CN101726807A - 可插入式光收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可插入式光收发器。可插入式光收发器包括：外壳部件，其包括可被插入到主机设备中的延伸部分和突出到主机设备外的外部外壳部件；被安装到外壳部件上光模块，其能够被耦合到光纤；电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合。所述电路板包括电路和被配置为电连接到主机设备的电接口。所述电路与外壳部件的延伸部分进行热传导以传导来自电路的热量。本发明能够为可插入式光收发器提供有效的散热能力。

Description

可插入式光收发器
技术领域
本发明涉及可插入到主机设备中以用于光通信的光收发器。
背景技术
可插入式光收发器被广泛用于光纤光通信中的数据传输。可插入式光收发器能够接收包括编码数据的电信号，将此电信号转换成光信号，然后通过光数据链路发送此光信号。可插入式光收发器还能够接收包括编码数据的光信号，将此光信号转换成电信号，然后通过电接口将此电信号发送到主机设备。电接口和可插入式光收发器的尺寸可由不同的器件标准来定义，所述标准如小型可插拔(SFP)。
参考图1A至图1C，主机设备200包括机框210、电路板220和安装在机框210上的笼子230。传统的可插入式光收发器100被插入到笼子230中。笼子230包括电接口(未示出)，所述电接口被配置为在电路板220和远端设备之间发射承载数据的电信号。
参考图1A至图4，传统的可插入式光收发器100包括下部外壳部件110、上盖120以及一个或多个相互连接的电路板130A与130B。下部外壳部件110包括外部部分115和下部部分118。当可插入式光收发器100被插入到笼子230中时，外部部分115(也可与下部部分118的一部分一起)伸出到机框210的外侧。
电路板130A和130B可以被堆叠地布置并安装到下部外壳部件110上。当上盖120被安装在下部外壳部件110上时，电路板130A和130B可以被上盖120和下部外壳部件110包围住。在包围住时，上盖120和上电路板130A之间存在空气间隙。电路板130B包括被配置为与笼子230中的电接口通信的电接口135。电接口135和笼子230中的电接口能够由诸如小型可插拔(SFP)和收发器多源协议(MSA)的可插入式光收发器的标准来定义。安装在电路板130B上的光模块140包括光接口145，所述光接口145被配置为耦合到光纤以从远端设备接收光信号或发射光信号到远端设备。
一些传统的可插入式光收发器的主要挑战与在运行过程中电路所产生的热量相关联。随着集成到可插入式收发器模块中的系统功能的增加，电路板上的电子器件将产生更多的热量。由于在运行过程中可插入式光收发器被插入到没有空气流通的笼子内，电路板的温度会提升到很高的温度，从而导致可插入式光收发器出现故障。因此，需要在没有上述过热问题的同时提供正确数据通信功能的可插入式光收发器。
发明内容
根据一个概括方面，本发明涉及一种可插入式光收发器，包括：外壳部件，其包括可被插入到主机设备中的延伸部分和可突出到主机设备外的外部外壳部件；光模块，其被安装到外壳部件上并被配置为耦合到光纤，其中所述光模块能够接收来自光纤的第一光信号并响应于第一电信号而将第二光信号发射到光纤；以及一个或多个电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合，所述一个或多个电路板包括电路和能够电连接到主机设备的电接口，其中所述电路能够经由电接口接收来自主机设备的第一电信号，其中所述电路能够响应于第一光信号而经由电接口将第二电信号发送到主机设备，其中所述电路的至少一部分与外壳部件的延伸部分进行热传导以传导来自电路的热量。
根据另一个概括方面，本发明涉及一种可插入式光收发器，包括：外壳部件，其包括可被插入到主机设备中的延伸部分和可突出到主机设备外的外部外壳部件，其中所述外壳部件由整体部件构成；光模块，其被安装到外壳部件上并被耦合到光纤，其中所述光模块能够接收来自光纤的第一光信号并响应于第一电信号而将第二光信号发射到光纤；一个或多个电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合，所述一个或多个电路板包括电路和能够电连接到主机设备的电接口，其中所述电路能够经由电接口接收来自主机设备的第一电信号，其中所述电路能够响应于第一光信号而经由电接口将第二电信号发送到主机设备；以及热传导层，其被布置为接触外壳部件的延伸部分和电路的至少一部分，其中所述热传导层能够将来自电路的热量传导至外壳部件的延伸部分。
