CN104793299B - 组合光和电气接口 - Google Patents

Abstract

连接端口提供电气接口能力和/或光接口能力。组合的电气和光接口端口可将光通信光引擎包含在连接端口自身内。连接端口包含结合在一起的连接器外壳、电气接口组件和光接口组件。光通信光引擎的一种实现包含用于生成光信号的激光二极管、用于接收光信号的光电二极管和用于控制光接口的光集成电路(IC)。

Description

组合光和电气接口

技术领域

一般而言，本发明的实施例涉及输入/输出(I/O)接口，并且更具体地说，涉及I/O接口以及具有光接口能力和电气接口能力的相关联连接器。

版权声明/许可

这个专利文档的公开部分可含有受到版权保护的资料。因该专利文档或专利公开出现在专利和商标局专利文件或记录中，版权所有人不反对任何人复制该专利文档或专利公开，但否则无论如何都保留所有版权权利。版权声明应用于下面所描述的所有数据，并且在所附的附图中，以及下面所描述的任何软件：版权

英特尔公司，保留所有权利。

背景技术

当前计算机平台架构设计包含许多不同的接口以将一个装置连接到另一个装置。这些接口为计算装置和外围设备提供I/O(输入/输出)，并且可使用各种协议和标准来提供I/O。不同接口也可使用不同硬件结构提供接口。例如，当前计算机系统通常包含具有对应连接接口的多个端口，这正如连接这些装置的线缆端部处的物理连接器和插头所实现的那样。公共连接器类型可包含具有若干相关联通用串行总线(USB)插头接口的USB子系统、显示端口、高清晰度多媒体接口(HDMI)、火线(如在IEEE 1394中所阐述的)或其它连接器类型。

随着计算装置在尺寸上变得越来越小，对物理端口的物理空间要求以及对驱动端口的电路的印刷电路板(PCB或PC板)要求变得越重要。由此，提供所有可用接口可能是不实际的，或者甚至它们中的显著数量可能是不实际的。此外，可能有某些接口(例如USB)极其流行，但没有其它接口(例如光接口)的带宽容量。所有接口还都面临着可用性和耐用性的实际问题(外围装置可能被插拔许多次)，这可负面地影响插头的对准精度，降低接口的有效性。

附图说明

以下描述包含对附图的讨论，附图具有作为本发明实施例的实现的示例给出的例证。应该作为示例而非作为限制来理解附图。如本文所用的那样，对一个或多个“实施例”的提及要理解为描述包含在本发明至少一个实现中的具体特征、结构或特性。由此，在本文出现的短语、诸如“在一个实施例中”或“在备选实施例中”描述本发明的各种实施例和实现，并且不一定都指的是同一实施例。然而，它们也不一定是相互排斥的。

图1是组合光和电气接口的实施例的框图。

图2是将光引擎(light engine)结合在端口中的组合光和电气接口端口的实施例的框图。

图3是将光引擎结合在插头中的组合光和电气接口插头的实施例的框图。

图4是用组合光和电气接口发送和接收光信号的实施例的流程图。

图5A-5B是具有可浮动透镜的组合光和电气接口的实施例的框图。

图6是在PC板上的两个部件之间传递光信号的跳线线缆的实施例的框图。

图7是在连接器与透镜部件之间交换光信号的跳线线缆的实施例的框图。

图8A是经由跳线线缆发送光信号的实施例的流程图。

图8B是经由跳线线缆接收光信号的实施例的流程图。

图9A-9B是将光连接器对接和对准到透镜部件的闭锁件的实施例的框图。

图10A-10B是装配在闭锁件中的光连接器的实施例的框图。

图11A-11B是用弹簧力将光连接器固定到透镜部件的闭锁件的实施例的框图。

图12是用闭锁件将光连接器固定到透镜部件的实施例的流程图。

图13是非翻转组合光和电气接口的实施例的框图。

图14是具有对接跳线组件的透镜镜筒支架的非翻转组合光和电气接口的实施例的框图。

图15是射束扩展实施例的框图。

下面是对某些细节和实现的描述，其包含对附图的描述(附图可描绘下面描述的一些或所有实施例)以及讨论本文呈现的发明概念的其它潜在实施例或实现。下面提供本发明实施例的概述，后面是参考附图的更详细描述。

