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具有电光学锁相环的电子设备的制作方法

具有电光学锁相环的电子设备
1.本专利申请要求2022年6月1日提交的美国专利申请号17/830,087以及2021年9月21日提交的美国临时专利申请号63/246,747的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线电路的电子设备。

背景技术：

3.电子设备可具备无线能力。具有无线能力的电子设备具有包括一个或多个天线的无线电路。无线电路用于使用由天线传送的射频信号执行通信。
4.由于电子设备上的软件应用程序随着时间变得更加数据密集，因此对支持以更高数据速率进行无线通信的电子设备的需求已经增加。然而，由电子设备支持的最大数据速率受到射频信号的频率的限制。当通信频率增加时，可能难以向无线电路提供低抖动和低相位噪声时钟。

技术实现要素：

5.一种电子设备可包括传送处于大于100ghz的频率的无线信号的无线电路。设备中的无线电路或其他电路可使用电光学锁相环(opll)计时。opll 可包括一级激光器，该一级激光器发出处于固定第一频率的第一光学本地振荡器(lo)信号；以及二级激光器，该二级激光器发出处于可调整第二频率的第二光学lo信号。无线电路可例如使用第一光学lo信号和第二光学 lo信号传送这些无线信号。
6.锁频环(fll)路径和锁相环(pll)路径可将二级激光器的输出端耦接到二级激光器的输入端。光电二极管可插置在fll路径和pll路径两者上。光电二极管可基于第一光学lo信号和第二光学lo信号生成光电二极管信号。opll可包括生成参考振荡器信号的参考振荡器。opll可包括基于振荡器信号生成dtc参考信号的数字时间转换器(dtc)。
7.fll路径可基于参考振荡器信号和光电二极管信号粗略地调谐二级激光器。例如，fll路径可包括计数器，该计数器估计第一光学lo信号与第二光学lo信号之间的频率偏移量。计数器可基于所估计频率偏移量粗略地调谐二级激光器(例如，直到第二光学lo信号的频率稳定并且锁定到预先确定的值)。一旦第二光学lo信号的频率锁定，pll路径就可基于dtc参考信号和光电二极管信号精细地调谐二级激光器。例如，pll路径可包括下采样混合器，该下采样混合器对光电二极管信号进行下采样以产生经下采样光电二极管信号。下采样混合器可基于dtc参考信号与经下采样光电二极管信号之间的相位差精细地调谐二级激光器(例如，直到第二光学lo信号的相位稳定并且相对于第一光学lo信号锁定为止)。以此方式，第一光学 lo信号和第二光学lo信号可用于以最小抖动和相位噪声锁定设备10的时钟部分。
8.本公开的一个方面提供了一种电光学锁相环。该电光学锁相环可包括：第一光
源，该第一光源被配置为发出处于第一频率的光。该电光学锁相环可包括：第二光源，该第二光源被配置为发出处于第二频率的光，该第二频率从该第一频率偏移至少50ghz的偏移频率。该电光学锁相环可包括：反馈路径，该反馈路径将该第二光源的输出端通信地耦接到该第二光源的输入端。该电光学锁相环可包括：数字时间转换器(dtc)，该dtc被配置为生成参考信号。该电光学锁相环可包括：相位比较器，该相位比较器沿该反馈路径插置，其中该相位比较器被配置为至少部分地基于该参考信号调整该第二光源。
9.本公开的一个方面提供了一种操作电光学锁相环的方法。该方法可包括：利用第一激光器，发出处于第一频率的第一光学本地振荡器(lo)信号。该方法可包括：利用第二激光器，发出处于第二频率的第二光学lo信号，该第二频率从该第一频率偏移大于50ghz的偏移频率。该方法可包括：利用通信地耦接在该第二激光器的输出端与该第二激光器的输入端之间的锁频环(fll)路径，粗略地调谐由该第二激光器发出的该第二光学lo信号，直到该第二频率锁定为止。该方法可包括：一旦将该第二频率锁定，就利用通信地耦接在该第二激光器的该输出端与该第二激光器的该输入端之间的锁相环(pll)路径，精细地调谐由该第二激光器发出的该第二光学lo 信号，直到该第二光学lo信号与该第一光学lo信号锁相为止。
10.本公开的一个方面提供了一种电子设备。该电子设备可包括：天线辐射元件。该电子设备可包括：光电二极管，该光电二极管耦接到该天线辐射元件并且被配置为使用该天线辐射元件、第一光学本地振荡器(lo)信号和第二光学lo信号传送处于大于100ghz的频率的无线信号。该电子设备可包括：光学部件，这些光学部件被配置为生成第一光学lo信号和第二光学 lo信号。这些光学部件可包括被配置为发出第一光学lo信号的第一激光器。这些光学部件可包括被配置为发出第二光学lo信号的第二激光器。这些光学部件可包括被配置为基于第一光学lo信号和第二光学lo信号生成光电二极管信号的光电二极管。这些光学部件可包括下采样混合器，该下采样混合器被配置为基于该光电二极管信号生成经下采样光电二极管信号并且被配置为至少部分地基于该经下采样光电二极管信号的相位调谐该第二激光器。
附图说明
11.图1为根据一些实施方案的具有带有至少一个天线的无线电路的例示性电子设备的框图，该至少一个天线传送处于大于约100ghz的频率的无线信号。
12.图2为根据一些实施方案的基于光学本地振荡器(lo)信号发射处于大于约100ghz的频率的无线信号的例示性天线的顶视图。
13.图3为根据一些实施方案的示出图2所示类型的例示性天线可如何基于光学lo信号将处于大于约100ghz的频率的接收的无线信号转换为中频信号的顶视图。
14.图4为根据一些实施方案的示出图2和图3所示类型的多个天线可如何堆叠以覆盖多个偏振的顶视图。
15.图5为示出可如何将图4所示类型的堆叠天线集成到相控天线阵列中以用于在对应信号波束内传送处于大于约100ghz的频率的无线信号的顶视图。
16.图6为根据一些实施方案的具有天线的例示性无线电路的电路图，该天线发射处于大于约100ghz的频率的无线信号并且接收处于大于约100ghz 的频率的无线信号，以用
于转换到中频，然后转换到光域。
17.图7为根据一些实施方案的在对应信号波束内传送处于大于约100ghz 的频率的无线信号的例示性相控天线阵列的电路图。
18.图8为根据一些实施方案的可使用一级光源和二级光源发出低抖动和低相位噪声光学本地振荡器信号的例示性电光学锁相环的电路图。
19.图9为示出根据一些实施方案的例示性数字时间转换器(dtc)可如何生成用于电光学锁相环的可编程dtc参考信号的时序图。
20.图10为根据一些实施方案的在使用电光学锁相环发出低抖动和低相位噪声光学本地振荡器信号中所涉及的例示性操作的流程图。
具体实施方式
21.图1的电子设备10(在本文中有时被称为电-光学设备10)可以是：计算设备，诸如膝上型计算机、台式计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或者其他手持式或便携式电子设备；较小的设备，诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、嵌入在眼镜中的设备、护目镜；或者佩戴在用户头部上的其他装备；或者其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备安装在信息亭或汽车中的系统)、连接无线互联网的语音控制的扬声器、家庭娱乐设备、遥控设备、游戏控制器、外围用户输入设备、无线或接入点、实现这些设备中的两个或更多个设备的功能的装备；或者其他电子装备。
22.如图1中的功能框图所示，设备10可包括位于电子设备外壳诸如外壳 12上或其内的部件。外壳12(有时可以称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝、金属合金等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部分或全部可由介电或其他低电导率材料(例如，玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
23.设备10可包括控制电路14。控制电路14可包括存储装置，诸如存储电路16。存储电路16可包括硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等。存储电路16可包括集成在设备10内的存储装置和/或可移动存储介质。