根据另一个概括方面，本发明涉及一种可插入式光收发器，包括：外壳部件，其包括可被插入到主机设备中的延伸部分和可突出到主机设备外的外部外壳部件，其中所述外壳部件由整体部件构成，其中所述外壳部件的外部外壳部件包括能够将从电路传导来的热量散发到周围空气中的突起或散热片；光模块，其被安装到外壳部件上并被配置为耦合到光纤，其中所述光模块能够接收来自光纤的第一光信号并响应于第一电信号而将第二光信号发射到光纤；一个或多个电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合，所述一个或多个电路板包括电路和能够电连接到主机设备的电接口，其中所述电路能够经由电接口接收来自主机设备的第一电信号，其中所述电路能够响应于第一光信号而经由电接口将第二电信号发送到主机设备，其中所述电路包括产生热量的电子器件；以及热传导层，其被布置为接触电路的产生热量的电子器件和外壳部件的延伸部分，其中所述热传导层能够将来自电路的热量传导至外壳部件的延伸部分。
系统的实施例可以包括下述中的一个或多个。可插入式光收发器可以进一步包括位于外壳部件的延伸部分和电路的至少一部分之间的热传导层。一个或多个电路板可以包括能够在运行中产生热量的电子器件，可插入式光收发器进一步包括在电子器件上并与外壳部件的延伸部分相接触的热传导层。热传导层可以由导热粘性材料或导热胶带构成。电子器件可以包括集成电路(IC)。外壳部件可以由金属材料和具有传导性的聚合物构成。外壳部件可以由整体部件构成。外壳部件的延伸部分和外部外壳部件可以是热导接触的以允许将来自电路的热量传导至外部外壳部件。外壳部件的外部外壳部件可包括能够将从电路传导来的热量散发到周围空气中的突起或散热片。可插入式光收发器可以进一步包括能被安装在外壳部件上用以包围所述一个或多个电路板的至少一部分的盖，其中所述盖可以被至少部分地插入到主机设备中。外壳部件的延伸部分能够被插入到主机设备中的笼子内，其中所述盖包含与笼子相接触用以将来自电路的热量散发至主机设备的突起区域。电接口、外壳部件的一个或多个尺寸和盖能够符合选自下列的标准：小型形状因子(SFF)、收发器多源协议(MSA)、小型可插拔(SFP)和双向小型可插拔(Bi-direction SFP)。一个或多个电路板能够包括印刷电路板(PCB)。一个或多个电路板能够包括由柔性PCB连接起来的两块PCB。外壳部件能够采用锌合金模铸而成型。外壳部件的延伸部分能够包括具有至少1毫米厚的外壁，用以传导来自电路的热量。
实施例可以包括下列优点中的一个或多个。所公开的发明可为可插入式光收发器提供有效的散热能力。所公开的系统和方法适用于符合广泛的可插入式收发器标准的可插入式光收发器。所公开的系统和方法特别适用于具有高度集成电子功能和高热生成率的可插入式收发器。
虽然已经参考多个实施例而具体示出并描述了本发明，但是相关领域的技术人员应当理解的是，可以对其进行各种形式和细节上的改变，而不偏离本发明的精神和范围。
附图说明
图1A是被插入到主机设备中用以进行光通信的传统的可插入式光收发器的透视图。
图1B是用以容纳图1A中的传统的可插入式光收发器的主机设备的笼子的透视图。
图1C示出图1A中的传统的可插入式光收发器被插入到主机设备的笼子中(为清楚起见未示出主机设备)。
图2是图1A中的传统的可插入式光收发器的前透视图。
图3是图1A中的传统的可插入式光收发器的的分解透视图。
图4是图1A中的传统的可插入式光收发器的后透视图。
图5A是示例的根据本说明书的可插入式光收发器的分解透视图。
图5B是图5A中的可插入式光收发器的前透视图。
图5C是图5A中的可插入式光收发器的后透视图。
图5D示出图5A中的可插入式光收发器被插入到主机设备中。
图6A是示例的适用于根据本说明书的可插入式光收发器的外壳部件和盖的分解透视图。
图6B示出图6A中的可插入式光收发器被插入到主机设备中。
图7和图8是其他示例的适用于根据本说明书所公开的可插入式光收发器的外壳部件的分解透视图。
具体实施方式
参考图5A至图5D，可插入式光收发器500包括上部外壳部件510、下盖520以及一个或多个相互连接的电路板530A与530B。上部外壳部件510包括外部部分515和延伸部分518。当可插入式光收发器500被插入到笼子230中时，外部部分515(也可与延伸部分518的一部分一起)伸出到机框210的外侧。可插入式光收发器500的尺寸能够由诸如小型可插拔(SFP)和多源协议(MSA)的可插入式光收发器的标准来定义。
电路板530A与530B以及在其上的电子器件能够由印刷电路板(PCB)、引线框(Lead frame)和其他电子封装技术来实现。电路板530A和530B能够由柔性PCB连接起来，这里允许电路板530A和530B中的电路之间的电通信。
电路板530A和530B被安装到上部外壳部件510。当下盖520被安装在上部外壳部件510上时，电路板530A和530B能够被下盖520和上部外壳部件510包围住。上电路板530A能够包括在运行中产生大量热量的电子器件537，诸如集成电路(IC)。电路板530B包括被配置为与笼子230中的电接口进行通信的电接口535。电接口535和笼子230中的电接口能够由诸如小型可插拔(SFP)和收发器多源协议(MSA)的可插入式光收发器的标准来定义。安装在电路板530B上的光模块540包括光接口545，所述光接口545被配置为耦合到光纤以从远端设备接收光信号或发射光信号到远端设备。
