CN102763012A

CN102763012A - 具有增强的电磁干扰耐受性的光收发器

Info

Publication number: CN102763012A
Application number: CN2011800102033A
Authority: CN
Inventors: 大森宽康; 川瀬大辅; 仓岛宏实
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: US20120315051A1; CN102763012B; US9042722B2; JP5747497B2; WO2012086832A1; JP2012134207A

Abstract

本发明公开一种光收发器，其减少了从该光收发器泄漏的EMI辐射。该光收发器包括形成腔体的顶盖和底座，TOSA、ROSA和电路设置在该腔体中。顶盖的后部设置有梳状结构，其中，梳状结构具有多个齿，齿之间的距离优选地小于所要减少的噪声波长的四分之一波长λ/4。梳状结构对在腔体中沿纵向传播的电磁波起到短截线的作用。

Description

具有增强的电磁干扰耐受性的光收发器

技术领域

本发明涉及光收发器，具体地说，本发明涉及具有增强的电磁

干扰耐受性的光收发器（在下文中将“电磁干扰”称为“EMI”）。

背景技术

光收发器通常包括：发射器光学子组件（在下文中称为TOSA），其用于发射信号光；接收器光学子组件（在下文中称为ROSA），其用于接收其它信号光；电路，其与TOSA及ROSA通信；以及壳体，其用于将TOSA、ROSA和电路包围在内部。一种类型的光收发器被称为插入式光收发器，这种光收发器可以在无需关闭主机系统的电源的情况下插入置于主机系统中的保持架中。

图10示出这种插入式光收发器100。图10所示的光收发器100将经由置于主机系统的面板103中的开口103a设置到主机系统的电路板104上的保持架102中。光收发器100的前端设置有光学插座106，外部光学连接器107设置在光学插座106中以确保光学连接器107中的外部光纤与安装在TOSA及ROSA中的有源器件之间的光耦合。保持架102的深端设置有电连接器。通过将光收发器100设置在保持架中，使得形成在光收发器100的后端处的电插塞与保持架中的电连接器相配合，从而建立光收发器100与主机系统之间的通信路径。

来自电子设备的EMI辐射是早已存在的问题。因为插入式光收发器以待插入保持架中的构造来使用，所以电磁干扰（在下文中称为“EMI”）辐射可能经由光收发器与保持架之间的物理间隙而泄漏。为了减少这种EMI辐射，光收发器通常设置有接地指部或接地鳍部，当光收发器100设置在保持架中时，接地指部或接地鳍部与保持架的内表面接触。

美国专利USP 7,491,090公开了一种附接在光学插座周围的类型的弹性指部。当光学连接器设置在光学插座中时，光学连接器向外推压弹性指部，以使弹性指部与保持架接触；当光学连接器从光学插座解除时，弹性指部脱离保持架，以便光收发器从保持架抽出。日本专利申请公开JP-2003-270492A公开了另一种类型的光收发器，该光收发器具有用于填充光学插座与端口之间的间隙的金属屏蔽件。

以上描述了用于减少EMI辐射的常规机构，即，光学插座周围的接地指部不仅与保持架接触以填充光学插座与保持架之间的间隙或至少使上述间隙变窄，而且确保了机壳接地或外壳接地。

然而，近来的光收发器以更高的频率操作，有时超过10GHz；小间隙会导致EMI辐射从光收发器泄漏。例如，面板与保持架之间的对准不良可能导致EMI辐射泄漏。此外，常规接地指部与相邻的指部之间固有地具有间隙，这也可能导致具有较高频率的EMI辐射泄漏。另外，设置在光学插座中的外部光学连接器与光学插座的内壁之间也形成有小间隙。尽管有些光学连接器采用了屏蔽这种间隙的部件，但近来的系统中所采用的小型连接器通常不具有设置这种屏蔽部件的空间。

因此，随着操作频率变得更高，设置屏蔽小间隙的辅助部件的方法显示出了局限性。本发明旨在提供一种减少来自光收发器的EMI辐射的技术，其与覆盖小间隙的方法不同。

发明内容

本发明涉及一种光收发器，所述光收发器包括：光学子组件、电路以及壳体，所述壳体用于将所述光学子组件和所述电路包围在内部。所述光学子组件可以将电信号和光信号中的一者转换成电信号和光信号中的另一者。与所述光学子组件通信的所述电路产生EMI辐射。根据本发明的光收发器的特征在于：所述壳体包括使电磁辐射衰减的梳状结构。