24.控制电路14可包括处理电路，诸如处理电路18。处理电路18可用于控制设备10的操作。处理电路18可包括一个或多个处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等。控制电路14可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可以存储在存储电路16(例如，存储电路16可以包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质) 上。该软件代码可有时被称为程序指令、软件、数据、指令、或代码。存储在存储电路16上的软件代码可由处理电路18来执行。
25.控制电路14可用于运行设备10上的软件，诸如卫星导航应用程序、互联网浏览应
用程序、互联网语音协议(voip)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部装备进行交互，控制电路14可用于实现通信协议。可使用控制电路14实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网(wlan)协议(例如，ieee 802.11协议——有时被称为)、诸如协议或其他无线个域网(wpan) 协议等用于其他短距离无线通信链路的协议、ieee 802.11ad协议(例如，超宽带协议)、蜂窝电话协议(例如，3g协议、4g(lte)协议、3gpp第五代(5g)新无线电(nr)协议、第六代(6g)协议、次thz协议、thz 议等)、天线分集协议、卫星导航系统协议(例如，全球定位系统(gps) 协议、全球导航卫星系统(glonass)协议等)、基于天线的空间测距协议、光学通信协议或任何其他期望的通信协议。每种通信协议可与对应的无线电接入技术(rat)相关联，该无线电接入技术指定用于实现该协议的物理连接方法。
26.设备10可包括输入-输出电路20。输入-输出电路20可包括输入-输出设备22。输入-输出设备22可用于允许将数据供应给设备10并且允许将数据从设备10提供给外部设备。输入-输出设备22可包括用户接口设备、数据端口设备和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备22可包括触摸传感器、显示器(例如，触敏显示器和/或力敏显示器)、发光部件诸如没有触摸传感器能力的显示器、按钮(机械、电容、光学等)、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、按钮、扬声器、状态指示器、音频插孔和其他音频端口部件、数字数据端口设备、运动传感器(加速度计、陀螺仪和/或检测运动的罗盘)、电容传感器、接近传感器、磁传感器、力传感器(例如，耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)、温度传感器等。在一些配置中，键盘、耳机、显示器、指向设备诸如触控板、鼠标和操纵杆以及其他输入-输出设备可使用有线或无线连接耦接至设备10(例如，输入-输出设备 22中的一些输入-输出设备可为经由有线或无线链路耦接到设备10的主处理单元或其他部分的外围设备)。
27.输入-输出电路20可包括无线电路24以支持无线通信。无线电路24(在本文中有时被称为无线通信电路24)可包括一个或多个天线30。
28.无线电路24还可包括收发器电路26。收发器电路26可包括发射器电路、接收器电路、调制器电路、解调器电路(例如，一个或多个调制解调器)、射频电路、一个或多个无线电、中频电路、光学发射器电路、光学接收器电路、光学光源、其他光学部件、基带电路(例如，一个或多个基带处理器)、放大器电路、诸如一个或多个本地振荡器和/或锁相环的时钟电路、存储器、一个或多个寄存器、滤波器电路、切换电路、模数转换器(adc)电路、数模转换器(dac)电路、射频发射线、光纤和/或用于使用天线30发射和/ 或接收无线信号的任何其他电路。收发器电路26的部件可在一个集成电路、芯片、片上系统(soc)、裸片、印刷电路板、基板或封装件上实现，或者收发器电路26的部件可跨两个或更多个集成电路、芯片、soc、印刷电路板、基板和/或封装件分布。
29.图1的示例仅仅是例示性的。虽然为了清楚起见，在图1的示例中，控制电路14被示出为与无线电路24分开，但是无线电路24可包括处理电路 (例如，一个或多个处理器)和/或存储电路，该处理电路形成处理电路18 的一部分，该存储电路形成控制电路14的存储电路16的一部分(例如，控制电路14的各部分可在无线电路24上实现)。作为一个示例，控制电路14 可包括基带电路(例如，一个或多个基带处理器)、数字控制电路、模拟控制电路和/或形成无线电路24的一部分的其他控制电路。基带电路可例如访问控制电路14(例
如，存储电路20)上的通信协议栈以：在phy层、mac 层、rlc层、pdcp层、sdap层和/或pdu层，执行用户平面功能；以及/ 或者在phy层、mac层、rlc层、pdcp层、rrc层和/或非接入层，执行控制平面功能。
30.收发器电路26可通过相应信号路径28耦接到无线电路24中的每个天线30。每个信号路径28可包括一个或多个射频发射线、波导、光纤和/或用于在收发器电路26与天线30之间传送无线信号的任何其他期望线/路径。可使用用于传送无线信号的任何期望天线结构形成天线30。例如，天线30可包括具有谐振元件的天线，这些天线由偶极子天线结构、平面偶极子天线结构(例如，蝶形天线结构)、缝隙天线结构、环形天线结构、贴片天线结构、倒f形天线结构、平面倒f形天线结构、螺旋形天线结构、单极子天线、偶极子、这些设计的混合等形成。可调整滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路和/或其他天线调谐部件以调整天线30随时间的频率响应和无线性能。
31.如果需要，可将天线30中的两个或更多个天线集成到相控天线阵列(在本文中有时被称为相控阵列天线)中，在该相控天线阵列中，这些天线中的每个天线传送具有随时间而调整的相应相位和量值的无线信号，因此无线信号相长和相消干涉以在给定指向方向上产生(形成)信号波束。如本文所用，术语“传送无线信号”意指无线信号的发射和/或接收(例如，用于执行与外部无线通信装备的单向和/或双向无线通信)。天线30可通过将信号辐射到自由空间中(或通过居间设备结构诸如介电覆盖层辐射到自由空间)来发射无线信号。除此之外或另选地，天线30可(例如，通过居间设备结构诸如介电覆盖层)从自由空间接收无线信号。天线30对无线信号的发射和接收各自涉及由天线的操作频带内的无线信号对天线中的天线谐振(辐射)元件上的天线电流的激励或谐振。
32.收发器电路26可使用天线30发射和/或接收无线信号，这些无线信号在设备10与外部无线通信装备(例如，一个或多个其他设备，诸如设备10、无线接入点或等)之间传送无线通信数据。无线通信数据可双向地或单向地传送。无线通信数据可例如包括已编码到对应数据包中的数据，诸如与电话呼叫相关联的无线数据、流媒体内容、互联网浏览、与在设备10上运行的软件应用程序相关联的无线数据、消息等。
33.除此之外或另选地，无线电路24可使用天线30执行无线感测操作。感测操作可允许设备10检测(例如，感测或识别)设备10外部对象的存在、位置、取向和/或速度(运动)。控制电路14可使用外部对象的所检测到的存在、位置、取向和/或速度执行任何期望的设备操作。作为示例，控制电路 14可使用外部对象的所检测到的存在、位置、取向和/或速度识别用于在设备10上运行的一个或多个软件应用程序的对应用户输入，诸如由用户的手或其他身体部位执行或由外部触控笔、游戏控制器、头戴式设备或其他外围设备或附件执行的手势输入，以确定一个或多个天线30何时需要被禁用或设置有降低的最大发射功率电平(例如，以用于满足对射频暴露的监管限制)，以确定如何导引(形成)由用于无线电路24的天线30产生的射频信号波束(例如，在天线30包括天线30的相控阵列的情况下)，以映射或建模设备10周围的环境(例如，以产生设备10所位于的房间的软件模型以供由增强现实应用程序、游戏应用程序、地图应用程序、家居设计应用程序、工程应用程序等使用)、以检测在设备10附近(例如，周围)或在设备10 的用户的运动方向上障碍物的存在等。
34.无线电路24可在电磁频谱的对应频带(在本文中有时被称为通信带或简称为“带”)内发射和/或接收无线信号。通信电路26所处置的频带可包括：无线局域网(wlan)频