具体实施方式

如本文所描述的，连接端口提供电气接口能力和/或光接口能力。某些实施例描述用于对接和对准的机构。某些实施例描述减少接口的PCB不动产和/或改进信号质量的机构。一般来说，组合电气和光接口端口将光部件和电气部件包含在单个端口内，和/或包含在对应的插头内，这在本文也可称为连接器和配合连接器或对应连接器。

在一个实施例中，组合连接器将光通信光引擎包含在组合连接器自身内。组合连接器包含结合在一起的连接器外壳、电气接口组件和光接口组件。在一个实施例中，光通信光引擎包含用于生成光信号的激光二极管、用于接收光信号的光电二极管和用于控制光接口的光集成电路(IC)。

在一个实施例中，组合连接器包含可浮动光透镜，可浮动光透镜允许透镜是可移动的而不是固定不变的或固定的。与对准机构一起，可浮动透镜可在容限内与配合连接器对接并提供对准的接口。假如透镜是可浮动的，而不是刚性地固定在连接器内，则对准不太易受来自于对连接器进行的重复使用的打扰。

在一个实施例中，组合连接器包含可插式光透镜组件，该可插式光透镜组件充当跳线组件以便以光方式与另一个部件交换信号。可以以光方式通过从连接器到处理部件的距离的至少一部分传递光信号，而不是将光信号终止在连接器处或终止在其上装配连接器的PCB上该连接器的紧接物理附近区域内。传统上，光信号被终止并以电气方式传递到处理部件(或以电气方式传递到连接器以便以光方式传送)，这可降低信号质量和/或限制信号带宽。通过以光方式将信号传递连接器与处理部件之间距离的至少一部分，信号质量可得以保持，并且增大带宽是可能的。

在一个实施例中，闭锁件部件将光连接器部分固定到安装在PCB上的透镜部件。闭锁件可将光接口(例如光导纤维)对准并固定到透镜上，以便提供良好的信号传输能力。重要的是，可在PCB的回流处理之后安装闭锁件，从而在PCB的高温处理期间使光纤和透镜部件离开PCB。此外，当闭锁件能在物理上将光纤对接和对准到PCB安装的透镜部件时，不需要耗时且成本高的人工光纤对准。

连接器端口可说成是配置在“翻转”配置或“非翻转”配置中。翻转配置需要“翻转”对应插头以对准电气接触部。例如，在翻转USB配置中，电气接触部位于连接器的底部上(假设PCB在连接器底部的方位)。翻转USB配置具有位于连接器顶部的电气接触部。非翻转配置可引入如下情形：其中接触部的电气引线阻挡需要安装光透镜部件的空间。由此，电气部件和光部件必须“竞争”同一物理空间。用延伸通过引线的透镜镜筒支架，可恰当地结合和对准光接口，同时允许电气引线与PCB互连。

图1是组合光和电气接口的实施例的框图。系统100包含装置110，装置110可包含若干装置中的任一个，包括桌上型计算机或膝上型计算机、上网本或其它此类装置。除了计算装置外，将理解，许多其它类型的电子装置可结合本文论述的连接器中的一个或多个类型，并且本文描述的实施例将同样很好地应用于此类电子装置。其它此类电子装置的示例可包含手持装置、智能电话、媒体装置、多媒体装置、存储装置、相机、语音记录器、I/O装置、连网装置、游戏装置、游戏控制杆或可包含此类连接器的任何其它电子装置。

装置110包含处理器(proc)112，处理器(proc)112表示处理电气和/或光信号I/O信号的任何类型处理部件。处理器112是抽象概念，并且将理解，可使用单个处理装置，或者可使用多个单独装置。处理器112可包含微处理器、可编程逻辑器件或阵列、微控制器、信号处理器或某种组合，或者可以是微处理器、可编程逻辑器件或阵列、微控制器、信号处理器或某种组合。

