CN104395802A - 电子装置的即插即用光收发器模块 - Google Patents

电子装置的即插即用光收发器模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于电子装置的光收发器模块。在一个实施方案中，光收发器模块具有用于接收并传输光信号的电路板组件，所述电路板组件具有连接至所述电路板的连接器机壳以便所述电路板设置在所述机壳外部。光收发模块还包括面板，所述面板可具有一个或多个连接特征，以用于将所述面板和/或光收发器模块固定至装置。通过将所述电路板布置在所述光收发器模块的所述机壳外部，所述模块的尺寸大幅度减小，从而提供适于装配在具有相对薄轮廓的电子装置中的有利布置。另外，所述光收发器模块可任选地包括一个或多个电触点。

Description

电子装置的即插即用光收发器模块
优先权
本申请依据专利法要求2012年4月27日申请的美国临时申请61/639,326的优先权权益，所述临时申请的内容是本申请的基础并且以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及用于电子装置的光收发器模块。更确切来说，本公开涉及光收发器模块，所述模块可被安装在电子装置的端口中。
背景技术
由于电子装置正迈向在较高数据速率下的操作，这些装置上的电接口与电传输缆线将达到其频宽容量限制。此外，电子装置的尺寸(footprint)有越小越薄的趋势。
常规光收发器模块被认为是设计用于数据中心应用，以便实现相对高的数据传送速度。这些常规光收发器被设置在机盒或机壳中，使得收发器可被插入并固定至设备中且锁定到位。换句话说，常规光收发器的部件是装载在机盒或机壳中。另外，机盒或机壳提供了外部框架，用以将模块插入至相应端口中，从而将模块连接到所需设备。因此，常规光收发器是相对大型又笨重的装置。
因此，对可用于相对小型装置的光接口存在尚未解决的需求，所述相对小型装置如典型消费者应用的个人设备，如智能型手机、平板计算机和具有相对小尺寸的其它消费型装置。本文公开的概念解决对用于小规格装置的光接口的这个尚未解决的需求。
发明内容
本公开涉及光收发器模块，所述光收发器模块适于插入至装置的端口中，所述装置如智能型手机、平板计算机和其它装置。本公开的一个实施方案涉及一种具有电路板组件的光收发器模块，所述电路板组件用于接收并传输光信号。电路板组件包括电路板和连接器机壳，所述连接器机壳连接至所述电路板以便所述电路板设置在所述机壳外部。光收发器模块还包括面板。通过将所述电路板布置在所述光收发器模块的机壳外部，模块的尺寸被大幅度减小，从而提供适于装配在具有相对薄轮廓的电子装置中的有利布置。另外，光收发器模块可任选地包括一个或多个电触点，或所述面板可具有至少一个连接特征，以用于将所述面板和/或所述光收发器模块固定至装置。然而，连接特征可被设置在所述光收发器模块的其它部分上，如设置在所述连接器机壳上。
本公开的另一个实施方案涉及一种具有电路板组件的光收发器模块，所述电路板组件用于接收并传输光信号。电路板组件包括电路板和一个或多个有源装置，如至少一个诸如VCSEL的激光器和至少一个光电二极管。连接器机壳被连接至所述电路板组件以便所述电路板设置在所述机壳外部，并且所述连接器机壳可具有由袋腔分开的第一凸角(lobe)和第二凸角。如全内反射(TIR)模块的光模块设置在所述连接器机壳的袋腔中，并且所述TIR模块可按需要包括多个GRIN透镜或一体成型透镜。所述光收发器模块还包括面板，所述面板具有用于将所述光收发器模块固定至装置的连接特征。连接器机壳可被布置以便所述袋腔的开口侧与所述电路板相邻。另外，所述光收发器模块可任选地包括一个或多个电触点。在其它实施方案中，在使用或不使用电触点的情况下，连接器机壳可具有无凸角的袋腔。