带(例如，(ieee 802.11)或其他wlan 通信带)诸如2.4ghz wlan频带(例如，2400mhz至2480mhz)、5ghzwlan频带(例如，5180mhz至5825mhz)、6e带(例如， 5925mhz-7125mhz)和/或其他带(例如，1875mhz-5160mhz)；无线个域网(wpan)频带诸如2.4ghz带或其他wpan通信带；蜂窝电话频带(例如，约600mhz至约5ghz的带、3g带、4g lte带、低于10ghz 的5g新无线电频率范围1(fr1)带、介于20ghz与60ghz之间的5g新无线电频率范围2(fr2)带等)；介于10ghz-100ghz之间的其他厘米波或毫米波频带；近场通信频带(例如，13.56mhz)；卫星导航频带(例如， 1565mhz至1610mhz的gps带、全球卫星导航系统(glonass)带、北斗卫星导航系统(bds)带等)；在ieee 802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议下操作的超宽带(uwb)频带；属于3gpp无线通信标准系列的通信带；属于ieee 802.xx标准系列的通信带；和/或任何其他期望的感兴趣的频带。
35.随时间推移，电子设备(诸如设备10)上的软件应用程序已变得越来越数据密集。因此，电子设备上的无线电路需要以越来越高的数据速率支持数据传输。一般来讲，由无线电路支持的数据速率与由无线电路传送的无线信号的频率成比例(例如，与较低频率相比，较高频率可支持更高数据速率)。无线电路24可传送厘米和毫米波信号以支持相对高的数据速率(例如，因为厘米和毫米波信号处于介于约10ghz与100ghz之间的相对高频率)。然而，由厘米和毫米波信号支持的数据速率仍然可能不足以满足设备10的所有数据传输需求。为了支持甚至更高数据速率，诸如高达5gbps-10gbps或更高的数据速率，无线电路24可传送处于大于100ghz的频率的无线信号。
36.如图1所示，无线电路24可发射处于大于约100ghz的频率的无线信号32并且可接收处于大于约100ghz的频率的无线信号34。无线信号32和 34在本文中有时可被称为极高频(thf)信号32和34、次thz信号32和 34、thz信号32和34或次毫米波信号32和34。thf信号32和34可处于次thz频率或thz频率诸如介于100ghz与1thz之间、介于100ghz与 10thz之间、介于100ghz与2thz之间、介于200ghz与1thz之间、介于 300ghz与1thz之间、介于300ghz与2thz之间、介于300ghz与10thz 之间、介于100ghz与800ghz之间、介于200ghz与1.5thz之间等的频率 (例如，在次thz、thz、thf或次毫米频带诸如6g频带内)。由这些频率支持的高数据速率可由设备10利用，以执行蜂窝电话语音和/或数据通信 (例如，同时支持空间多路复用以提供另外的数据带宽)，以执行空间测距操作诸如雷达操作来检测在设备10外部的对象的存在、位置和/或速度，以执行汽车感测(例如，具有增强的安全性)，以对设备10的用户或另一个人执行健康/身体监测，以执行气体或化学检测，以在设备10与另一个设备或外围设备之间形成高数据速率无线连接(例如，以在设备10上的显示驱动器与显示超高分辨率视频的显示器之间形成高数据速率)，以形成远程无线电头(例如，灵活的高数据速率连接)，以在设备10内形成支持高数据速率的thf芯片到芯片连接(例如，其中设备10中第一芯片上的一个天线 30将thf信号32发射到设备10中第二芯片上的另一个天线30)和/或以执行任何其他期望的高数据速率操作。
37.在电子设备(诸如，设备10)内，空间非常宝贵。在一些情况下，用于发射thf信号32的天线30与用于接收thf信号34的天线30不同。然而，使用不同天线30处置thf信号32的发射和thf信号34的接收可消耗设备10内的过量空间和其他资源，因为将需要两个天线30和信号路径28 处置发射和接收两者。为了最小化设备10内的空间和资源消耗，同一天线30和信号路径28可用于发射thf信号32和接收thf信号34。如果需要，无线电路24中的多个天
线30可发射thf信号32并且可接收thf信号34。天线可被集成到相控天线阵列中，该相控天线阵列在所选择波束指向方向上取向的对应信号波束内发射thf信号32并且接收thf信号34。
38.将部件结合到在这些高频率下支持无线通信的无线电路24中可能具有挑战性。如果需要，收发器电路26和信号路径28可包括光学部件，这些光学部件传送光学信号以便以空间和资源高效的方式支持thf信号32的发射和thf信号34的接收。光学信号可用于发射处于thf频率的thf信号32 并且接收处于thf频率的thf信号34。
39.图2是可用于使用光学信号发射thf信号32和接收thf信号34的例示性天线30的图。天线30可包括一个或多个天线辐射(谐振)元件，诸如辐射(谐振)元件臂36。在图2的示例中，天线30是具有两个相对辐射元件臂36(例如，蝶形臂或偶极子臂)的平面偶极子天线(有时被称为“蝶形
”ꢀ
天线)。这仅为例示性的，并且一般来讲，天线30可以是具有任何期望天线辐射元件架构的任何类型的天线。
40.如图2所示，天线30包括耦接在辐射元件臂36之间的光电二极管(pd) 42。包括具有光电二极管42的天线30的电子设备(诸如设备10)有时也可被称为电光学设备(例如，电光学设备10)。光电二极管42可以是可编程光电二极管。例如，本文描述了光电二极管42是可编程单行载波光电二极管(utc pd)的示例。因此，光电二极管42在本文中有时可被称为utc pd 42或可编程utc pd 42。这仅为例示性的，并且一般来讲，光电二极管42 可包括将处于光学频率(例如，红外线频率、可见光频率和/或紫外线频率) 的电磁能(例如，光或光能)转换为辐射元件臂36上的处于thf频率的电流和/或反之亦然的任何期望类型的可调整/可编程光电二极管或部件。每个辐射元件臂36可例如具有位于utc pd 42处的第一边缘和与第一边缘相对的宽于第一边缘的第二边缘(例如，在天线30是蝶形天线的具体实施中)。如果需要，可使用其他辐射元件。
41.utc pd 42可具有接收一个或多个控制信号v
偏置
的偏置端子38。控制信号v
偏置
可包括设置在一个或多个电压电平处的偏置电压和/或用于控制 utc pd 42的操作的其他控制信号，诸如用于调整utc pd 42的输出阻抗的阻抗调整控制信号。控制电路14(图1)可以不同设置(例如，值、量值等) 提供(例如，施加、供应、断言等)控制信号v
偏置
，以随时间动态地控制(例如，编程或调整)utc pd 42的操作。例如，控制信号v
偏置
可用于控制天线 30是发射thf信号32还是接收thf信号34。当控制信号v
偏置
包括在第一电平或量值下断言的偏置电压时，天线30可被配置为发射thf信号32。当控制信号v
偏置
包括在第二电平或量值下断言的偏置电压时，天线30可被配置为接收thf信号34。在图2的示例中，控制信号v
偏置
包括在第一电平下断言的偏置电压以将天线30配置为发射thf信号32。如果需要，控制信号 v
偏置
还可调整为控制thf信号的波形(例如，作为保存对入射光学信号的调制的平方函数、线性函数等)，以对由天线30传送的信号执行增益控制和/ 或以调整utc pd 42的输出阻抗。
42.如图2所示，utc pd 42可光学地耦接到光学路径40。光学路径40可包括一个或多个光纤或波导。utc pd 42可通过光学路径40从收发器电路 26(图1)接收光学信号。光学信号可包括第一光学本地振荡器(lo)信号 lo1和第二光学本地振荡器信号lo2。光学本地振荡器信号lo1和lo2可由收发器电路26(图1)中的光源生成。光学本地振荡器信号lo1和lo2 可处于光学波长(例如，介于400nm与700nm之间)、紫外光波长(例如，近紫外光波长或极紫外光波长)和/或红外波长(例如，近红外波长、中红外波长或远红外波长)。光学本地振荡
器信号lo2可在波长上与光学本地振荡器信号lo1偏移波长偏移量x。波长偏移量x可等于由天线30传送的thf 信号的(例如，介于100ghz与1thz(1000ghz)之间、介于100ghz与 2thz之间、介于300ghz与800ghz之间、介于300ghz与1thz之间、介于300ghz与400ghz之间等的)波长。
43.在信号发射期间，可将无线数据(例如，无线数据分组、符号、帧等) 调制到光学本地振荡器信号lo2上以产生调制的光学本地振荡器信号 lo2’。如果需要，光学本地振荡器信号lo1可设置有光学相移s。光学路径 40可利用光学本地振荡器信号lo1(加上施加时的光学相移s)和调制的光学本地振荡器信号lo2’照射utc pd 42。如果需要，透镜或其他光学部件可插置在光学路径40与utc pd 42之间，以帮助将光学本地振荡器信号聚焦到utc pd 42上。
44.utc pd 42可将光学本地振荡器信号lo1和调制的本地振荡器信号 lo2’(例如，两个光学本地振荡器信号之间的节拍)转换为沿辐射元件臂36的周边流动的天线电流。天线电流的频率等于本地振荡器信号lo1与调制的本地振荡器信号lo2’之间的频率差。天线电流可将thf信号32辐射(发射)到自由空间中。控制信号v
偏置
