CN103728699B - 用于板间互连的无线光模块 - Google Patents

Abstract

本发明为用于板间互连的无线光模块，其转换电路板包括激光器驱动电路、探测电路和数据接口电路。发射和接收光学天线各通过管脚垂直安装连接于转换电路板。发射光学天线、接收光学天线和转换电路板封装在模块封装结构内，电路接口凸出在模块封装结构外。发射光学天线包括发射微透镜、激光器、发射光学天线封装筒以及发射天线管脚。接收光学天线包括接收微透镜，光电探测器、接收光学天线封装筒和接收天线管脚。使用时两块业务电路板各插接一个本发明的无线光模块，业务电路板的电信号通过2个无线光模块的光信号发射接收和光电转换实现互连。本发明互连带宽高，损耗小，集成度高，传输速率高，安装精度影响小，实用性和可靠性显著。

Description

用于板间互连的无线光模块

技术领域

本发明属于激光通信技术领域，涉及业务电路板间无线高速率数据通信技术，具体为利用无线光通信技术的用于板间互连的无线光模块。

背景技术

随着数据通信业务和Internet的飞速发展，带宽需求呈爆炸性增长，为支持大数据量通信，如大型并行处理计算机、异步传输模式(ATM)交换机和雷达中的大数据量通信，需要大规模印制电路板(PCB)间的互连来支持大的吞吐量要求，显然，业务电路板间的互连是限制系统提高数据通信量的重要瓶颈。目前业务电路板间信号互连主要依靠电互连和光纤互连。对于电互连，通常采取两种方法增加传输带宽，一种是增加传输路径的数目，也就是增加板间铜互连线的数量，带来的问题是ASIC（英文Application SpecificIntergrated Circuits的缩写，即专用集成电路）的管脚越来越多、PCB的层数增加、系统成本也随之上升。另一种办法则是提高设备交换转发能力线速，如使用更高速的输入输出接口IO，采用差分技术等等。带来的挑战是信号完整性问题突出，整个物理链路的设计难度增加。光纤互连和电互连比较，具有带宽高、损耗小、基本不存在串扰、匹配和电磁兼容问题等优点。单芯光互连已得到广泛应用，但光纤互连一般占用空间较大，插拔麻烦。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述电互连和光纤互连技术的不足和缺点，提出的用于板间互连的无线光模块，无线光模块中封装了光发射天线、光接收天线和转换电路板，并有电路接口。电路接口可直接与电路板连接，插接有本无线光模块的业务电路板可通过激光无线互连。

本发明用于板间互连的无线光模块的技术方案是这样实现的：包括一块安装有一个发射光学天线和一个接收光学天线的转换电路板，所述转换电路板包括激光器驱动电路、探测电路和数据接口电路。发射光学天线和接收光学天线垂直安装在转换电路板上，二个天线通过管脚与转换电路板相连。发射光学天线、接收光学天线和转换电路板封装在模块封装结构内，转换电路板的电路接口凸出在模块封装结构外。

所述发射光学天线包括发射微透镜、激光器、发射光学天线封装筒以及发射天线管脚。激光器封装于发射光学天线封装筒内，发射微透镜嵌于发射光学天线封装筒的顶端，发射微透镜的中心线与激光器发光面的中心线重合。激光器下接的发射天线管脚从发射光学天线封装筒底端伸出，与转换电路板相连接。

所述接收光学天线包括接收微透镜、光电探测器、接收光学天线封装筒和接收天线管脚。光电探测器封装于接收光学天线封装筒内，接收微透镜嵌于接收光学天线封装筒的顶端，接收微透镜的中心线与光电探测器探测面的中心线重合。光电探测器下接的接收天线管脚从接收光学天线封装筒底端伸出，与转换电路板相连接。

所述发射光学天线和接收光学天线的光轴距离大于或等于20mm，减少反射杂散光的影响。发射光学天线和接收光学天线的光轴平行度小于0.5°。以保证与对端无线光模块的发射与接收对应。