装置110包含端口120，端口120与插头132对接。插头132是允许外围装置130(外围装置130可以是上面讨论的相同类型装置中的任一种)与装置110互连的连接器插头。插头132可直接构建在外围装置130中(用软线(cord)或不用软线)，或者可经由独立电缆互连到外围装置130。插头132支持经由光接口、电气接口或二者的通信。

插头132与装置110的端口120配合。在本文中使用时，将一个连接器与另一个连接器配合是指提供机械连接。将一个连接器与另一个连接器配合通常还提供通信连接。端口120包含外壳122，外壳122提供机械连接机构。端口120也包含电气接口部件和光接口部件。光路径124表示一个或多个部件，所述一个或多个部件可包含处理部件和/或终止部件，该处理部件和/或终止部件在处理器112与端口120之间传递信号。传递信号可包含生成和转换成光信号，或接收和转换成电气信号，在下面对此进行更详细描述。

电气路径126表示在处理器112与端口120之间传递电气信号的一个或多个部件。将理解，虽然光路径124的一部分可包含电气部件(特别用于向电气的转换/从电气的转换用于处理器112)，但是光路径124将装置110处接收的信号或从装置110发送的信号作为光信号来传递。与之不同，电气路径126将装置110处接收的信号或从装置110发送的信号作为电气信号来传递。由此，光路径124为作为光接口的端口120提供通信路径，并且电气路径126为作为电气接口的端口120提供通信路径。

端口120、外壳122以及光路径和电气路径(分别是124和126)支持上面描述的连接器实施例。由此，在一个实施例中，端口120可以是将光通信光引擎包含在端口120内的组合连接器。在一个实施例中，端口120包含用于光对接的可浮动透镜。在一个实施例中，端口120包含可插式光透镜组件，其中光路径124包含跳线组件以便以光方式与处理器112交换信号。在一个实施例中，光路径124包含闭锁件部件以将光连接器固定到安装在装置110的PCB上的透镜部件。端口120可配置为翻转连接器或非翻转连接器。上面描述的一个或多个实施例可以组合。

虽然相对于各种实施例一般性地描述了系统100，但是在下面更详细地描述了关于各种实施例的进一步的细节。

相对于将光引擎包含在连接器内的组合连接器，这种连接器可称为有源光连接器或有源光插座和有源光插头。一般来说，这种有源光连接器包含提供到配合连接器、电气接触组件和光组件的物理连接接口的连接器外壳。电气接触组件和/或光组件也可称为“子组件”。技术上，组件可称为“制成的”产品或制造件的制成的系统或子系统，不过子组件一般而言与其它部件或另一子组件组合以使子组件完整。然而，子组件在本文中与“组件”没有区别，并且提到组件可以指的是另外可视为子组件的。

电气接触组件在物理上与连接器外壳结合或集成或组合，并且提供电气I/O接口。光组件在物理上与连接器外壳结合，并提供光I/O接口。在一个实施例中，光组件包含光引擎以便有源地生成和/或接收和处理光信号。利用组合连接器的连接接口允许电气I/O或光I/O或二者经由结合在连接器外壳内的不同接口。电气I/O和光I/O可同时发生或基本上同时发生，或者可配置成单独操作或“轮流”操作。

在一个实施例中，光引擎可按照或根据电气I/O接口的协议处理光信号。光接口和电气接口根据同一协议操作不是严格必要的，但它们可以根据同一协议操作。无论光引擎是根据电气I/O接口还是根据不同协议或标准来处理信号，光引擎都可配置或编程用于具体连接器内的预期协议，并且不同光引擎可配置用于不同协议。在一个实施例中，光引擎包含用于生成光信号的激光二极管、用于接收光信号的光电二极管和用于控制激光二极管和光电二极管的光集成电路(IC)。

在一个实施例中，因为光电二极管将光信号转换成电气信号，所以光电二极管或具有光电二极管电路的部件可视为光终止部件。激光二极管将电气信号转换成光信号。光IC基于要以光方式传送的信号、通过用适当电压驱动激光器以生成用来产生光信号的输出，来驱动激光二极管(例如垂直腔表面发射激光器、即VCSEL)。光IC接收由光电二极管生成的电气信号并处理它们以便解释。在一个实施例中，光IC执行功率管理以在不用时关闭光部件(例如激光器、光电二极管)。