可控制utc pd 42以将光学本地振荡器信号转换为辐射元件臂36上的天线电流，同时将调制以及因此无线数据保存在调制的本地振荡器信号lo2’上(例如，通过向信号施加平方函数)。 thf信号32将由此携载所调制的无线数据以用于由外部无线通信装备接收和解调。
45.图3为示出(例如，在将控制信号v
偏置
的设置从图2的发射状态改变为接收状态之后)天线30可如何接收thf信号34的图。如图3所示，thf 信号34可入射到天线辐射元件臂36上。入射的thf信号34可产生围绕辐射元件臂36的周边流动的天线电流。utc pd 42可使用光学本地振荡器信号lo1(加上应用时的光学相移s)、光学本地振荡器信号lo2(例如，没有调制)和控制信号v
偏置
(例如，在第二电平处断言的偏置电压)将所接收 thf信号34转换为输出到中频信号路径44上的中频信号sigif。
46.中频信号sigif的频率可等于thf信号34的频率减去光学本地振荡器信号lo1的频率与光学本地振荡器信号lo2的频率之间的差。例如，中频信号sigif可与thf信号32和34相比处于更低频率，诸如介于10ghz与 100ghz之间、介于30ghz与80ghz之间、约60ghz等的厘米或毫米波频率。如果需要，当从发射切换到接收或反之亦然时，收发器电路26(图1) 可改变光学本地振荡器信号lo1和/或光学本地振荡器信号lo2的频率。 utc pd 42可将thf信号34的数据调制保存在中间信号sigif中。收发器电路26(图1)中的接收器可解调中频信号sigif(例如，在进一步降频转换之后)以从thf信号34恢复无线数据。又如，无线电路24可在恢复无线数据之前将中频信号sigif转换到光域。又如，可省略中频信号路径44，并且utc pd 42可将thf信号34转换到光域中以用于随后的解调和数据恢复 (例如，在光学信号的边带中)。
47.图2和图3的天线30可利用给定偏振(例如，线性偏振诸如竖直偏振) 支持thf信号32的发射和thf信号34的接收。如果需要，无线电路24(图 1)可包括用于覆盖不同偏振的多个天线30。图4是示出无线电路24可如何包括用于覆盖不同偏振的多个天线30的一个示例的图。
48.如图4所示，无线电路可包括第一天线30，诸如用于覆盖第一偏振(例如，第一线性偏振诸如竖直偏振)的天线30v，并且可包括第二天线30，诸如用于覆盖不同于或正交于
第一偏振的第二偏振(例如，第二线性偏振诸如水平偏振)的天线30h。天线30v可具有utc pd 42，诸如耦接在对应的一对辐射元件臂36之间的utc pd 42v。天线30h可具有utc pd 42，诸如耦接在对应的一对辐射元件臂36之间的utc pd 42h，该对应的一对辐射元件臂与天线30v中的辐射元件臂36非并行(例如，正交)地取向。这可允许天线30v和30h以相应(正交)偏振发射thf信号32，并且可允许天线 30v和30h以相应(正交)偏振接收thf信号32。
49.为了最小化设备10内的空间，天线30v可竖直地堆叠在天线30h上方或下方(例如，其中utc pd 42v与utc pd 42h部分或完全重叠)。在该示例中，天线30v和30h两者可形成在相同基板，诸如刚性或柔性印刷电路板上。基板可包括多个堆叠电介质层(例如，陶瓷、环氧树脂、柔性印刷电路板材料、刚性印刷电路板材料等的层)。天线30v中的辐射元件臂36 可与天线30h中的辐射元件臂36形成在单独基板层上，或者天线30v中的辐射元件臂36可与天线30h中的辐射元件臂36形成在相同基板层上。utcpd 42v可与utc pd 42h形成在相同基板层上，或者utc pd 42v可与utcpd 42h形成在单独基板层上。utc pd 42v可与天线30v中的辐射元件臂 36形成在相同基板层上，或者可与天线30v中的辐射元件臂36形成在单独基板层上。utc pd 42h可与天线30h中的辐射元件臂36形成在相同基板层上，或者可与天线30h中的辐射元件臂36形成在单独基板层上。
50.如果需要，可将天线30或图4的天线30h和30v集成在相控天线阵列内。图5是示出可如何将天线30h和30v集成在相控天线阵列内的一个示例的图。如图5所示，设备10可包括以行和列的矩形网格布置的堆叠天线30h 和30v的相控天线阵列46。相控天线阵列46中的这些天线中的每个天线可形成在相同基板上。这仅是例示性的。一般来讲，相控天线阵列46(有时被称为相控阵列天线)可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的天线30v 和30h(或非堆叠天线30)。相控天线阵列46中的这些天线中的每个天线可设置有相应的光学相移s(图2和图3)，该相应的光学相移将天线配置为共同地发射thf信号32和/或接收thf信号34，这些thf信号相加以在期望的波束指向方向上形成thf信号的信号波束。波束指向方向可被选择用于将信号波束朝向外部通信装备、朝向期望的外部对象、远离外部对象等指向。
51.相控天线阵列46可占据设备10内的相对较小空间。例如，每个天线 30v/30h可具有长度48(例如，如从一个辐射元件臂的端部到相对辐射元件臂的相对端部所测量的)。长度48可大约等于thf信号32和34的波长的一半。例如，长度48可小至0.5mm或更小。相控天线阵列46中的每个utc-pd 42可占据100平方微米或更小的侧向面积。这可允许相控天线阵列46占据设备10内的非常小面积，从而允许相控天线阵列集成在设备10的不同部分内，同时仍然允许其他空间用于设备部件。图2至图5的示例仅为例示性的，并且一般来讲，每个天线可具有任何期望的天线辐射元件架构。
52.图6为示出给定天线30和信号路径28(图1)可如何用于基于光学本地振荡器信号发射thf信号32和接收thf信号34的电路图。在图6的示例中，utc pd 42将接收到的thf信号34转换为中频信号sigif，这些中频信号然后被转换到光域以用于从所接收thf信号恢复无线数据。
53.如图6所示，无线电路24可包括通过信号路径28(例如，在本文中有时被称为光学信号路径28的光学信号路径)耦接到天线30的收发器电路26。 utc pd 42可耦接在天线30的辐射元件臂36与信号路径28之间。收发器电路26可包括光学部件68、放大器电路诸如功
出到光学路径64上，同时将光学本地振荡器信号lo2输出到光学路径62 上。
58.控制电路14(图1)可向光学相移器80提供相位控制信号ctrl。相位控制信号ctrl可控制光学相移器80以向光学路径64上的光学本地振荡器信号lo1施加光学相移s。相移s可被选择用于在期望的指向方向上导引 thf信号32/34的信号波束。光学相移器80可将已相移的光学本地振荡器信号lo1(指代为lo1+s)传递到光学组合器52。在光域中(例如，使用光学相移器80)而不是在thf域中执行信号波束导引，因为不存在以与thf 信号32和34的频率一样高的频率操作的令人满意的相移电路部件。光学组合器52可通过光学路径62接收光学本地振荡器信号lo2。光学组合器52 可将光学本地振荡器信号lo1和lo2组合到光学路径40上，该光学路径将这些光学本地振荡器信号引导到utc pd 42上以用于在信号发射或接收期间使用。
59.在thf信号32的发射期间，dac 74可接收数字无线数据(例如，数据分组、帧、符号等)以用于通过thf信号32进行发射。dac 74可将数字无线数据转换成模拟域，并且可将数据作为数据dat输出(发射)到发射数据路径78上(例如，以用于经由天线30发射)。电源放大器76可放大数据dat。发射数据路径78可将数据dat传递到mzm 56(例如，臂 60)。mzm 56可将数据dat调制到光学本地振荡器信号lo2上以产生调制的光学本地振荡器信号lo2’(例如，在光学本地振荡器信号lo2的频率/ 波长下的但被调制为包括由数据dat识别的数据的光学本地振荡器信号)。光学组合器52可在光学路径40处将光学本地振荡器信号lo1与调制的光学本地振荡器信号lo2’组合。
60.光学路径40可利用(使用)光学本地振荡器信号lo1(例如，以及由光学相移器80施加的相移s)和调制的光学本地振荡器信号lo2’照射utcpd 42。控制电路14(图1)可向utc pd 42施加控制信号v
偏置
，该控制信号将天线30配置用于发射thf信号32。utc pd 42可将光学本地振荡器信号lo1和调制的光学本地振荡器信号lo2’转换为辐射元件臂36上的处于 thf信号32的频率的天线电流(例如，当被编程用于使用控制信号v
偏置
进行发射时)。辐射元件臂36上的天线电流可辐射thf信号32。thf信号 32的频率由光学本地振荡器信号lo1与调制的光学本地振荡器信号lo2’之间的频率差给出。控制信号v
偏置