所述发射微透镜和激光器发光面之间的距离可调节，发射光学天线发射的光束发散角为25°～45°。

所述接收微透镜和光电探测器探测面之间的距离固定，接收光学天线接收光束的视场角为3°～5°。

发射光学天线封装筒和接收光学天线封装筒为金属壳体，不但起着结构上的支撑作用，同时为其内的激光器或光电探测器散热。

接收微透镜和发射微透镜为半球透镜。

模块封装结构上有3～8个安装孔，以将无线光模块固定连接于电路板。

2个本发明的板间互连的无线光模块分别经电路接口插接于两块需要信号互连的业务电路板，2个无线光模块之间的最小距离为10mm～100mm。且一端的无线光模块的接收光学天线光轴与对端无线光模块的发射光学天线光轴的平行度小于或等于4°，二光轴的距离小于或等于4mm。

业务电路板通过电路接口将业务电路板的电信号送入无线光模块的转换电路板，电信号通过转换电路板的激光器驱动电路来驱动激光器发光，发出光信号，该光信号由对端电路板所接的无线光模块接收。同时本无线光模块的接收光学天线接收对端发射的光信号，光信号被光电探测器转换为微弱的电信号，探测电路对此电信号进行放大和整形处理，经电路接口传输到所连接的业务电路板。从而实现两块业务电路板的互连。

与现有技术相比，本发明用于板间互连的无线光模块的优点为：1、与电互连方式相比，使用本无线光模块互连带宽高、损耗小，且基本不存在串扰、匹配和电磁兼容问题；与光纤互连方式相比，使用本无线光模块互连插拔方便、节省空间；2、集成度高，传输速率高（通信速率最高可达10Gbps），适用于电磁环境复杂的系统；3、两块互连的业务电路板之间的距离没有严格限定，无线光模块探测动态范围为-20dBm到0dBm，满足一般业务电路板互连的要求；4、无线光模块发射光束较大的发散角以及较宽的光束接收视场角，克服了电路板加工及无线光模块安装精度导致的本端发射与对端接收位置偏移的问题，二者相对位置偏差小于4mm即可正常工作；5、加工方便，成本不高，实用性和可靠性显著。

附图说明

图1是用于板间互连的无线光模块实施例结构侧视示意图；

图2是用于板间互连的无线光模块实施例结构俯视示意图；

图3是图1中的发射光学天线结构示意图；

图4是图1中的接收光学天线结构示意图；

图5是本用于板间互连的无线光模块实施例在2块业务电路板间实现互连的示意图。

图中标号为：

1、发射光学天线，11、发射微透镜，12、激光器，13、发射光学天线封装筒，14、发射天线管脚，2、接收光学天线，21、接收微透镜，22、光电探测器，23、接收光学天线封装筒，24、接收天线管脚，3、转换电路板，4、电路接口，5、模块封装结构，51、安装孔。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更加清晰，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本用于板间互连的无线光模块实施例结构参照图1和图2，即本实施例的结构侧视图和俯视图。发射光学天线1和接收光学天线2垂直安装在转换电路板3上,发射光学天线1和接收光学天线2的光轴平行度小于0.5°，二者距离为25mm。所述转换电路板3包括激光器驱动电路、探测电路和数据接口电路。发射光学天线1、接收光学天线2和转换电路板3封装在模块封装结构5内，转换电路板3的电路接口4凸出在模块封装结构5外。模块封装结构5的四角各有一安装孔51。

本例发射光学天线1的结构如图3所示，激光器12封装于发射光学天线封装筒13内，发射微透镜11嵌于发射光学天线封装筒13的顶端，发射微透镜11的中心线与激光器12发光面的中心线重合。本例发射微透镜11直径1.5mm，为K9玻璃材料的半球透镜。激光器12下接的发射天线管脚14从发射光学天线封装筒13底端伸出，与转换电路板3相连接。发射微透镜和激光器发光面之间的距离可调节，使发射光学天线发射的光束的发散角为25°～45°。激光器12发射1550nm或者1310nm通信波段的激光，发射功率为5mW。

本例接收光学天线2的结构如图4所示。光电探测器22封装于接收光学天线封装筒23内，接收微透镜21嵌于接收光学天线封装筒23的顶端，接收微透镜21的中心线与光电探测器22探测面的中心线重合。本例接收微透镜21直径3.0mm，为K9玻璃材料的半球透镜。本例光电探测器22为雪崩光电二极管（简写APD，英文为Avalanche Photo Diode），接收1550nm或者1310nm通信波段的激光，光电探测器22下接的接收天线管脚24从接收光学天线封装筒23底端伸出，与转换电路板3相连接。接收微透镜21和光电探测器22探测面之间的距离固定，接收光学天线2接收光束的视场角为4°。在通信速率1.25Gbps时，探测器的灵敏度达-30dBm。