可插入式光收发器500通常具有细长的形状以被插入到主机设备的笼子230中，其中光模块540位于第一端(或外端)，电接口535位于第二端(或内端)。
电路板530A和530B能够经由电接口535接收来自主机设备200的包含编码数据的电信号。光模块540包括能将电信号转变成光信号的光发射器(如激光二极管)，其中所述光信号经由被耦合到光接口545的光纤被发射到远端设备。光模块540还能够在光接口545处接收来自远端设备的包含编码数据的光信号。光模块540能够将光信号转变成电信号，其中所述电信号能够在经由电接口535被发送到主机设备200之前被电路板530A和530B处理。
上部外壳部件510由诸如金属材料和具有传导性的聚合物的热传导材料构成，并能够采用锌合金模铸而成型。上部外壳部件510中的外部部分515和延伸部分518能够由整体部件构成或被焊在一起以确保外部部分515和延伸部分518之间具有良好的热传导性。延伸部分518的厚度能够被制成1毫米或更厚一些以确保具有良好的热传导性。
在本说明书中，名词“热传导”指的是通过直接的物理接触将热能从一种物质传导到另一种物质。在本说明书中，“热传导”描述相互接触的物理对象之间的热传导，而不包括通过空气(或空气间隙)进行的热传导。
参考图5A和图5C，电路板530A和530B包括诸如集成电路(IC)模块的能产生大量热量的电子器件537。当电路板530A和530B被安装到上部外壳部件510时，电子器件537被布置为朝向延伸部分518。热传导层538在电子器件537上形成并与延伸部分518相接触。热传导层538可允许电子器件537在运行中所产生的热量被有效地传导到延伸部分518上，继而到达外部部分515。随后热量被散发到周围环境中，这是由于当可插入式光收发器被插入到笼子230中时，外部部分515会伸出机框之外。
热传导层538与延伸部分518或电子器件537之间的热接触层可以由弹性的夹具或杠杆支撑。在某些实施例中，导热粘性材料或导热胶带能够被施加在电子器件537上以形成热传导层538。导热粘性材料的例子包括诸如Dow Corning(R)1-4173导热性粘合剂的具有热传导性的聚合物粘性材料。导热胶带的例子是3MTM3M 8805导热胶带。当电路板530A和530B被安装到上部外壳部件510上时，导热性粘合剂或胶带能够被结合到电子器件537和延伸部分518上。应当理解的是，能够在延伸部分518和电路板530A和530B上的诸如放大器、电阻、电容的其他散热电子器件之间建立热传导接触。
所公开的可插入式光收发器的优点是，它提供了从电路板上的发热电子器件到主机设备的机框外部的外壳部件的有效和直接的热传导，与上述传统的可插入式光收发器相比极大地提高了热传导和热散发。传统的可插入式光收发器在上盖和电路板上的电子器件之间没有直接的热接触。而且，上盖与下部外壳部件的外部部分之间通常没有良好的热传输，这是由于他们通常地被扣在一起而没有较大和可靠的热接触面积。
一方面，所公开的可插入式光收发器与一些传统的可插入式光收发器相比，外壳部件的延伸部分与盖的位置上下颠倒。另一方面，在所公开的可插入式光收发器中，外壳部件具有热传导性并且其被布置为直接与电路板上的发热器件进行热接触。所公开的系统兼容其他的配置。
在某些实施例中，根据图5A至图5D中所示的配置，可以将外壳部件、盖和一个或多个电路板上下颠倒，只要保持导热性外壳部件和电路板上的散热器件之间良好的热接触且电接口兼容笼子的电接口即可。
在某些实施例中，参考图6A和图6B，上部外壳部件610包括外部部分615和延伸部分618。外部部分615在其表面上包括多个突起630，所述突起630能够增加表面积和外部部分615周围的、主机设备200的机框210外部的周围空气的体积。因此所公开的可插入式光收发器的冷却效率被增强。突起630能够以不同形式存在，诸如冷却叶片或冷却鳍。突起630也能够以不同密度和不同的高度分布被制成，以最大化外部部分615的冷却效率。
此外，延伸部分618能够包括突起区域640，当延伸部分618被插入到笼子230中时，所述突起区域640能够与笼子230相接触。在某些实施例中，突起区域640可以由弹性热传导片实现，当延伸部分618被插入到笼子230中时，弹性热传导片压紧笼子230。延伸部分618和笼子230之间的热接触为电路板产生的热量提供了额外的热传导和散发路径。下盖620能够包括突起区域650，当延伸部分618被插入到笼子230中时，所述突起区域650能够与笼子230相接触，用以将来自电路板的热量散发至主机设备200。