可控制utc pd 42，以将来自调制的光学本地振荡器信号lo2’的调制保存在所辐射的thf信号32中。接收thf信号 32的外部装备由此将能够从由天线30发射的thf信号32提取数据dat。
61.在接收thf信号34期间，mzm 56不会将任何数据调制到光学本地振荡器信号lo2上。光学路径40因此利用光学本地振荡器信号lo1(例如，以及相移s)和光学本地振荡器信号lo2照射utc pd 42。控制电路14(图 1)可向utc pd 42施加控制信号v
偏置
(例如，偏置电压)，该控制信号将天线30配置用于接收thf信号32。utc pd 42可使用光学本地振荡器信号 lo1和lo2将所接收thf信号34转换为输出到中频信号路径44上的中频信号sigif(例如，在被编程用于使用偏置电压v
偏置
进行接收时)。中频信号sigif可包括来自所接收thf信号34的调制数据。低噪声放大器82可放大中频信号sigif，这些中频信号然后被提供给mzm 56(例如，臂60)。 mzm 56可将中频信号sigif作为光学信号lorx转换到光域(例如，通过将中频信号sigif中的数据调制到这些光学本地振荡器信号中的一个光学本地振荡器信号上)，并且可将这些光学信号传递到光学部件68中的光学接收器72，如由箭头63所示(例如，经由光学路径62和66或其他光学路径)。控制电路14(图1)可使用光学接收器72将光学信号lorx转换成其他格式并且从光学信号恢复(解调)由thf信号34携载的数据。以此方
式，相同天线30和信号路径28可用于发射和接收thf信号，同时还执行波束导引操作。
62.图6的其中中频信号sigif被转换到光域的示例仅为例示性的。如果需要，收发器电路26可接收并解调中频信号sigif，而无需首先将这些信号传递到光域。例如，收发器电路26可包括模数转换器(adc)，中频信号路径44可耦接到adc的输入端，而不是耦接到mzm 56，并且adc可将中频信号sigif转换到数字域。又如，可省略中频信号路径44，并且控制信号 v
偏置
可控制utc pd 42以将thf信号34与光学本地振荡器信号lo1和lo2 一起直接采样到光域。例如，utc pd 42可使用所接收thf信号34和控制信号v
偏置
在光学路径40上产生光学信号。光学信号可具有带有边带的光学载波，这些边带与光学载波分开固定频率偏移量(例如，30ghz-100ghz、 60ghz、50ghz-70ghz、10ghz-100ghz等)。边带可用于携载来自所接收 thf信号34的调制数据。信号路径28可将由utc pd 42产生的光学信号引导(传播)到光学部件68中的光学接收器72(例如，经由光学路径40、64、 62、66、63和/或其他光学路径)。控制电路14(图1)可使用光学接收器 72将光学信号转换成其他格式并且从光学信号(例如，从光学信号的边带) 恢复(解调)由thf信号34携载的数据。
63.如果需要，光学部件68可包括时钟电路，诸如一个或多个电光学锁相环。如图6所示，光学部件68可包括电光学锁相环(opll)电路，诸如 opll 75(在本文中有时被称为光电锁相环)。opll 75可用于对lo光源 70进行控制并计时和/或用于对设备10中的任何其他期望硬件进行计时(例如，opll 75不必位于收发器26中，并且一般来讲可位于设备10中的其他地方)。lo光源70可例如生成使用opll 75相对于彼此进行锁相和锁频的光学lo信号。
64.图7为示出可如何将多个天线30集成到相控天线阵列88中的一个示例的电路图，该相控天线阵列通过对应信号波束传送thf信号。在图7的示例中，为了清楚起见，图6的mzm 56、中频信号路径44、数据路径78和光学接收器72已被省略。相控天线阵列88中的这些天线中的每个天线可另选地将接收到的thf信号直接采样到光域中，或者可将中频信号sigif传递到收发器电路26中的adc。
65.如图7所示，相控天线阵列88包括n个天线30，诸如第一天线30-0、第二天线30-1和第n天线30-(n-1)。相控天线阵列88中的天线30中的每个天线可经由相应光学信号路径(例如，图6的光学信号路径28)耦接到光学部件68。n个信号路径中的每个信号路径可包括相应光学组合器52，该相应光学组合器52耦接到对应天线30的utc pd 42(例如，天线30-0中的 utc pd 42可耦接到光学组合器52-0，天线30-1中的utc pd 42可耦接到光学组合器52-1，天线30-(n-1)中的utc pd 42可耦接到光学组合器52-(n-1) 等)。n个信号路径中的每个信号路径还可包括相应光学路径62和相应光学路径64，这些相应光学路径耦接到对应光学组合器52(例如，光学路径64-0和62-0可耦接到光学组合器52-0，光学路径64-1和62-1可耦接到光学组合器52-1，光学路径64-(n-1)和62-(n-1)可耦接到光学组合器52-(n-1)等)。
66.光学部件68可包括lo光源70，诸如第一lo光源70a和第二lo光源70b。用于相控天线阵列88中的天线30中的每个天线的光学信号路径可共享一个或多个分光器54，诸如第一分光器54a和第二分光器54b。lo光源70a可生成(例如，产生、发出、发射等)第一光学本地振荡器信号lo1，并且可经由光学路径66a向分光器54a提供第一光学本地振荡器信号lo1。分光器54a可通过光学路径64(例如，光学路径64-0、64-1、64-(n-1)等) 将第一光学本地振荡器信号lo1分配到相控天线阵列88中的utc pd 42中的每个utc pd。类似地，lo光
源70b可生成(例如，产生、发出、发射等)第二光学本地振荡器信号lo2，并且可经由光学路径66b向分光器54b 提供第二光学本地振荡器信号lo2。分光器54b可通过光学路径62(例如，光学路径62-0、62-1、62-(n-1)等)将第二光学本地振荡器信号lo2分配到相控天线阵列88中的utc pd 42中的每个utc pd。
67.相应光学相移器80可沿每个光学路径64(在其上)插置(例如，第一光学相移器80-0可沿光学路径64-0插置，第二光学相移器80-1可沿光学路径64-1插置，第n光学相移器80-(n-1)可沿光学路径64-(n-1)插置等)。每个光学相移器80可接收控制信号ctrl，该控制信号控制由该光学相移器提供给光学本地振荡器信号lo1的相位s(例如，第一光学相移器80-0可向提供给天线30-0的光学本地振荡器信号lo1施予零度/弧度的光学相移，第二光学相移器80-1可向提供给天线30-1的光学本地振荡器信号lo1施予δφ 的光学相移，第n光学相移器80-(n-1)可向提供给天线30-(n-1)的光学本地振荡器信号lo1施予(n-1)δφ的光学相移。通过调整由n个光学相移器80 中的每个光学相移器施予的相位s，控制电路14(图1)可控制相控天线阵列88中的天线30中的每个天线，以在形成的信号波束83内发射thf信号 32和/或接收thf信号34。信号波束83可在特定波束指向方向(角度)84 (例如，信号波束83的峰值增益的方向)上取向。由相控天线阵列88传送的thf信号可具有正交于波束指向方向84的波前86。例如，控制电路14 可随时间调整波束指向方向84以朝向外部通信装备或外部对象指向或远离外部对象指向。
68.相控天线阵列88可能够在有源模式下操作，在该有源模式下阵列使用光学本地振荡器信号lo1和lo2(例如，使用提供给每个天线元件的相移导引信号波束83)发射和/或接收thf信号。如果需要，相控天线阵列88 也可能够在无源模式下操作，在该无源模式中阵列并不发射或接收thf信号。相反，在无源模式中，相控天线阵列88可被配置为形成反射thf信号或入射到设备10上的其他电磁波的无源反射器。在无源模式下，相控天线阵列88中的utc pd 42并未被光学本地振荡器信号lo1和lo2照射，并且收发器电路26不对入射的thf信号执行调制/解调、混合、滤波、检测、调制和/或放大。
69.具有处理能力的设备包括时钟电路，诸如生成时钟信号的锁相环 (pll)。具有thf信令能力的设备(诸如设备10)对时钟信号中的抖动 (与完美周期性的偏差)和相位噪声频率生成特别敏感(例如，因为对于 thf频率，时钟电路消耗相对较大量的功率和芯片面积)。为了最小化时钟抖动，可使用电光学pll(opll)(诸如图6的opll 75)对设备10中的处理操作进行计时。作为示例在本文中描述了其中使用opll 75对使用收发器26(图1)的thf通信进行计时的示例。这仅为例示性的，并且一般来讲，opll 75可用于对设备10中的任何期望处理操作(例如，高速数字接口操作、处理器计算、感测、汽车、输入/输出操作、处于低于100ghz的频率诸如毫米/厘米波频率或小于10ghz的频率的通信等)进行计时。