本公开还关于用于制作光收发器模块的方法，所述方法包括：提供电路板组件，所述电路板组件具有电路板和一个或多个有源部件；对准光模块以使所述光模块与一个或多个有源部件光学通信；以及，将连接器机壳连接至所述电路板组件，以便所述电路板设置在所述连接器机壳外部。其它方法可进一步包括：连接所述连接器机壳以便所述连接器机壳的袋腔围绕所述光模块设置；将多个GRIN透镜连接至所述光模块；或连接所述连接器机壳以便第一电触点设置在所述连接器机壳的第一凸角中，并且第二电触点设置在所述连接器机壳的第二凸角中。
其它特征和优点将在以下的详述中阐述，并且在部分程度上，本领域技术人员将从说明书清楚地明白这些特征和优点，或者通过实践本文(包括随附权利要求书以及附图)中所描述的特征和优点来认识。
应理解，前述一般描述和以下详述提出了诸多实施方案，这些实施方案意图提供用于理解权利要求书的性质和特征的概述或框架。附图被包括来提供对公开内容的进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图例示了各种实施方案，并且与说明书一起用于解释原理和操作。
附图说明
图1和图2为根据本文公开的概念的示例性光收发器模块的透视图；
图3为图1和图2中光收发器模块的部分分解图；
图4为图1和图2中部分分解的光收发器模块的特写图；
图5为包括光收发器模块的端口的电子装置的透视图；
图6为图5的电子装置的透视图，示出了光收发器模块被对准以插入所述电子装置的端口中；
图7为图5的电子装置的透视图，其中光收发器模块安装电子装置的端口中；
图8为图7的电子装置的特写透视图，所述电子装置具有安装在电子装置端口中的光收发器模块；
图9为示出与缆线组件配接的光收发器模块的透视图，其中为清晰起见拆下了电子装置；
图10和图11为示出光收发器模块与缆线组件在未配接状态下的各种透视图；
图12为另一光收发器模块的部分分解视图，所述光收发器模块具有用于将其固定至装置端口的替代性连接特征；
图13和图14为示出另一光收发器模块的透视图，所述光收发器模块具有用于将其固定至装置端口的另一连接特征；
图15为另一光收发器模块的透视图，所述光收发器模块具有用于将其固定至装置端口的不同连接特征。
具体实施方式
现在将详细地参考本公开的优选实施方案，所述实施方案的实施方案被例示在附图中。在一切可能的情况下，将使用相同参考数字来指代相同的部件和零件。
本文公开的光收发器模块使得高速数据应用(如5GB/sec或更高的速度)能够用于将光信号传输至电子装置，并伴随获得相对小型与紧凑的尺寸，使得光收发器模块适用于如消费者装置和类似装置的电子装置。光收发器模块可被插入电子装置的端口中，以便光收发器模块能接收光信号以供转换成电信号，并反之亦然以供传输信号。为了传输/接收光信号，光收发器模块可包括用于导引光信号的光模块，如可包括一个或多个透镜的全内反射(TIR)模块。光模块的一个或多个透镜适用于将来自传输通道的光准直或聚焦至互补缆线组件中的光纤，所述传输通道与如垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激光器光学耦合；并且，适用于将来自互补缆线组件中的光纤的光准直或聚焦至光模块的接收通道，所述接收通道与如光电二极管或类似元件的有源元件光学耦合。光收发器模块可包括面板，所述面板具有用于将光收发器模块固定至电子装置的端口的至少一个连接特征。在某些实施方案中，光收发器模块具有宽度大于高度的尺寸。光收发器具有长度相对短的电路板，所述电路板在安装时形成与电子装置的电连接。因此，光收发器模块以有利地适用于具有薄且紧凑外形和类以外形的电子装置的尺寸来提供即插即用连接性。
图1和图2为根据所公开概念的示例性光收发器模块100的透视图。所示的光收发器模块100包括用于接收和传输光信号的电路板组件10、连接至电路板组件100的电路板12的连接器机壳20，以及面板30。如图所示，电路板12设置在连接器机壳20外部，并且面板30具有用于将光收发器模块100固定至装置的至少一个连接特征32。另一方面，常规光收发器具有外机壳(即机盒)，所述外机壳围绕并保护模块的各部件，同时还限定装置的尺寸。常规光收发器的这些外机壳(即机盒)是笨重的并具有相对大型的尺寸。通常，常规光收发器的这些机壳还作为连接特征的一部分被并入，以便在将常规光收发器插入端口中时实现连接性，这使得常规光收发器的机壳更加庞大。因此，所公开的概念提供了超越常规光收发器模块的优点。