在某些实施例中，参考图7，上部外壳部件710包括外部部分715和延伸部分718。外部部分715在其表面上包括多个冷却鳍730，所述冷却鳍730能够增强所公开的可插入式光收发器的冷却效率。延伸部分718包括突起区域740，当延伸部分718被插入到笼子230中时，所述突起区域740能够与笼子230相接触，从而为电路板产生的热量提供额外的热传导和散发路径。
在某些实施例中，参考图8，上部外壳部件810包括外部部分815和延伸部分818。外部部分815在其表面上包括多个突出其外表面之外的冷却柱830。所述冷却柱830能够增强所公开的可插入式光收发器的冷却效率。延伸部分818包括突起区域840，当延伸部分818被插入到笼子230中时，所述突起区域840能够与笼子230相接触，从而为电路板产生的热量提供额外的热传导和散发路径。
应当理解的是，上述具体的配置和参数意味着对本发明概念的解释。所公开的系统和方法可以兼容对所述配置和参数所进行的改变，而不偏离本发明的精神。例如，所公开的可插入式光收发器符合诸如小型形状因子(SFF)、小型可插拔(SFP)、双向小型可插拔(Bi-direction SFP)和光收发器模块的其他标准的工业标准。所公开的系统和方法兼容点到点光网络和点到多点光网络。
虽然已经在附图中示出并在前述详细说明中描述了本发明的具体的实施例，但应当理解的是，本发明不局限于这里所描述的特定的实施例，而是包括大量的调整、修改和替换而不脱离本发明的范畴。本说明书的权利要求意欲包括所有这样的修改。

Claims (26)

1.一种可插入式光收发器，其特征在于，包括：
外壳部件，其包括被配置为插入到主机设备中的延伸部分和被配置为突出到主机设备外的外部外壳部件；
光模块，其被安装到外壳部件上并被配置为耦合到光纤，其中所述光模块被配置为接收来自光纤的第一光信号并响应于第一电信号而将第二光信号发射到光纤；以及
一个或多个电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合，所述一个或多个电路板包括电路和被配置为电连接到主机设备的电接口，其中所述电路被配置为经由电接口接收来自主机设备的第一电信号，其中所述电路被配置为响应于第一光信号而经由电接口将第二电信号发送到主机设备，其中所述电路的至少一部分与外壳部件的延伸部分进行热传导以传导来自电路的热量。
2.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，进一步包括位于外壳部件的延伸部分和电路的至少一部分之间的热传导层。
3.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述一个或多个电路板包括被配置为在运行中产生热量的电子器件；可插入式光收发器进一步包括在电子器件上的与外壳部件的延伸部分相接触的热传导层。
4.根据权利要求3所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述热传导层由导热粘性材料或导热胶带构成。
5.根据权利要求3所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述电子器件包括集成电路IC。
6.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件由金属材料和具有传导性的聚合物构成。
7.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件由整体部件构成。
8.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件的延伸部分和外部外壳部件是热导接触的以允许将来自电路的热量传导至外部外壳部件。
9.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件的外部外壳部件包括被配置为将从电路传导来的热量散发到周围空气中的突起或散热片。
10.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，进一步包括被配置为安装在外壳部件上用以包围所述一个或多个电路板的至少一部分的盖，其中所述盖被配置为至少部分地插入到主机设备中。
11.根据权利要求10所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件的延伸部分被配置为插入到主机设备中的笼子内，其中所述盖包含被配置为与笼子相接触用以将来自电路的热量散发至主机设备的突起区域。
12.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述电接口、所述外壳部件的一个或多个尺寸和所述盖符合选自下列的标准：小型形状因子SFF、收发器多源协议MSA、小型可插拔SFP和双向小型可插拔Bi-direction SFP。