可使用的电气协议或标准可包含通用串行总线(USB)(标准或小型)、高清晰度多媒体接口(HDMI)或显示端口。将理解，每个不同标准可包含电气接触组件的不同配置或引出线。另外，连接器外壳的大小、形状和配置取决于标准，包括对应连接器的配合的容限。由此，集成了光I/O组件的连接器的布局对于各种标准可有所不同。本领域技术人员将理解，光接口需要视线连接以将光信号发射器与接收器对接(二者都可称为透镜)。由此，连接器的配置将使得透镜不被对应的电气接触组件阻挡。例如，光接口透镜可根据连接器外壳内哪个空间可用而被置于接触组件侧面或之上或之下。

图2是将光引擎结合在端口中的组合光和电气接口端口的实施例的框图。连接器200(即图2中示出的部件的完整组件)表示组合连接器的一个示例。更具体地说，连接器200表示在连接器外壳内具有有源光引擎的连接器。虽然所例证的特定示例是USB标准A连接器，但是将理解，可与本文所描述同样地构造其它连接器类型。由此，可通过用连接器200将电_-光线路和光部件固定在所示的连接器插座中，以有源方式实现通过标准连接器的光通信。

如所例证的，连接器200包含插座金属片260和插座外壳250。插座金属片260提供机械对接并将连接器接地。更具体地说，插座金属片260为插座外壳250提供位置固定性并且当连接器200与对应插头配合时提供EMI(电磁干扰)屏蔽。插座外壳250提供附加机械对接结构，并提供结合I/O接口的结构或机械框。利用接触子组件(或组件)210提供电气对接。由透镜框220、光引擎230和透镜240提供光对接。

如上面建议的，光引擎230可包含激光二极管、光电二极管和光IC。构成光引擎230的部件可以是接合在衬底(诸如FR4PCB(也称为FR-4或阻燃4，PCB))、柔性板或引线框上的管芯和导线。透镜框220提供透镜240与光引擎230之间的准确对准以降低光损耗。

透镜240可由任何适当的材料构成，材料可包含塑料、玻璃、硅或可成形并提供光聚焦的其它材料。当前，塑料透镜是普遍选择，原因在于它们在成本、制造和耐用性方面提供了便利。在一个实施例中，透镜240设计成支持扩展射束光对接。在扩展射束法中，透镜240扩展并校准传送信号，以及聚焦接收信号。本领域技术人员理解的是，校准是指使光信号的光子在接收时更平行。下面参考图15更详细讨论射束扩展。

透镜240允许连接器200扩展传送时的光束以便于光通信。此外，透镜240允许连接器200聚焦扩展的光束用于接收通信。透镜240将接收光聚焦在光引擎230的接收部件(例如光电二极管)上，并扩展来自光引擎230的传送部件(例如激光二极管)的光。如所例证的，连接器200支持单个光通道。在一个实施例中，连接器200支持多个光通道。附加光通道将包含用于传送和接收的透镜以及光引擎230上的对应传送部件和接收部件。

在一个实施例中，连接器200支持USB对接。在这种实施例中，接触子组件210可包含USB2接触部、USB3接触部或二者，用于后向兼容性和电气通信目的。

图3是将光引擎结合在插头中的组合光和电气接口插头的实施例的框图。连接器300(即图3中示出的部件的完整组件)表示组合连接器的一个示例。更具体地说，连接器300是支持光对接和电气对接的连接器。如所例证的，连接器300的结构类似USB标准B连接器，与图2的连接器200互补。此外，连接器的特定类型仅是一个示例，并且不应该视为进行限制。