70.图8为opll 75的电路图。如图8所示，opll 75可包括振荡器诸如参考振荡器90、数字时间转换器电路诸如数字时间转换器(dtc)92、计数器电路诸如计数器98、混合器诸如下采样混合器122、滤波器电路诸如环路滤波器126、第一光源诸如一级激光器116、第二光源诸如二级激光器102、分光器例如分光器(os)104和分光器112以及光电二极管诸如utc pd 118。
71.参考振荡器90可具有通过路径94耦接到dtc 92的输入端的输出端。参考振荡器90的输出端还可通过路径94耦接到计数器98的输入端。计数器98可具有通过路径100耦接
到二级激光器102的控制输入端的输出端。 dtc 92可具有通过路径96耦接到下采样混合器122的输入端的输出端。下采样混合器122的输出端可通过路径124耦接到二级激光器102的控制输入端。环路滤波器126可沿路径124插置在下采样混合器122与二级激光器102 之间。二级激光器102可具有耦接到分光器104的输出端。分光器104可通过光学路径106(例如，一个或多个光纤、波导等)将二级激光器102耦接到utc pd 118，并且可将二级激光器102耦接到opll 75的输出端子108。
72.一级激光器116可具有耦接到分光器112的输出端。分光器112可通过光学路径114(例如，一个或多个光纤、波导等)将一级激光器116耦接到 utc pd 118，并且可将一级激光器116耦接到opll 75的输出端子110。如果需要，光学路径106和104可组合为单个光学路径，并且/或者分光器104 和112可组合为单个分光器。utc pd 118可具有通过路径120(例如，一个或多个射频发射线)耦接到计数器98的输入端并且耦接到下采样混合器122 的输入端的输出端。输出端子108和110可提供用于对设备10中的其他部件进行计时的光学lo信号。例如，在其中opll 75用于使用收发器26(图 1)对thf通信进行计时的具体实施中，端子108可耦接到光学路径62并且端子110可耦接到图6的光学路径64。
73.opll 75可包括嵌套在锁频环(fll)内的pll。例如，utc pd 118、路径120的一部分、计数器98、路径100、二级激光器102、分光器104和光学路径106可形成如由fll路径130所示的fll。另一方面，utc pd 118、路径120的一部分、下采样混合器122、路径124、环路滤波器126、二级激光器102、分光器104和光学路径106可形成嵌套在fll路径130内的pll，如由pll路径128所示。fll路径130和pll路径128可以是用于二级激光器102的反馈路径(例如，将二级激光器102的输出端通信地耦接到二级激光器102的(控制)输入端的反馈路径，其中下采样混合器122和其中的相位比较器沿由pll路径128形成的反馈路径插置，并且其中计数器98和其中的比较器沿由fll路径130形成的反馈路径插置)。opll 75可在输出端子110上产生(例如，生成、输出、发出等)光学本地振荡器信号lo1，并且可在输出端子108上产生光学振荡器信号lo2。fll可用于粗略地调整(调谐)二级激光器102，直到二级激光器102与一级激光器116锁频为止(例如，直到光学本地振荡器信号lo1与光学本地振荡器信号lo2锁频，使得在两个光学本地振荡器之间存在所选择/预先确定的稳定频率差为止)。pll 可用于精细地调整(调谐)二级激光器102，直到二级激光器102与一级激光器116锁相为止(例如，直到光学本地振荡器信号lo1与光学本地振荡器信号lo2锁相为止)。频率和相位锁定光学本地振荡器信号可用于以非常低抖动和以非常低相位噪声对设备10中的其他部件(例如，用于发射和/或接收thf信号的无线电路24)进行计时。
74.虽然本文描述为激光器，但一级激光器116和二级激光器102可以是任何期望的光源/发射体。例如，激光器116和102可形成图7的lo光源70，并且/或者可分别形成图7的lo光源70a和70b。一级激光器116有时也可被称为前导激光器，而二级激光器102有时也被称为从动激光器。一级激光器116可以固定频率/波长发出光学本地振荡器信号lo1’(例如，一级激光器116可以是具有固定频率的固定(不可调整)激光器)。另一方面，二级激光器102可以可调整/可编程频率/波长发出光学本地振荡器信号lo2’(例如，二级激光器102可以是可调整/可编程激光器)。由二级激光器102通过路径124和100接收的控制信号可用于调整/编程光学本地振荡器信号lo2
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的频率。光学本地振荡器信号lo2’的波长可从光学本地振荡器信号lo1’的波长偏移所选择波长偏移量x(例如，待使用光学本地振荡器信号
激光器102的相位锁定(冻结)在适当位置。
86.随后将由一级激光器116和二级激光器102生成的光学本地振荡器信号 lo1和lo2可然后锁频和锁相。这可允许光学本地振荡器信号lo1和lo2 以最小抖动和最小相位噪声对设备10中的其他部件进行计时(例如，以便控制图6和图7的无线电路24中的utc pd 42以发射和/或接收thf信号)。使用dtc(诸如dtc 92)以这种方式生成光学本地振荡器信号lo1和lo2 可允许在参考时钟选择和时钟信号处理方面存在灵活性。例如，dtc 92可经由pll环用于参考时钟调制、精细频率调谐、频率抖动处理等，其中由 dtc生成的杂散信号由环路滤波器126滤出。与梳状频率生成和/或使用 mzm进行的频率生成相比，opll 75可在光域中以最小滤波要求允许最小杂散频率。
87.图8的示例仅为例示性的。如果需要，二级激光器102和一级激光器116 可共享相同谐振腔(例如，二级激光器102可与一级激光器116相比利用更长或更短谐振腔部分，以允许在光学本地振荡器信号之间产生波长差)。在二级激光器102与一级激光器116之间共享共同谐振腔可致使二级激光器 102和一级激光器116表现出非常类似的热效应，从而有助于将二级激光器 102紧密地锁定到一级激光器116。以这种方式以闭环方式生成光学本地振荡器信号lo1和lo2可最小化光学本地振荡器信号lo1和lo2中的相位噪声。opll 75的部件可在硬件(例如，一个或多个数字逻辑门、数字电路、模拟电路、一个或多个处理器等)和/或软件(例如，使用由一个或多个处理器执行的逻辑/计算操作)中实现。
88.图9为图8的dtc参考信号dtc_ref中的例示性信号脉冲的时序图。曲线132示出了可由dtc 92产生的一个信号脉冲132，并且曲线134示出了可由dtc 92产生的另一脉冲。dtc 92可能够被编程为调整信号脉冲的前缘136和/或下降边缘138的定时、斜率和/或间距。此类调整可极其精确(例如，皮秒级)。信号脉冲的频率、延迟和/或占空比也可由dtc 92精确地编程。图9的示例仅为例示性的。曲线132和134可具有其他形状。如果需要， dtc参考信号dtc_ref可包括信号斜坡而不是信号脉冲。
89.图10为在使用图8的opll 75生成光学本地振荡器信号lo1和lo2 (例如，以对设备10中的一个或多个部件，诸如图1的无线电路24进行计时)中所涉及的例示性操作的流程图。在图10的操作140处，二级激光器 102和一级激光器116可使用光学本地振荡器信号lo2”和lo1”开始照射 utc pd 118。utc pd 188可基于光学本地振荡器信号lo2”和lo1”生成光电二极管信号pd_sig。
90.在操作142处，opll 75可使用fll路径130粗略地调谐二级激光器 102。例如，在操作144处，参考振荡器90可开始生成参考振荡器信号osc 并且可向dtc 92和计数器98提供参考振荡器信号osc。
91.在操作146，计数器98可使用参考振荡器信号osc作为参考识别光电二极管信号pd_sig的频率。计数器98中的逻辑(例如，比较器和/或其他数字逻辑)可将所识别的频率与二级激光器102的预先确定/预期/选择频率进行比较。如果所识别的频率过度远离预期频率(例如，如果所识别的频率与预期频率之间的差超过阈值)，则处理可前进到操作150，如由路径148所示。在操作150处，计数器98可使用粗略调谐控制信号fll_ctrl粗略地调整二级激光器102的频率。处理可经由路径152循环回到操作146，直到所识别的频率充分地接近预期频率为止。
92.当所识别的频率充分地接近预期频率时(例如，当所识别频率与预期频率之间的
差小于阈值时)，处理可从操作146前进到操作156，如由路径154 所示。在操作156处，opll 75可锁定二级激光器102的粗略调谐(例如，可将二级激光器102和光学本地振荡器信号lo2’频锁)。处理可随后经由路径158前进到操作160。