13.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述一个或多个电路板包括印刷电路板PCB。
14.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述一个或多个电路板包括由柔性PCB连接起来的两块PCB。
15.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件采用锌合金模铸而成型。
16.根据权利要求1所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件的延伸部分包括具有至少1毫米厚的外壁，用以传导来自电路的热量。
17.一种可插入式光收发器，其特征在于，包括：
外壳部件，其包括被配置为插入到主机设备中的延伸部分和被配置为突出到主机设备外的外部外壳部件，其中所述外壳部件由整体部件构成；
光模块，其被安装到外壳部件上并被配置为耦合到光纤，其中所述光模块被配置为接收来自光纤的第一光信号并响应于第一电信号而将第二光信号发射到光纤；
一个或多个电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合，所述一个或多个电路板包括电路和被配置为电连接到主机设备的电接口，其中所述电路被配置为经由电接口接收来自主机设备的第一电信号，其中所述电路被配置为响应于第一光信号而经由电接口将第二电信号发送到主机设备；以及
热传导层，其被布置为接触外壳部件的延伸部分和电路的至少一部分，其中所述热传导层被配置为将来自电路的热量传导至外壳部件的延伸部分。
18.根据权利要求17所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述一个或多个电路板包括被配置为在运行中产生热量的电子器件，其中所述热传导层分别接触电子器件和外壳部件的延伸部分。
19.根据权利要求18所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述电子器件包括集成电路IC。
20.根据权利要求17所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述热传导层由导热粘性材料或导热胶带构成。
21.根据权利要求17所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件的外部外壳部件包括被配置为将从电路传导来的热量散发到周围空气中的突起或散热片。
22.根据权利要求17所述的可插入式光收发器，其特征在于，进一步包括被配置为安装在外壳部件上用以包围所述一个或多个电路板的至少一部分的盖，其中所述盖被配置为至少部分地插入到主机设备中。
23.根据权利要求22所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述外壳部件的延伸部分被配置为插入到主机设备中的笼子内，其中所述盖包含被配置为与笼子相接触用以将来自电路的热量散发至主机设备的突起区域。
24.根据权利要求17所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述电接口、所述外壳部件的一个或多个尺寸和所述盖符合选自下列的标准：小型形状因子SFF、收发器多源协议MSA、小型可插拔SFP和双向小型可插拔Bi-direction SFP。
25.根据权利要求17所述的可插入式光收发器，其特征在于，所述一个或多个电路板包括第一PCB和位于第一PCB上部的第二PCB，其中所述第一PCB和第二PCB由柔性PCB连接，其中所述热传导层位于外壳部件的延伸部分与第二PCB的一部分之间。
26.一种可插入式光收发器，其特征在于，包括：
外壳部件，其包括被配置为插入到主机设备中的延伸部分和被配置为突出到主机设备外的外部外壳部件，其中所述外壳部件由整体部件构成，其中所述外壳部件的外部外壳部件包括被配置为将从电路传导来的热量散发到周围空气中的突起或散热片；
光模块，其被安装到外壳部件上并被配置为耦合到光纤，其中所述光模块被配置为接收来自光纤的第一光信号并响应于第一电信号而将第二光信号发射到光纤；
一个或多个电路板，其被安装到外壳部件上并与光模块电耦合，所述一个或多个电路板包括电路和被配置为电连接到主机设备的电接口，其中所述电路被配置为经由电接口接收来自主机设备的第一电信号，其中所述电路被配置为响应于第一光信号而经由电接口将第二电信号发送到主机设备，其中所述电路包括产生热量的电子器件；以及
热传导层，其接触电路的产生热量的电子器件和外壳部件的延伸部分，其中所述热传导层被配置为将来自电路的热量传导至外壳部件的延伸部分。
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