附图说明

下面参考附图描述本发明的非限制性且非穷举性的实施例；在全部附图中，相似的附图标记表示相似的部件，除非另有说明。

图1A是根据本发明的实施例的光收发器的透视图，其中图1A中的光收发器的顶盖是打开的，图1B是光收发器的外观；

图2是沿着设置在保持架中的光收发器的纵轴截取的剖视图；

图3A是示出包括梳状结构的顶盖的后部的透视图，图3B是沿着光收发器的纵轴截取的梳状结构的剖视图；

图4示意性地示出用于估算梳状结构作用的梳状结构的物理模型；

图5示出电磁波的衰减关于梳状结构中的齿数的计算结果；

图6A和图6B示意性地解释了梳状结构怎样使电磁波的H场向量衰减；

图7是变型的梳状结构的剖视图；

图8是另一种变型的梳状结构的剖视图；

图9是另一种变型的梳状结构的剖视图；以及

图10示出置于主机系统中的光收发器和保持架，光收发器将设置在主机系统中。

具体实施方式

下面参考附图描述根据本发明的一些实施例。

图1A和图1B是本发明的光收发器1的透视图，其中，图1A中的光收发器的顶盖10是打开的，而图1B的顶盖10是关闭的，并且接地指部13附接在顶盖10的前部。图2是沿着光收发器1的纵轴截取的剖视图，其中，光收发器1设置在置于主机系统中的保持架102中。

光收发器1包括：TOSA 1a、ROSA 1b、母板2、子板3、柔性印刷电路（在下文中称为“FPC”）板5、屏蔽件7、光学插座8、底座9、顶盖10、梳状结构11、以及接地指部13。在以下描述中，假定“前”与设置光学插座8的一侧相对应，“后”是设置有梳状结构11及电插塞2a的相反侧。

TOSA 1a和ROSA 1b在并排的位置设置在带有光学插座8的光收发器1的前部，并构成子组件单元。TOSA 1a和ROSA 1b中分别安装有光发射器件和光接收器件。

母板2和子板3安装有处理用于TOSA 1a和ROSA 1b的电信号的电路以及其它控制电路。母板2和子板3上的电路经由FPC板5与TOSA 1a及ROSA 1b电连接。设置在母板2与子板3之间的保持件6支撑位于底座9与顶盖10之间的空间中的母板2和子板3。从母板2和子板3各自的一侧引出的另一个FPC板4将母板2上的电路连接至子板3上的电路。

母板2安装有如下电路：该电路主要处理用于TOSA 1a和ROSA1b的信号，并且该电路以高频率进行操作，该高频率达到并有时超过10GHz。而子板3安装有用于对TOSA 1a、ROSA 1b以及母板2上的电路进行控制的电路。子板3上的电路可以以相对较低的频率或大致DC模式进行操作。尽管本实施例具有上述布置方式，但光收发器1不限于这些布置方式。子板3可以安装有能以高频率进行操作的电路。母板2的后端设置有电插塞2a，电插塞2a将与置于保持架102的深端中的电连接器接合。当光收发器1设置在保持架中时，电插塞2a与电连接器接合，以确保与主机系统的通信。

可以由金属制成的屏蔽件7与TOSA 1a的套筒和ROSA 1b的套筒配合，以填充固有地形成在TOSA 1a与光学插座8之间的间隙。屏蔽件7可以利用自身的顶板和底板来放置TOSA 1a和ROSA 1b的封装。也就是说，屏蔽件7可以提供与套筒配合的前板以及均从前板延伸的顶板和底板，在顶板与底板之间放置TOSA/ROSA的主体。

光学插座8设置在底座9的前部。光学插座8可以由金属或涂敷有导电材料的树脂制成并且具有一对开口8a，外部光学插塞配合到开口8a中，以使外部光纤与TOSA 1a及ROSA 1b中的光学器件耦合。

可以由金属制成的底座9包括底部和从底部的各边缘竖立的一对侧壁。利用保持件6和屏蔽件7保持在一起的上述两个板2和3安装在底座9上。底座9的后端设置有枢轴9a，顶盖10的后端10a枢转地附接到该枢轴9a上。

可以由金属制成的顶盖10覆盖由底座9的一对侧部和底部形成的空间。顶盖10设置有一对鞍状部10b，当顶盖10与底座9组装在一起时，鞍状部10b将TOSA 1a和ROSA 1b的套筒部分按压在底座9的底部上。顶盖10的内表面设置有梳状结构11，稍后将详细描述梳状结构11。底座9和顶盖10构成光收发器1的壳体。