连接器300包含金属片罩340，以便为塑料外壳310提供固定性以及当配合连接器300时提供EMI屏蔽。塑料外壳310为连接器300提供机械对接，以及提供用于提供电气和光对接的结构。塑料透镜320和光引擎330与塑料外壳310结合以提供光接口路径。在一个实施例中，光引擎330包含激光二极管、光电二极管和光IC。与图2的光引擎230一样，光引擎330的部件可以是接合在衬底上的管芯和导线。在一个实施例中，塑料外壳310包含配备有金属片接触部350(金属片接触部350与配合连接器的对应金属片外壳以机械方式和电气方式对接)的内部槽。塑料外壳310还可包含对准特征以便最小化光损耗。

图4是用组合光和电气接口发送和接收光信号的实施例的流程图。本文所例证的流程图提供各种过程动作的序列示例，所述序列示例可由可包含硬件、软件或组合的处理逻辑执行。尽管按具体序列或顺序示出，但是除非另外规定，否则可以修改动作的顺序。由此，所例证的实现应仅理解为示例，并且可按不同顺序执行该过程，并且可并行执行一些动作。此外，在本发明的各种实施例中，可省略一个或多个操作；由此，并非所有动作在每个实现中都是需要的。其它过程流也是可能的。

在一个实施例中，将光组件装配在连接器外壳中，402。将电气组件也装配在连接器外壳中，404。光和电气组件被描述为被装配，这指的是将组件结合在连接器的物理结构中(例如与连接器外壳结合)。装配组件是提供光接口和电气接口的一种方式。然而，将理解，组件和它们的相关联通信路径也可被视为是通过初始化和/或配置主机装置内的通信路径来提供的。由此，例如当软件驱动程序准备与路径的硬件部件(例如提供或生成信号的处理器或一个或多个部件)相接口时，可提供这些组件。

在一个实施例中，光组件包含光引擎。光引擎可能需要被初始化以便通信，406。在组合光和电气连接是其一部分的主机系统的操作期间可动态地激活和去激活光引擎。光引擎的激活可视为提供光路径，并且类似的激活(例如为了节能目的)去激活的电气路径的过程可视为提供该路径。

对于传送，在系统内生成信号并将信号传送出连接器到主机系统经由组合连接器连接到的远程装置。由此，在光IC中生成信号，408。所生成的信号可从主机系统的另一部分接收(例如从驱动器发送到IC)并随后在IC内得到处理，以便进行传送。基于在系统中实现的协议将信号从电气信号转换成光信号，410。协议包含用于连接器结合IC的光协议和/或电气协议。然后可用激光二极管传送信号，412。用激光二极管传送信号可被视为将信号从电气信号转换成光信号。

对于接收，在光组件的透镜处接收信号，414。将信号从透镜例如传输到光电二极管，以便将光信号转换成电气形式从而由光IC处理，416。可以用光引擎处的光电二极管对信号进行转换，或者可将光信号传递到在物理上靠近将接收信号的处理器的光终止部件。在一个实施例中，光IC处理转换的接收信号，418。

将理解，用结合到连接器外壳中的光IC，可以避免将信号从连接器传递到不同处理器。在这种实施例中，连接器本身是光收发器，其相比在连接器外部执行光处理的相当的无源方法，使用PCB布局上更少的不动产。

如上面所提到的，配合连接器之间的光接口应该被对准以便进行恰当的信号交换。在一个实施例中，光组件包含浮动透镜。浮动透镜是未刚性地固定在连接器外壳内的透镜，并且允许将光导纤维更灵活地对准到光组件的光透镜。

在一个实施例中，通过透镜部件本体内的槽口提供对准，该槽口与配合部件或连接器的对应管脚或突出件对接。备选地，透镜部件本体可包含销或突出件以与配合部件或连接器上的槽口对接。在一个实施例中，可通过提供将浮动透镜压入恰当位置的弹簧力改进对准。

图5A-5B是具有可浮动透镜的组合光和电气接口的实施例的框图。图5A和5B中的示例的特定机械结构可类似于光USB标准A插头的内部结构，但将理解为非限制示例。图5A从电气接口是可见的并且在连接器的配合端看见浮动透镜的角度例证了具有浮动光透镜的连接器。图5B从邻近连接器外壳壁的部件面的角度例证了具有浮动光透镜的连接器。