本例发射光学天线封装筒13和接收光学天线封装筒23均为金属壳体。

本例用于2块业务电路板互连的示意图参照图5，2块本例的无线光模块分别与业务电路板A和业务电路板B连接。无线光模块的电路接口4插在业务电路板上，螺钉经模块封装结构5的安装孔51固定连接无线光模块和业务电路板。

业务电路板A通过电路接口4将电信号传输给A端的无线光模块的转换电路板，该电信号通过其中激光器驱动电路驱动激光器发出相应电信号的光信号。该光信号通过发射光学天线1，以合适的功率以及发射角发射。B端的无线光模块的接收光学天线2接收其视场角内一定功率的光信号、并转换为相应的微弱电信号，B端的转换电路板中的探测电路对该微弱电信号进行放大和整形处理，再通过电路接口4输出到业务电路板B。B端无线光模块的接收光学天线2与A端无线光模块的发射光学天线1的之间的最小距离为20mm。A端的无线光模块的接收光学天线光轴与B端无线光模块的发射光学天线光轴的的平行度等于3°，二光轴的距离小于2mm。

业务电路板B将数据传输到业务电路板A的过程与此相同。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于板间互连的无线光模块，包括一块安装有一个发射光学天线(1)和一个接收光学天线(2)的转换电路板(3)，所述转换电路板(3)包括激光器驱动电路、探测电路和数据接口电路；发射光学天线(1)和接收光学天线(2)垂直安装在转换电路板(3)上；发射光学天线(1)、接收光学天线(2)和转换电路板(3)封装在模块封装结构(5)内，转换电路板(3)的插接业务电路板的电路接口(4)凸出在模块封装结构(5)外；

所述发射光学天线(1)包括发射微透镜(11)、激光器(12)、发射光学天线封装筒(13)以及发射天线管脚(14)；激光器(12)封装于发射光学天线封装筒(13)内，发射微透镜(11)嵌于发射光学天线封装筒(13)的顶端，发射微透镜(11)的中心线与激光器(12)发光面的中心线重合；激光器(12)下接的发射天线管脚(14)从发射光学天线封装筒(13)底端伸出，与转换电路板(3)相连接；

所述接收光学天线(2)包括接收微透镜(21)，光电探测器(22)、接收光学天线封装筒(23)和接收天线管脚(24)；光电探测器(22)封装于接收光学天线封装筒(23)内，接收微透镜(21)嵌于接收光学天线封装筒(23)的顶端，接收微透镜(21)的中心线与光电探测器(22)探测面的中心线重合；光电探测器(22)下接的接收天线管脚(24)从接收光学天线封装筒(23)底端伸出，与转换电路板(3)相连接；

所述发射光学天线(1)和接收光学天线(2)的光轴距离大于或等于20mm，发射光学天线(1)和接收光学天线(2)的光轴平行度小于0.5°；

所述发射微透镜(11)和激光器(12)发光面之间的距离可调节，发射光学天线(1)发射的光束发散角为25°～45°；

所述接收微透镜(21)和光电探测器(22)探测面之间的距离固定，接收光学天线(2)接收光束的视场角为3°～5°。

2.根据权利要求1所述的用于板间互连的无线光模块，其特征在于：

所述发射光学天线封装筒(13)和接收光学天线封装筒(23)为金属壳体。

3.根据权利要求1所述的用于板间互连的无线光模块，其特征在于：

所述发射微透镜(11)和接收微透镜(21)为半球透镜。

4.根据权利要求1所述的用于板间互连的无线光模块，其特征在于：

所述激光器(12)发射1550nm或者1310nm通信波段的激光，所述光电探测器(22)接收的的激光波段与其对应，为1550nm或者1310nm通信波段的激光。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于板间互连的无线光模块，其特征在于：

2个所述的用于板间互连的无线光模块分别经电路接口(4)插接于两块需要信号互连的业务电路板，2个无线光模块之间的最小距离为10mm～100mm。

6.根据权利要求5所述的用于板间互连的无线光模块，其特征在于：

所述的一端的无线光模块的接收光学天线光轴与对端无线光模块的发射光学天线光轴的的平行度小于或等于4°，二光轴的距离小于或等于4mm。