如图所示，电路板12具有设置在其上的多个电触点16，用于当光收发器模块100被安装入装置的端口中时形成电连接。电路板组件10包括一个或多个有源部件14(图3)，如光电二极管、VCSEL等，用于对如TIR模块的光模块40来回传输和/或接收光信号。电路板组件10还可包括用于支持电光转换和光电转换的其它部件，如激光驱动器、重定时电路等。有源部件14可取决于设计的规定而以任何适合的方式电连接和/或安装到电路板12，如经由引线框架来连接和/或安装，或直接连接和/或安装在电路板12上。光模块40用来对电路板组件10的有源部件14来回传输信号。
举例来说，本文公开的光收发器模块可使用形成为成型零件的光模块，如全内反射(TIR)模块，其用于将光模块的配合接口的光路与电路板上的如光电二极管和/或VCSEL的有源光部件对准，并将光信号耦合至这些有源部件14。换句话说，有源部件14与光模块的所需部分(如TIR模块的透镜)对准，以用于建立TIR模块内的传输与接收通道，并在对光收发器模块/连接器接口来回导引光。
所公开的光收发器模块也可任选地包括一个或多个电触点，用于除传输光信号之外传输电信号、电力等。在所示出的光收发器模块100中，连接器机壳20连接至电路板组件10，以便电路板12设置在连接器机壳20外部。这个连接器机壳20支撑设置在机壳中的具有一个或多个电触点50的任选电接口。尽管这个实施方案中的电触点50是擦拭型触点，但是电触点可按需要具有如插针或弹簧触点的任何适合配置，并且连接器机壳可根据对给定电触点配置的需要来修改。
在这个实施方案中，第一电触点50设置在连接器机壳20的第一凸角21内，并且第二电触点50设置在连接器机壳20的第二凸角22内。第一凸角21和第二凸角22由连接器机壳20的袋腔23分开，袋腔23内设置有光接口(如光模块)；然而，其它光收发器模块实施方案可在需要时具有用于光/电接口的其它配置。确切来说，第一电触点50设置在第一凸角21中，并且第二电触点50设置在第二凸角22中。第一电触点和第二电触点50设置在相应的第一轨和第二轨52上。进一步来说，当组装光收发器模块100时，TIR模块40(如光模块)设置在连接器机壳20的袋腔23中。因此，光接口由光模块40提供，并且电接口由设置在光收发器模块的相应第一轨和第二轨52上的第一电触点和第二电触点50提供。
光模块40可在配接表面处具有用于信号光学传输的任何适合配置。举例来说，光模块40可具有一体成型于模块的配接表面处并带有或不带有保护性罩的透镜，或光模块40可包括设置在光模块40的孔内的多个梯度折射率(GRIN)透镜、光纤等，以用于对电路板组件10的主动装置来/回输送光信号。如这个实施方案所示，光模块40具有四个导波孔41，以用于将梯度折射率(GRIN)透镜、光纤等接收在孔中从而输送光学(即光)信号。光模块/光收发器模块的其它变化形式可具有任何适合数量的光通道，如二个、六个或八个光通道。光模块40还可具有任选的引导插针孔43(即较大孔)，所述引导插针孔设置在TIR模块的导波孔41外侧。引导插针孔43适用于提供与互补插头的对准；然而，连接器机壳20可用于提供与互补插头而不是引导插针的适当对准。
此外，光模块40还可在下表面上包括一个或多个透镜(未编号)，以用于将来自如VCSEL的发射器的光准直或聚焦至光纤中，并将来自光纤的光准直或聚焦至如光电二极管的接收器通道中。因此，所公开的光收发器模块可具有相对小的形状因子，使得它们适于与小型消费者装置和类似装置一起使用。同样地，本文公开的光收发器模块的其它结构和/或配置允许紧凑的形状因子。