93.在操作160处，opll 75可使用pll路径128精细地调谐二级激光器 102。例如，在操作162处，dtc 92可使用参考振荡器信号osc生成dtc参考信号dtc_ref。dtc 92可生成处于预先确定/选择/期望的相位和频率(例如，5ghz-25ghz)处的dtc参考信号dtc_ref。dtc 92可向下采样混合器122提供dtc参考信号dtc_ref。
94.在操作164，下采样混合器122可对光电二极管信号pd_sig进行下采样，并且可将下采样光电二极管信号的相位与dtc参考信号dtc_ref的相位进行比较。如果下采样光电二极管信号的所识别的相位过度远离dtc参考信号dtc_ref的相位(例如，如果所识别相位与dtc参考信号dtc_ref 的相位之间的差超过阈值)，则处理可前进到操作168，如由路径166所示。在操作168处，下采样混合器122可使用精细调谐控制信号pll_ctrl精细地调整二级激光器102的相位。处理可经由路径170循环回到操作164，直到所识别的相位充分地靠近dtc参考信号dtc_ref的相位为止。
95.当所识别的相位充分地接近dtc参考信号dtc_ref的相位时(例如，当所识别相位与dtc参考信号dtc_ref的相位之间的差小于阈值时)，处理可从操作164前进到操作174，如由路径172所示。在操作174处，opll 75可锁定二级激光器102的精细调谐(例如，可将二级激光器102和光学本地振荡器信号lo2’相锁)。处理可随后经由路径176前进到操作178。
96.在操作178处，opll 75可使用光学本地振荡器信号lo1和lo2对设备10中的一个或多个处理操作进行计时(例如，设备10可执行如由光学本地振荡器信号lo1和lo2计时的随后的处理操作)。例如，设备10中的 utc pd 42可使用由opll 75产生的光学本地振荡器信号lo1和lo2发射和/或接收thf信号。
97.设备10可收集和/或使用个人可识别信息。众所周知，使用个人可识别信息应遵循公认为满足或超过维护用户隐私的行业或政府要求的隐私政策和做法。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。如果需要，本文描述的光学部件(例如，mzm调制器、波导、相移器、utc pd 等)可在等离激元技术中实现。
98.上文结合图1至图10描述的方法和操作(例如，图10的操作)可由设备10的部件使用软件、固件和/或硬件(例如，专用电路或硬件)执行。用于执行这些操作的软件代码可存储在非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上，该非暂态计算机可读存储介质存储在设备10 的部件中的一个或多个部件上(例如，图1的存储电路16)。该软件代码有时可被称为软件、数据、指令、程序指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括驱动器、非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、可移动闪存驱动器或其他可移动介质、其他类型的随机存取存储器等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可由设备10的部件中的一个或多个部件上的处理电路(例如，图1的处理电路18等)来执行。处理电路可包括微处理器、中央处理单元(cpu)、具有处理电路的专用集成电路或其他处理电路。
99.根据一个实施方案，提供了一种电光学锁相环，该电光学锁相环包括：第一光源，该第一光源被配置为发出处于第一频率的光；第二光源，该第二光源被配置为发出处于第
二频率的光，该第二频率从该第一频率偏移至少 50ghz的偏移频率；反馈路径，该反馈路径将该第二光源的输出端通信地耦接到该第二光源的输入端；数字时间转换器(dtc)，该dtc被配置为生成参考信号；以及相位比较器，该相位比较器沿该反馈路径设置，该相位比较器被配置为至少部分地基于该参考信号调整该第二光源。
100.根据另一实施方案，该电光学锁相环还包括：光电二极管，该光电二极管具有耦接到该相位比较器的输入端的输出端；第一光学路径，该第一光学路径将该第一光源的输出端通信地耦接到该光电二极管；以及第二光学路径，该第二光学路径将该第二光源的该输出端通信地耦接到该光电二极管，该光电二极管被配置为使用由该第一光源发出的处于该第一频率的该光中的至少一些光和由该第二光源发出的处于该第二频率的该光中的至少一些光，生成处于该偏移频率的光电二极管信号。
101.根据另一实施方案，该光电二极管包括单行载波光电二极管(utc pd)。
102.根据另一实施方案，该电光学锁相环包括：第一分光器，该第一分光器将该第一光源的该输出端耦接到该电光学锁相环的该第一光学路径和第一输出端子；以及第二分光器，该第二分光器将该第二光源的该输出端耦接到该电光学锁相环的该第二光学路径和第二输出端子。
103.根据另一实施方案，该相位比较器被配置为基于该光电二极管信号的相位与该参考信号的相位的比较调整该第二光源。
104.根据另一个实施方案，该电光学锁相环包括：下采样混合器，该下采样混合器包括该相位比较器，该下采样混合器被配置为对该光电二极管信号进行下采样以产生经下采样光电二极管信号，并且该相位比较器被配置为基于该经下采样光电二极管信号的相位与该参考信号的该相位的比较调整该第二光源。
105.根据另一实施方案，该电光学锁相环包括：附加反馈路径，该附加反馈路径将该第二光源的该输出端通信地耦接到该第二光源的该输入端；以及计数器，该计数器沿该附加反馈路径设置，该计数器被配置为基于该光电二极管信号识别该偏移频率并且被配置为至少基于所识别的偏移频率调整该第二频率。
106.根据另一实施方案，该电光学锁相环包括：参考振荡器，该参考振荡器被配置为生成参考振荡器信号，该dtc被配置为基于该参考振荡器信号生成该参考信号，并且该计数器被配置为基于该光电二极管信号和该参考振荡器信号估计该偏移频率。
107.根据另一个实施方案，该参考振荡器信号处于介于5ghz与25ghz之间的频率。
108.根据另一实施方案，该电光学锁相环包括：参考振荡器，该参考振荡器被配置为生成参考振荡器信号，该dtc被配置为基于该参考振荡器信号生成该参考信号；附加反馈路径，该附加反馈路径将该第二光源的该输出端通信地耦接到该第二光源的该输入端；以及计数器，该计数器沿该附加反馈路径设置，其中该计数器被配置为至少部分地基于该参考振荡器信号识别该偏移频率并且被配置为至少基于所识别的偏移频率调整该第二频率。
109.根据一个实施方案，提供了一种操作电光学锁相环的方法，该方法包括：利用第一激光器，发出处于第一频率的第一光学本地振荡器(lo)信号；利用第二激光器，发出处于第二频率的第二光学lo信号，该第二频率从该第一频率偏移大于50ghz的偏移频率；利用通信地耦接在该第二激光器的输出端与该第二激光器的输入端之间的锁频环(fll)路
径，粗略地调谐由该第二激光器发出的该第二光学lo信号，直到该第二频率锁定为止；以及一旦该第二频率锁定，就利用通信地耦接在该第二激光器的该输出端与该第二激光器的该输入端之间的锁相环(pll)路径，精细地调谐由该第二激光器发出的该第二光学lo信号，直到该第二光学lo信号与该第一光学lo 信号锁相为止。
110.根据另一实施方案，该方法包括：将该第一光学lo信号和该第二光学 lo信号发射到光电二极管，该光电二极管使用该第一光学lo信号和该第二光学lo信号通过天线辐射元件传送处于该偏移频率的无线信号。
111.根据另一实施方案，该方法包括：利用沿该fll路径和该pll路径设置的光电二极管，使用该第一光学lo信号中的至少一些第一光学lo信号和该第二光学lo信号中的至少一些第二光学lo信号生成处于该偏移频率的光电二极管信号。
112.根据另一实施方案，该方法包括：利用沿该pll路径设置的下采样混合器，对该光电二极管信号进行下采样以生成经下采样光电二极管信号，精细地调谐该第二光学lo信号包括：利用该下采样混合器，至少基于该经下采样光电二极管信号的相位调整该第二光学lo信号的相位。
113.根据另一实施方案，该方法包括：利用数模转换器(dtc)，生成参考信号，精细地调谐该第二光学lo信号包括：利用该下采样混合器，基于该经下采样光电二极管信号的该相位与该参考信号的相位的比较调整该第二光学lo的该相位。
114.根据另一实施方案，该方法包括：利用沿该fll路径设置的计数器，使用该光电二极管信号识别该偏移频率，粗略地调谐该第二光学lo信号包括：至少基于所识别的偏移频率调整该第二频率。