参考图5A，该连接器包含USB2接触部506、USB3接触部504、USB2塑料外壳508和USB3塑料外壳502。USB2接触部和USB3接触部是置于塑料外壳内的电气接触组件。为了在高量生产和USB3标准中实现浮动透镜机构(其具有9个电气接触部)，外壳结构可包含电气接触部放在其中的多个零件。如图所示，可以实现单独的塑料外壳以捕获电气接触部。然而，将理解，可使用多于或少于2个的外壳。如所例证的，USB3塑料外壳502要捕获USB3接触部，并且USB2塑料外壳508要捕获USB2接触部。在一个实施例中，USB3塑料外壳502在两侧上包含栓以扣在USB2塑料外壳508中的槽口中。将理解，USB3塑料外壳502和USB2塑料外壳508可以是单个部件的部分。两个塑料外壳一起构成用于装配电气接口和光接口的塑料外壳。可浮动透镜510(其可以是塑料可浮动透镜)也示为位于连接器的配合端。

参考图5B，电气组件的电气引线示为从连接器外壳的背面突出，这正如USB3接触部520和USB2接触部522所例证的那样。USB2塑料外壳524提供其中结合了可浮动透镜534的结构。因为浮动透镜534未刚性地装配在外壳内，可浮动透镜534正在浮动。而是，通过将弹簧528一端触碰USB2塑料外壳524并且另一端触碰塑料可浮动透镜来实现浮动透镜机构。弹簧528产生将可浮动透镜534推入由USB2塑料外壳524在配合端形成的腔中的张力或阻力。弹簧528可实现为线圈或扁平形式，并且可用塑料或用金属片制成。USB2塑料外壳524的腔具有足够的空闲空间以便可浮动透镜在产生的空间内移动、旋转或倾斜。塑料外壳的配合端包含弹簧528可以将可浮动透镜534压向其的中心制止器(例如突出件或面或其它机构)。

可浮动透镜534携带所有精密零件，诸如用于射束扩展的透镜表面532、用于与插座侧的透镜接合的对准槽口530以及用于光纤附连的光纤盲孔。在连接器外壳内形成的光纤通道中例证光纤526，并在光纤盲孔中使光纤526与可浮动透镜534配合。如所例证的，存在四个单独透镜和光导纤维，它们可用于在连接器内实现两个单独光通道。

当插头未接合时，相对USB2塑料外壳524的中心制止器推可浮动透镜534。当插头接合时，可浮动透镜534通过对准槽口530与在插座处的透镜连接；由此，在可浮动透镜534处的透镜表面532与在插座侧的透镜的表面排齐。在同一时间，在插座侧的对准凸起将浮动透镜534向后推。当可浮动透镜534被向后推时，USB2塑料外壳524的移动，无论是平移还是旋转，都与可浮动透镜534的移动隔离。

在一个实施例中，组合光和电信接口连接器可以是有源接口，该有源接口将光IC包含在光引擎中以便处理光信号。在一个实施例中，可以将光信号从连接器或插头传送到处理部件以便处理。在这种实现中，收发器模块跳线线缆组件可以以光方式将光信号传递距处理部件的路途的至少一部分。传统上，通过PCB迹线与连接器交换光信号，这降低了信号质量。通过以光方式传递信号，可实现更高的信号质量和更高的带宽。

图6是在PC板上的两个部件之间传递光信号的跳线线缆的实施例的框图。跳线组件600允许通过本文讨论的组合光和电气连接器将生成的光从光收发器传递到外围设备。在一个实施例中，跳线组件600包含塑料跳线外壳620、跳线金属片闭锁件610、光纤630、热收缩件640和塑料透镜650。跳线外壳620可包含用于光纤附连的精密通孔、容器(pocket)处用于到精密通孔的宏光纤对准的V型沟槽、以及附连腔660。在一个实施例中，附连腔660可以是用于将光纤固定在跳线外壳620中的胶的容器。