在这个实施方案中，光模块40被配置成包括光学回转(optical turn)或全内反射TIR表面42(或反射镜)的TIR模块，以便将光路径重新定向90度(即以折叠路径来转动光)，从而允许用于光收发器模块的相对小形状因子，因为有源部件可位于与插座/插头方向对准的电路板上。TIR模块上的TIR表面42为两种不同材质之间反射光的界面，因为TIR模块的如空气与聚合物之间的界面具有两种不同的折射率，从而引起光在TIR表面42反射并通过TIR模块内的内反射而改变光的方向。所公开的概念也可与不转动光信号而代之以沿线(例如笔直地)传递光信号至有源部件的光模块一起使用。例如，有源部件可被安装在连接至电路板12的引线框架上，并且光模块被对准以用于对引线框架上的有源部件来/回传输光信号。
图3为光收发器模块100的部分分解图，示出了模块的细节和构造。如图所示，TIR模块具有TIR反射镜或表面42，以用于将光信号从导波孔41中的光导波朝向位于TIR模块下方的有源光部件14转动，从而实现与所述有源光部件的光学耦合。当组装时，TIR模块安置于连接器机壳的袋腔23内以便TIR模块设置在电路板12与连接器机壳20之间并且在第一凸角21与第二凸角22之间。电触点50也示出为位于轨52上并进而配置成与电路板组件10电接触。轨52是由介电材料形成以用于使电触点50与连接器机壳20绝缘。
图4为光收发器模块100的部分分解特写图。确切来说，图4示出光模块40和有源光部件14相对于电路板12的关系。TIR模块在底部表面上具有多个透镜(不可见)，当组装时，所述透镜在有源部件14上对准以用于将来往于TIR模块的透镜的光信号与有源部件14(即光电二极管和VCSEL)耦合。在这个实施方案中，有源光部件14布置在引线框架上并连接至电路板组件10的电路板12，但可按需要单独安装在电路板上。电路板12还可包括用于按需要对准有源光部件14和/或光模块40的安装特征。
如图所示，连接器机壳20具有一个或多个安装突片26，以用于将连接器机壳20固定至电路板12的平坦表面(即连接器机壳安置在电路板的顶部上)，而不同于将电路板设置在或部分地设置在收发器的连接器机壳内的常规光收发器模块。连接器机壳20具有宽度W，所述宽度大于连接器机壳20的高度H，并且被布置来使得连接器机壳20的宽度W实质上与电路板10的平坦表面平行。连接器机壳20的高度H和宽度W可具有任何适合尺寸。举例来说，高度H可为10毫米或更小，并且可按对给定装置/端口大小和形状的需要而为甚至更小的，例如8.5毫米或更小。因此，所公开的光收发器模块100具有紧凑的尺寸，所述尺寸可配合于如电话、平板计算机、膝上型计算机等的薄形消费者电子装置中。此外，安装突片26可在需要时被焊接到电路板上以使连接器机壳20接地。
连接器机壳20与面板30的开口31对准，以便互补连接器可通过面板30的开口31插入并与连接器机壳20接合，以按需要形成光和/或电连接。此外，面板30包括在面板30的开口31外的至少一个连接特征32，以用于将光收发器模块100固定至适合电子装置。在这个实施方案中，所示的连接特征32被示出为弹性臂，但可具有任何适合结构，如闩扣、紧固件(如螺钉、螺栓等)，以用于将光收发器模块100与电子装置固定并保持在一起。确切来说，连接特征32是设置在面板30的相对侧面上的两个弹性臂，但面板或其它结构可在需要时具有单一连接特征。当插入至装置的端口中时，弹性臂偏转并接着弹回，以使弹性臂上的闩扣将光收发器模块锁入端口中。在其它实施方案中，连接特征可设置在光收发器模块的其它部件上，如设置在连接器机壳或电路板上。
图5为可接收光收发器模块100的电子装置200的透视图。电子装置200可为电话、PDA、膝上型计算机、平板计算机等。电子装置200可具有可拆卸面板202，所述可拆卸面板覆盖电子装置200中的端口204以接收光收发器模块100。因此，光收发器模块100的费用不需合并到装置中，取而代之，消费者可在需要时购买并加装所述模块并可负担这笔费用。
图6为电子装置200的透视图，其中拆下了面板202并示出端口204，并且光收发器模块100预备插入端口204中。光收发器模块100可具有各种适合的设计，这些设计支持不同的通道数量、数据传送速度以及插入光收发器模块100中的连接器类型。
