩形上沿设置为所述上包络的位置，将矩形下沿设置为所述下包络的位置；多相位同步时钟切换到第一个相位；判断是否穿过了矩形的左/右边界，若是，则使得矩形上沿与矩形下沿向中间收缩，若否，则保持矩形上沿与矩形下沿不变；重复上述判断过程，直至在当前相位下矩形上沿和矩形下沿收敛；切换到下一个相位，重复上步操作；直至找到子眼图的形状与面积；
[0018]第二种子眼图搜索过程如下：采用异步时钟产生所述第一时钟信号与所述第二时钟信号，将矩形上沿设置为所述上包络的位置，将矩形下沿设置为所述下包络的位置；设置所述第一时钟信号与所述第二时钟信号之间的延时为t1；判断是否穿过了矩形的左/右边界，若是，则使得矩形上沿与矩形下沿向中间收缩；若否，则保持矩形上沿与矩形下沿不变；重复上述判断过程，直至在当前延时设置下矩形上沿和矩形下沿收敛；重新设置第一时钟信号与第二时钟信号之间的延时为t2，并重复以上步骤；在不同的延时设置下得到的矩形之和便为子眼图的形状与面积。
[0019]在其中一个实施例中，所述S2包括：利用所述监控单元将PAM
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4调制格式的光信号转换为随PAM
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4数据变化的电流信号；利用所述模拟前端组件将随PAM
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4数据变化的电流信号转换为随PAM
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4数据变化的电压信号，并输入给所述比较器阵列。
[0020]在其中一个实施例中，所述S4包括：
[0021]将所述第一比较结果与所述第二比较结果进行异或逻辑运算得出是否穿过矩形左边界比较结果，即矩形左边界比较结果；将所述第三比较结果与所述第四比较结果进行异或逻辑运算得出是否穿过矩形右边界结果，即矩形右边界比较结果；将所述矩形左边界比较结果与所述矩形右边界比较结果进行与运算得出是否横穿矩形，即矩形比较结果；
[0022]当采用异步时钟产生所述第一时钟信号与所述第二时钟信号时：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学眼图的监控方法，其特征在于，包括：S1：利用监控单元将光信号转化为电流信号；利用模拟前端组件将所述电流信号转化为电压信号并传输给比较器阵列；S2：利用时钟产生电路产生第一时钟信号；利用延时单元对所述第一时钟信号进行延时，得到第二时钟信号；S3：利用比较器阵列分别在所述第一时钟信号和所述第二时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵上沿，以及比较所述电压信号和矩阵下沿，最终得到四个比较结果；S4：利用有限状态机根据所述四个比较结果更新二维矩形的矩形上沿、矩形下沿、矩形左沿和矩形右沿，并将更新后的矩形上沿和矩形下沿反馈给所述比较器阵列，使其更新四个比较结果并传输至所述有限状态机进而输出新的二维矩形，反复迭代直至得到的新的二维矩形收敛，则输出目标眼图；其中，首次输入的矩阵上沿和矩阵下沿均为预设值，第二次至最后一次输入的矩阵上沿和矩阵下沿由所述有限状态机反馈；矩阵左沿指的是所述第一时钟信号，矩形右沿指的是所述第二时钟信号。2.如权利要求1所述的光学眼图的监控方法，其特征在于，所述S3包括：在所述第一时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵上沿得到第一比较结果；在所述第一时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵下沿得到第二比较结果；在所述第二时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵上沿得到第三比较结果；在所述第二时钟信号的触发下比较所述电压信号和矩阵下沿得到第四比较结果。3.如权利要求2所述的光学眼图的监控方法，其特征在于，所述S2包括：利用所述监控单元将NRZ调制格式的光信号转换为随NRZ数据变化的电流信号；利用所述模拟前端组件将所述随NRZ数据变化的电流信号转换为随NRZ数据变化的电压信号并输入给所述比较器阵列。4.如权利要求3所述的光学眼图的监控方法，其特征在于，所述S4包括：当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号采用异步时钟产生时，将矩形上沿设置为最小值；判断此时模拟前端输出的信号是否大于矩形上沿，即第一比较结果与第三比较结果，若是，则使得矩形上沿上升，若否，则使得矩形上沿保持不变；重复上述判断过程，直至搜索到上包络的位置；当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号采用异步时钟产生时，将矩形下沿设置为最大值；判断此时模拟前端输出的信号是否小于矩形下沿，即第二比较结果与第四比较结果，若是，则使得矩形下沿下降，若否，则使得矩形下沿保持不变；重复上述判断过程，直至搜索到下包络的位置；第一种子眼图搜索过程如下：采用与数据时钟同步的多相位同步时钟产生所述第一时钟信号与所述第二时钟信号，将矩形上沿设置为所述上包络的位置，将矩形下沿设置为所述下包络的位置；多相位同步时钟切换到第一个相位；判断是否穿过了矩形的左/右边界，若是，则使得矩形上沿与矩形下沿向中间收缩，若否，则保持矩形上沿与矩形下沿不变；重复上述判断过程，直至在当前相位下矩形上沿和矩形下沿收敛；切换到下一个相位，重复上步操作；直至找到子眼图的形状与面积；第二种子眼图搜索过程如下：采用异步时钟产生所述第一时钟信号与所述第二时钟信
号，将矩形上沿设置为所述上包络的位置，将矩形下沿设置为所述下包络的位置；设置所述第一时钟信号与所述第二时钟信号之间的延时为t1；判断是否穿过了矩形的左/右边界，若是，则使得矩形上沿与矩形下沿向中间收缩；若否，则保持矩形上沿与矩形下沿不变；重复上述判断过程，直至在当前延时设置下矩形上沿和矩形下沿收敛；重新设置第一时钟信号与第二时钟信号之间的延时为t2，并重复以上步骤；在不同的延时设置下得到的矩形之和便为子眼图的形状与面积。5.如权利要求2所述的光学眼图的监控方法，其特征在于，所述S2包括：利用所述光监控单元将PAM
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4调制格式的光信号转换为随PAM
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4数据变化的电流信号；利用所述模拟前端组件将随PAM
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4数据变化的电流信号转换为随PAM
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4数据变化的电压信号，并输入给所述比较器阵列。6.如权利要求5所述的光学眼图的监控方法，其特征在于，所述S4包括：将所述第一比较结果与所述第二比较结果进行异或逻辑运算得出是否穿过矩形左边界比较结果，即矩形左边界比较结果；将所述第三比较结果与所述第四比较结果进行异或逻辑运算得出是否穿过矩形右边界结果，即矩形右边界比较结果；将所述矩形左边界比较结果与所述矩形右边界比较结果进行与运算得出是否横穿矩形，即矩形比较结果；当采用异步时钟产生所述第一时钟信号与所述第二时钟信号时：将矩形上沿设置为最小值；判断此时模拟前端输出的信号是否大于矩形上沿，即第一比较结果与第三比较结果，若是，则使得矩形上沿上升，若否，则使得矩形上沿保持不变；重复上述判断过程，直至搜索到上包络的位置，即电平4；将矩形下沿设置为最大值；判断此时模拟前端输出的信号是否小于矩形下沿，即第二比较结果与第四比较结果，若是，则使得矩形下沿下降，若否，则使得矩形下沿保持不变；重复上述判断过程，直至搜索到下包络的位置，即电平1；将矩形下沿设置为下包络，将矩形上沿设置为上包络；判断是否横穿过矩形的左右边界，即矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭旻，明达，陈晓飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：