图1B所示的接地指部13可以在不采用熔接、焊接等方法的情况下仅通过切割和弯折用金属片制成。当光收发器1设置在保持件102中时，接地指部13与保持架102的内表面接触。接地指部13可以具有对形成在光收发器1的外表面与保持架102之间的间隙进行屏蔽的功能。

这样构造的光收发器1具有由底座9和顶盖10形成的内部空间。该内部空间沿光收发器1的纵向延伸，从而可以被当作用于微波的波导腔体。该波导腔体的内部空间具有矩形剖面，并且固有地显示出由该矩形空间确定的截止频率。频率高于截止频率的电磁噪声可以在波导腔体中沿着波导腔体的纵向传播。

图3A是示出包括本发明梳状结构11的顶盖10的后部的透视图，而图3B是梳状结构11的剖视图。图3A和图3B所示的梳状结构11例如利用金属铸造法而与顶盖10形成一体。梳状结构11包括均横向向下地延伸的多个齿12。齿12可以对在光收发器1的腔体中传播的微波起到短截线（stub）的作用。最靠近的齿12之间的距离a优选地小于所要抑制的噪声波长的四分之一波长λ/4。

图4是用于估算噪声衰减的梳状结构11的示意性模型。金属腔体50具有23.06×141.1×5.28（W×L×H）mm³的尺寸，并且设置有如下梳状结构：各个齿具有3.71mm的高度，并且与最靠近的相邻齿的距离为10.1mm。该估算假定噪声频率为6.56GHz。

图5示出从腔体50的一个开口端进入并从另一端离开的电磁波的衰减结果。衰减与如下比率相对应：该比率是后一辐射幅度与前一辐射幅度之比。齿数的计数0与腔体中不设置齿的布置方式相对应。图5明确地示出电磁波的衰减随着齿数的增加而增加。具体地说，当齿12的数量超过9时，衰减急剧地增加。此外，图5所示的衰减对应于假定频率为6.56GHz的情况；然而，当电磁波的频率变大时，齿12的数量较少可能也是有效的。

实际地测量了EMI辐射的减少量。在如下布置方式下测量从光收发器泄漏的EMI辐射：在将光收发器插入保持架中时，将光收发器置于消声室中的桌子上，并且利用与被测试的光收发器相距3m的天线接收EMI辐射。光收发器具有13.6×7.3mm²（W×H）的尺寸，梳状结构11具有8个齿12，各个齿12都具有0.6×2.65mm²（L×H）的尺寸并且与最靠近的相邻齿的距离为0.6mm。一个齿与其它的齿相比高度较低。光收发器以10Gbps的速度操作。

在20.625GHz的情况下测量EMI辐射，对于不具有任何梳状结构的常规光收发器测得的泄漏功率为40.0dBμV/m，而对于具有梳状结构的实施例的光收发器测得的功率为35.7dBμV/m。因此，EMI辐射的减少实现了大约37%（4.3dB）的改善。此外，当使常规光收发器和本实施例的光收发器的光学插座朝向天线时，获得最大功率。

图6A和图6B示意性地示出利用梳状结构减少辐射噪声的机理。假定电磁波沿着光收发器的纵向传播并且梳状结构的各个齿的高度等于被研究的电磁波的四分之一波长λ/4，齿之间的间隙可以起到类似于短截线的作用。也就是说，出现在图6B中的与齿12之间的间隙相对应的区域B可以用作电磁波的H场向量的理想导磁体（PMC），这是因为H场向量可能在沿着纵向传播的电磁波与被该间隙的底部反射的电磁波之间抵消，从而可以将该间隙当作短截线。

另一方面，因为齿12正上方的区域A典型地起到E场向量的理想导磁体的作用，所以区域A中的截止频率fc可以由腔体的宽度来确定：

fc=c/2/W，

其中，c为光速，W为腔体的宽度。区域B中的截止频率fc′可以这样估算：

{fc}^{'} = fc \times \sqrt{{1 + {(W / 2 / t)}^{2}}}

其中，t为从齿的顶部到底座的长度，也就是用于H场向量的剩余空间的高度。因此，区域B中的截止频率fc′总是大于区域A中的截止频率。当齿的宽度W为10.67mm、高度h为2.65mm、剩余空间的长度t为1.65mm时，区域A中的截止频率fc变为14GHz，而区域B中的截止频率fc′可以估算为47.6GHz，大约是区域A中的截止频率的3倍。齿12的2.65mm高度h对应于28.3GHz的频率。具体地说，当电磁波具有大约20GHz的频率成分时，该频率成分可以在区域A中传播，但可能被区域B阻挡。因此，梳状结构11可以使频率成分处于光收发器的操作频率范围内的电磁波衰减。