跳线外壳620的主要目的是捕获光纤。跳线金属片闭锁件610要保护跳线外壳620与光收发器之间的接合。光纤630充当传递光的波导。在一个实施例中，每个光通道都有一对光纤。如所例证的，使用四个光纤，对应于两个光通道。类似于所示出的，可构造单个通道跳线。透镜650包含精密零件，诸如用于射束扩展的透镜表面、用于在插座和插头处透镜表面之间光对准的对准凸起或突出件以及用于光纤附连的盲孔。可备选地由透镜650上的槽口提供对准，这些槽口对应于插座和插头上的凸起或突出件。透镜650包含光纤引导通道以将光纤定位到盲孔，这允许光纤对接透镜650的实际透镜。此外，透镜650可包含两个栓以将它自己卡锁到连接器插座。在一个实施例中，热收缩件640可用于将光纤630固定在透镜650，以及提供应变消除。

图7是在连接器与透镜部件之间交换光信号的跳线线缆的实施例的框图。图6中单独地例证了跳线组件600。在图7中在连接的上下文中示出了这种跳线组件。在一个实施例中，跳线组件可被认为是一端终止在塑料套圈中并且一端终止在光透镜中的接线绳。

跳线组件包含跳线外壳720以捕获光纤740并将光纤740对准到透镜部件710。跳线闭锁件730将跳线外壳720附连到透镜部件710。跳线外壳720还可称为对接光通信路径的光连接器部件。透镜部件710还可包含光终止部件。透镜750是允许在连接器760处进行光对接的光透镜部件。在一个实施例中，透镜部件710包含光信号处理部件和I/O路由处理器，它们可以是单独的处理部件。I/O路由处理器可以负责从连接器760的组合光和电气接口中电气接口的电气I/O。此外，如所例证的，多个组合连接器可由单个处理单元服务。

透镜部件710置于透镜部件外壳770内，透镜部件外壳770安装在PCB 780上。连接器760也安装在PCB 780上。PCB布局包含连接器760与透镜部件外壳770之间的某一距离。因此，一旦构造了完整系统，在连接器760与透镜部件710之间就存在某一距离。在连接器760与透镜部件710之间以光方式传递光信号导致改进的信号质量。

如本领域技术人员将理解的，图6和7中所例证的跳线组件的一个优点是可在焊接处理之后安装光透镜和光纤部件。通常利用焊料，经常通过回流过程将电气部件安装或附连到PCB。虽然不同处理技术是已知的，但是一个通用方法用于拾放机，或相当于适当地(例如通过膏或胶、诸如焊膏)粘附部件，并将焊膏放在电气连接处。具有所有已安装部件的整个PCB然后可暴露于热或红外线(IR)以熔化焊膏(其通常包含助焊剂)，焊膏将部件引线焊接到PCB上的迹线接触部，或者产生焊接接头。该过程可涉及损害塑料部件的热量。由此，光导纤维或其它塑料部件应该在焊接处理后安装以避免损害。通常，这种部件本该单独安装，这增加了生产时间和成本。使用跳线组件能显著减少板生产时间，同时保护塑料部件免于暴露于焊接处理。

所例证的跳线组件的另一个优点是光部件的无源对准。代替需要通过光导纤维闪光并(例如手动地)确保在(例如利用胶)放置部件之前对准每个部件，接合透镜组件无源地对准这些部件。如下面更详细讨论的，闭锁件促进了无源对准。

用这种跳线组件，可以以光方式将光信号从PCB的一部分传递到另一部分。该传递可以是所生成信号的传送(图8A)，或从外部部件接收信号以便处理(图8B)。在任一情况下，都以光方式将信号传递如下距离，该距离是连接器处对接的光透镜部件与生成传送信号并处理接收信号的处理部件之间距离的至少一部分。

图8A是经由跳线线缆发送光信号的实施例的流程图。PCB的光IC生成要以光方式传送到附连到PCB的连接器的外部装置的信号，802。将该信号从电气信号转换成光信号，804。假设IC以电气方式操作，并且由此生成电气信号。根据将被传送的光信号的标准执行该信号到光信号的转换。可将电气信号从光IC传到从电气信号生成光信号的部件。该部件可安装在PCB上，物理上紧靠光IC，从而减少信号失真。以光方式将转换的光信号传送到透镜，806。以光方式传递信号至少对于到透镜的传输的光部分绕过了信号通过PCB迹线的传输。通过靠近光IC放置电气到光转换器，可大部分以光方式传送信号。光信号然后可从透镜传送到连接的外部装置，808。