图7为电子装置200的透视图，其中光收发器模块100安装入电子装置200的端口204中。电路板12背面的电触点16与电子装置200中的互补电触点接合，以在光收发器模块100与电子装置200之间形成电连接，如用于提供电力并传送信号。因而，一旦将电子装置200安装入端口204中，电子装置200就能实现高速的数据速度，如5吉比特(gigabits)/秒或更高。
图8为电子装置200的特写透视图，其中光收发器模块100安装入电子装置200的端口204中。如图所示，光收发器模块100的面板30的连接特征32与电子装置200上的互补特征接合以用于固定所述光收发器模块。电子装置200随即预备借助于具有互补连接器的缆线组件与外部装置形成光和/或电连接。
图9为示出光收发器模块100的透视图，出于清晰的目的，将所述光收发器模块已从电子装置拆下并与缆线组件300连接而达成光连接性。缆线组件300具有连接至光纤缆线310的互补无源光连接器320。这个实施方案的光纤缆线310还包括与连接器320的电触点电连通的导电体。图10为示出光收发器模块100的透视图，出于清晰的目的，将所述光收发器模块再次从电子装置拆下并处于与缆线组件300连接前的状态。
图11为示出光收发器模块100的转向视角的透视图，出于清晰的目的，将所述光收发器模块从电子装置拆下并处于与具有互补连接器320的缆线组件300连接前的状态。所示出的是互补连接器的双“凸角”连接器机壳设计。这种双凸角几何形状设计以非常低高度的封装来提供高刚性，并且机壳中的孔口在需要时允许可对光学表面的简单清洁。然而，使用所公开概念的连接器机壳的其它设计、其它部件和/或布置都是可能的。
举例来说，连接器机壳可具有将光模块固定至装置的端口的特征或结构。图12为另一光收发器模块100’的部分分解图，所述光收发器模块100’类似于光收发器模块100，但是具有设置在连接器机壳20’上而不是面板的一部分上的连接特征。确切来说，连接器机壳20’包括连接特征20a，所述连接特征被配置成由连接器机壳形成的突片，以用于将所述连接器机壳固定至装置的端口。如图所示，突片由机壳形成且弹起到向上位置，以便突片可被偏转并连接到装置的端口中。由于连接器机壳20’将光收发器模块100’固定至装置，所示出的面板30’不需要具有用于固定模块的连接特征，而只需要固定自身即可。例如，面板30’可使用卡扣配合、粘合剂等来固定。然而，面板仍可在需要时具有用于连接/固定的弹性臂，例如面板30。
光收发器模块的其它变化形式都是可能的。图13和图14为示出光收发器模块100”的透视图，所述光收发器模块100”类似于光收发器模块100，但是具有设置在连接器机壳20’上而不是面板的一部分上的连接特征。如图13中最佳所示，连接器机壳20”包括连接特征20a，所示连接特征被配置成由连接器机壳形成的突片，以用于将连接器机壳固定至装置的端口。如图所示，第一突片和第二突片由机壳形成且弹起到相应侧面。第一突片和第二突片还包括相应开口，以用于接收将光收发器模块连接到装置的端口的紧固件20b。本实施方案使用具有如图所示弹性臂的面板30，以用于将面板固定至装置200。图14描绘插入装置200的端口中的光收发器模块100”，以便紧固件可插入突片的开口中并拧紧。
图15为另一光收发器模块100”的透视图，所述光收发器模块100”类似于光收发器模块100，但是具有将光收发器模块固定至装置的端口的不同连接特征。在这个实施方案中，电路板12包括被配置成电路板中的闩扣或槽口的一个或多个连接特征12a，所述连接特征可接合装置端口内的结构，如用于保持模块的弹性指状物。面板30’可使用卡扣配合、粘合剂等来固定，或可连接到模块。