下面描述梳状结构11的一些变型例。图7是变型的梳状结构11A的剖视图。图7所示的梳状结构11A独立于顶盖10形成，但相邻的齿之间的间隙的深度以与上述方式类似的方式设计。图7所示的变型例固有地具有如下优点：尽管前面的实施例中的顶盖10需要随着光收发器1的操作频率的变化而改变，但通过准备多种设计并根据操作频率更换一种梳状结构，可以将变型的梳状结构11A用于多种操作频率。因此，变型的梳状结构11A可以降低光收发器的成本。

图8是另一种梳状结构11B的剖视图。梳状结构11B具有如下特征：齿之间的各个间隙分别填充有介电材料12a，例如一种类型的玻璃部件。图8所示的梳状结构11B可以降低由间隙的深度确定的特征频率。

图9是另一种梳状结构11C的剖视图。梳状结构11C具有如下特征：介电薄膜覆盖梳状结构11C的主要部分，但齿之间的间隙是空的。图9所示的梳状结构11C同样可以降低由间隙的深度确定的特征频率。

在上述详细描述中，参考具体示例性实施例对本发明的方法和装置进行了描述。然而，显而易见的是，可以在不脱离本发明较广义的精神和范围的情况下对本发明进行多种变型和修改。因此，应该认为本说明书和附图是示例性的而不是限制性的。

Claims

1.一种光收发器，包括：

光学子组件，其将电信号和光信号中的一者转换成电信号和光信号中的另一者；

电路，其与所述光学子组件通信，所述电路产生电磁辐射；以及

壳体，其由导电材料制成，所述壳体包围所述光学子组件和所述电路，

其中，所述壳体包括使电磁辐射衰减的梳状结构。

2.根据权利要求1所述的光收发器，其中，

所述壳体包括顶盖和底座，所述顶盖设置有所述梳状结构。

3.根据权利要求1所述的光收发器，其中，

所述梳状结构包括形成间隙的至少两个齿，所述间隙的深度与所述电磁辐射的四分之一波长相对应。

4.根据权利要求1所述的光收发器，其中，

所述梳状结构包括至少一个齿，所述至少一个齿相对于所述壳体的壁形成间隙，所述间隙的深度与所述电磁辐射的四分之一波长相对应。

5.根据权利要求1所述的光收发器，其中，

所述梳状结构包括多个齿，每个齿与相邻的齿之间形成间隙，所述间隙与所述电磁辐射的四分之一波长相对应并且填充有介电材料。

6.根据权利要求5所述的光收发器，其中，

所述介电材料是玻璃部件。

7.根据权利要求1所述的光收发器，其中，

所述梳状结构包括多个齿，每个齿与相邻的齿之间形成间隙，所述间隙与所述电磁辐射的四分之一波长相对应，所述齿被介电材料覆盖。

8.根据权利要求7所述的光收发器，其中，

所述介电材料是玻璃部件。

9.一种光通信装置，包括：

主机系统，其设置有金属保持架；以及

光收发器，其设置在所述金属保持架中，

其中，所述光收发器包括：

光学子组件，其将电信号和光信号中的一者转换成电信号和光信号中的另一者，

电路，其与所述光学子组件通信，所述电路产生电磁辐射，

壳体，其由导电材料制成，所述壳体包围所述光学子组件和所述电路，以及

接地指部，其与所述金属保持架接触，

所述壳体包括使所述电磁辐射衰减的梳状结构。

10.根据权利要求10所述的光通信装置，其中，

所述壳体包括顶盖和底座，所述顶盖设置有所述梳状结构。

11.根据权利要求10所述的光通信装置，其中，

所述梳状结构包括多个齿，每个齿与相邻的齿之间形成间隙，所述间隙的深度与所述电磁辐射的四分之一波长相对应。

12.根据权利要求10所述的光通信装置，其中，

所述光收发器的壳体与所述金属保持架之间形成间隙，并且

所述接地指部包括多个指部，每个指部与相邻的指部之间形成间隙以使电磁辐射经由所述间隙泄漏。