115.根据一个实施方案，提供了一种电子设备，包括：天线辐射元件；光电二极管，该光电二极管耦接到该天线辐射元件并且被配置为使用该天线辐射元件、第一光学本地振荡器(lo)信号和第二光学lo信号传送处于大于 100ghz的频率的无线信号；以及光学部件，该光学部件被配置为生成该第一光学lo信号和该第二光学lo信号，该光学部件包括第一激光器，该第一激光器被配置为发出该第一光学lo信号，第二激光器，该第二激光器被配置为发出该第二光学lo信号，光电二极管，该光电二极管被配置为基于该第一光学lo信号和该第二光学lo信号生成光电二极管信号，以及下采样混合器，该下采样混合器被配置为基于该光电二极管信号生成经下采样光电二极管信号并且被配置为至少部分地基于该经下采样光电二极管信号的相位调谐该第二激光器。
116.根据另一实施方案，该电子设备包括：计数器，该计数器被配置为识别该光电二极管信号的频率并且被配置为至少部分地基于该光电二极管信号的所识别的频率调谐该第二激光器。
117.根据另一实施方案，该第一激光器包括谐振腔的第一部分，并且该第二激光器包括该谐振腔的长于该第一部分的第二部分。
118.根据另一实施方案，该光电二极管包括单行载波光电二极管(utc pd)。
119.前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

技术特征：

1.一种电光学锁相环，包括：第一光源，所述第一光源被配置为发出处于第一频率的光；第二光源，所述第二光源被配置为发出处于第二频率的光，所述第二频率从所述第一频率偏移至少50ghz的偏移频率；反馈路径，所述反馈路径将所述第二光源的输出端通信地耦接到所述第二光源的输入端；数字时间转换器dtc，所述dtc被配置为生成参考信号；以及相位比较器，所述相位比较器沿所述反馈路径设置，其中所述相位比较器被配置为至少部分地基于所述参考信号调整所述第二光源。2.根据权利要求1所述的电光学锁相环，还包括：光电二极管，所述光电二极管具有耦接到所述相位比较器的输入端的输出端；第一光学路径，所述第一光学路径将所述第一光源的输出端通信地耦接到所述光电二极管；以及第二光学路径，所述第二光学路径将所述第二光源的所述输出端通信地耦接到所述光电二极管，其中所述光电二极管被配置为使用由所述第一光源发出的处于所述第一频率的所述光中的至少一些光和由所述第二光源发出的处于所述第二频率的所述光中的至少一些光，生成处于所述偏移频率的光电二极管信号。3.根据权利要求2所述的电光学锁相环，其中所述光电二极管包括单行载波光电二极管utc pd。4.根据权利要求2所述的电光学锁相环，还包括：第一分光器，所述第一分光器将所述第一光源的所述输出端耦接到所述电光学锁相环的所述第一光学路径和第一输出端子；以及第二分光器，所述第二分光器将所述第二光源的所述输出端耦接到所述电光学锁相环的所述第二光学路径和第二输出端子。5.根据权利要求2所述的电光学锁相环，其中所述相位比较器被配置为基于所述光电二极管信号的相位与所述参考信号的相位的比较调整所述第二光源。6.根据权利要求5所述的电光学锁相环，还包括：下采样混合器，所述下采样混合器包括所述相位比较器，其中所述下采样混合器被配置为对所述光电二极管信号进行下采样以产生经下采样光电二极管信号，并且所述相位比较器被配置为基于所述经下采样光电二极管信号的相位与所述参考信号的所述相位的比较调整所述第二光源。7.根据权利要求2所述的电光学锁相环，还包括：附加反馈路径，所述附加反馈路径将所述第二光源的所述输出端通信地耦接到所述第二光源的所述输入端；以及计数器，所述计数器沿所述附加反馈路径设置，其中所述计数器被配置为基于所述光电二极管信号识别所述偏移频率并且被配置为至少基于所识别的偏移频率调整所述第二频率。8.根据权利要求7所述的电光学锁相环，还包括：参考振荡器，所述参考振荡器被配置为生成参考振荡器信号，其中所述dtc被配置为基
于所述参考振荡器信号生成所述参考信号，并且所述计数器被配置为基于所述光电二极管信号和所述参考振荡器信号估计所述偏移频率。9.根据权利要求8所述的电光学锁相环，其中所述参考振荡器信号处于介于5ghz与25ghz之间的频率。10.根据权利要求1所述的电光学锁相环，还包括：参考振荡器，所述参考振荡器被配置为生成参考振荡器信号，其中所述dtc被配置为基于所述参考振荡器信号生成所述参考信号；附加反馈路径，所述附加反馈路径将所述第二光源的所述输出端通信地耦接到所述第二光源的所述输入端；以及计数器，所述计数器沿所述附加反馈路径设置，其中所述计数器被配置为至少部分地基于所述参考振荡器信号识别所述偏移频率并且被配置为至少基于所识别的偏移频率调整所述第二频率。11.一种操作电光学锁相环的方法，所述方法包括：利用第一激光器，发出处于第一频率的第一光学本地振荡器lo信号；利用第二激光器，发出处于第二频率的第二光学lo信号，所述第二频率从所述第一频率偏移大于50ghz的偏移频率；利用通信地耦接在所述第二激光器的输出端与所述第二激光器的输入端之间的锁频环fll路径，粗略地调谐由所述第二激光器发出的所述第二光学lo信号，直到所述第二频率锁定为止；以及一旦所述第二频率锁定，就利用通信地耦接在所述第二激光器的所述输出端与所述第二激光器的所述输入端之间的锁相环pll路径，精细地调谐由所述第二激光器发出的所述第二光学lo信号，直到所述第二光学lo信号与所述第一光学lo信号锁相为止。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：将所述第一光学lo信号和所述第二光学lo信号发射到光电二极管，所述光电二极管使用所述第一光学lo信号和所述第二光学lo信号以通过天线辐射元件传送处于所述偏移频率的无线信号。13.根据权利要求11所述的方法，还包括：利用沿所述fll路径和所述pll路径设置的光电二极管，使用所述第一光学lo信号中的至少一些第一光学lo信号和所述第二光学lo信号中的至少一些第二光学lo信号生成处于所述偏移频率的光电二极管信号。14.根据权利要求13所述的方法，还包括：利用沿所述pll路径设置的下采样混合器，对所述光电二极管信号进行下采样以生成经下采样光电二极管信号，其中精细地调谐所述第二光学lo信号包括：利用所述下采样混合器，至少基于所述经下采样光电二极管信号的相位调整所述第二光学lo信号的相位。15.根据权利要求14所述的方法，还包括：利用数模转换器dtc，生成参考信号，其中精细地调谐所述第二光学lo信号包括：利用所述下采样混合器，基于所述经下采样光电二极管信号的所述相位与所述参考信号的相位的比较调整所述第二光学lo的所述相位。16.根据权利要求13所述的方法，还包括：
利用沿所述fll路径设置的计数器，使用所述光电二极管信号识别所述偏移频率，其中粗略地调谐所述第二光学lo信号包括：至少基于所识别的偏移频率调整所述第二频率。17.一种电子设备，包括：天线辐射元件；光电二极管，所述光电二极管耦接到所述天线辐射元件并且被配置为使用所述天线辐射元件、第一光学本地振荡器lo信号和第二光学lo信号传送处于大于100ghz的频率的无线信号；以及光学部件，所述光学部件被配置为生成所述第一光学lo信号和所述第二光学lo信号，所述光学部件包括第一激光器，所述第一激光器被配置为发出所述第一光学lo信号，第二激光器，所述第二激光器被配置为发出所述第二光学lo信号，光电二极管，所述光电二极管被配置为基于所述第一光学lo信号和所述第二光学lo信号生成光电二极管信号，以及下采样混合器，所述下采样混合器被配置为基于所述光电二极管信号生成经下采样光电二极管信号并且被配置为至少部分地基于所述经下采样光电二极管信号的相位调谐所述第二激光器。18.根据权利要求17所述的电子设备，还包括：计数器，所述计数器被配置为识别所述光电二极管信号的频率并且被配置为至少部分地基于所述光电二极管信号的所识别的频率调谐所述第二激光器。19.根据权利要求17所述的电子设备，其中所述第一激光器包括谐振腔的第一部分，并且所述第二激光器包括所述谐振腔的长于所述第一部分的第二部分。20.根据权利要求17所述的电子设备，其中所述光电二极管包括单行载波光电二极管utc pd。

技术总结

本公开涉及具有电光学锁相环的电子设备。一种电子设备可包括使用具有一级激光器和二级激光器的电光学锁相环(OPLL)计时的无线电路。锁频环(FLL)路径和锁相环(PLL)路径可将该二级激光器的输出端耦接到该二级激光器的输入端。光电二极管可基于激光器输出生成光电二极管信号。数字时间转换器(DTC)可生成参考信号。该FLL路径可基于该光电二极管信号粗略地调谐该二级激光器，直到该二级激光器锁频为止。然后，该PLL路径可基于该参考信号和该光电二极管信号精细地调谐该二级激光器，直到该二级激光器的相位锁定到该一级激光器为止。可在该PLL路径上对该光电二极管信号进行下采样。这可允许该OPLL以最小抖动和相位噪声生成光学本地振荡器信号。学本地振荡器信号。学本地振荡器信号。