尽管本文中已参考本公开的优选实施方案和特定实施例来说明并描述了公开内容，但是本领域一般技术人员将显而易见的是，其它实施方案和实施例可执行类似的功能和/或实现类似结果。所有这些等效实施方案和实施例都在本公开的精神和范围内，并且意图受所附权利要求书的涵盖。本领域技术人员还将明白的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下对所公开的概念做出各种修改和变化。因此，本申请意图涵盖这些修改和变化，前提是它们全部落在所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (22)

1.一种光收发器模块，其包括：
电路板组件，用于接收并传输光信号，所述电路板组件包括电路板；
连接器机壳，其连接至所述电路板组件以便所述电路板设置在所述连接器机壳外部；以及
面板。
2.如权利要求1所述的光收发器模块，所述连接器机壳具有由袋腔分开的第一凸角和第二凸角。
3.如权利要求2所述的光收发器模块，所述连接器机壳被布置以便所述袋腔的开口侧与所述电路板相邻。
4.如权利要求2或3所述的光收发器模块，全内反射(TIR)模块设置在所述连接器机壳的所述袋腔内。
5.如权利要求4所述的光收发器模块，所述TIR模块包括多个GRIN透镜。
6.如权利要求2至5所述的光收发器模块，第一电触点设置在所述第一凸角内，并且第二电触点设置在所述第二凸角内。
7.如权利要求6所述的光收发器模块，所述第一电触点设置在第一轨上，并且所述第二电触点设置在第二轨上。
8.如权利要求1至7所述的光收发器模块，所述连接器机壳具有宽度，所述宽度大于所述连接器机壳的高度，其中所述连接器机壳的所述宽度实质上与所述电路板的平坦表面平行。
9.如权利要求1至8所述的光收发器模块，所述电路板组件包括光电二极管和VCSEL。
10.如权利要求1至9所述的光收发器模块，所述面板或所述连接器机壳具有选自弹性臂、突片、闩扣或紧固件的组的至少一个连接特征。
11.如权利要求1至10所述的光收发器模块，所述光收发器模块为电子装置的一部分。
12.一种光收发器模块，其包括：
电路板组件，用于接收并传输光信号，所述电路板组件包括至少一个VCSEL和至少一个光电二极管以及电路板；
连接器机壳，其连接至所述电路板组件以便所述电路板设置在所述连接器机壳外部，所述连接器机壳具有由袋腔分开的第一凸角和第二凸角；
全内反射(TIR)模块，其设置在所述连接器机壳的所述袋腔内，其中所述TIR模块包括多个GRIN透镜；以及
面板，其具有用于固定所述光收发器模块的至少一个连接特征。
13.如权利要求12所述的光收发器模块，所述连接器机壳被布置以使得所述袋腔的开口侧与所述电路板相邻。
14.如权利要求12或13所述的光收发器模块，第一电触点设置在所述第一凸角中，并且第二电触点设置在所述第二凸角中。
15.如权利要求14所述的光收发器模块，所述第一电触点设置在第一轨上，并且所述第二电触点设置在第二轨上。
16.如权利要求12至15所述的光收发器模块，所述连接器机壳具有宽度，所述宽度大于所述连接器机壳的高度，其中所述连接器机壳的所述宽度实质上与所述电路板的平坦表面平行。
17.如权利要求12至18所述的光收发器模块，所述面板的至少一个连接特征为弹性臂、闩扣或紧固件。
18.如权利要求12至17所述的光收发器模块，所述光收发器模块为电子装置的一部分。
19.一种用于制作光收发器模块的方法，所述方法包括：
提供电路板组件，所述电路板组件包括电路板和一个或多个有源部件；
对准光模块以使所述光模块与一个或多个有源部件光学通信；以及
将连接器机壳连接至所述电路板组件，以便所述电路板设置在所述连接器机壳外部。
20.如权利要求19所述的方法，其进一步包括：连接所述连接器机壳以便所述连接器机壳的袋腔围绕所述光模块设置。
21.如权利要求19或20所述的方法，其进一步包括：将多个GRIN透镜连接至所述光模块。
22.如权利要求19至21中任一项所述的方法，其进一步包括：连接所述连接器机壳以便第一电触点设置在所述连接器机壳的第一凸角中，并且第二电触点设置在所述连接器机壳的第二凸角中。
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