图8B是经由跳线线缆接收光信号的实施例的流程图。对于接收信号，在透镜(或光透镜部件)从外部装置接收光信号，852。透镜以光方式将信号从透镜传送到安装在同一PCB上的终止部件，854。以光方式将信号传送透镜与终止部件之间距离的至少一部分能绕过否则将通过PCB迹线以电气方式执行的传输的至少一部分。将理解，终止部件可以包含在处理部件内或可以不包含在处理部件内。在一个实施例中，要不是信号在处理器处被接收之前需要从光信号转换成电气信号的事实，信号实质上可以光方式传递从透镜到处理器的整个距离。

将信号从光信号转换成电气信号以便处理，856。然后可以电气方式将信号从终止部件传送到处理器，858，处理器然后可处理该信号，860。

对安装在同一PCB上的部件的提及可涉及安装在同一PCB底板上的部件或者是安装在作为同一电路一部分的PCB底板上的部件。为了将光信号从PCB的一个部件传递到安装在该PCB上另一部件，以电气方式和机械方式与连接器耦合的跳线板的使用可以是同一PCB的一部分。从组合光和电气连接器的角度，电气连接可经由连接器传递到含有处理部件的跳线板。可以光方式将光信号传递到处理部件。

除了上面所讨论的内容之外，跳线组件还能通过提供改进的光接口减少光纤处理时间。用跳线组件的射束扩展和自对准，能避免割开之后光纤上的过长抛光处理。光部件的安装快速而简单-透镜简单地插入到连接器插座外壳中。如上面讨论的，能避免光部件暴露于IR回流处理。

如相对于跳线组件所讨论的，跳线组件可包含将光连接器固定到PCB的透镜部件的连接器闭锁件。闭锁件以机械方式固定光连接器并对准光部件。

图9A-9B是将光连接器对接和对准到透镜部件的闭锁件实施例的框图。图9A的视图902例证了与要连接到透镜部件的闭锁件接合的光连接器部件。更具体地说，透镜920例证了安装在PCB 910上的透镜部件。如在视图902中所例证的，从来自图9A的透视图的视角来看，PCB 910在连接器930和透镜920“前方”，阻挡它们。在图9B中，PCB 910在视图904的观察点的背景中。

透镜920要与连接器930的光导纤维对接，连接器930表示光连接器部件。闭锁件940将包含连接器930和闭锁件940的连接器组件固定到透镜920。下面更详细地例证扣紧机构。

由此，包含用于光纤的至少一个光纤引导通道的光连接器部件可安装到装配在PCB上的透镜部件上。由此，光连接器的光纤可与透镜部件的透镜恰当对准和对接。闭锁件940以机械方式将光连接器部件固定到透镜部件。闭锁件940包含弹簧机构，下面更详细描述弹簧机构的一个示例。弹簧机构施加弹簧力以将光连接器部件与透镜部件连续接合。预先装载的弹簧闭锁件实现了总是在连接器与透镜之间提供可靠连接的简单安装。闭锁件的弹簧力抑制连接器移动，这允许透镜与光纤之间更好地连接。

图10A_-10B是装配在闭锁件中的光连接器的实施例的框图。如图10A中所例证的，可通过将连接器滑到闭锁件中而连接器1010、光连接器部件安装到闭锁件1020中。如图10B中所例证的，在一个实施例中，连接器1010相对闭锁件1020的弹簧支腿1040接合，这提供阻力，当安装组件时朝钩子1030推连接器。钩子1030是固定连接器的钩子和钩子锚定机构的一部分。钩子1030附连到透镜部件或PCB上的锚或挡板。

图11A-11B是用弹簧力将光连接器固定到透镜部件的闭锁件的实施例的框图。闭锁件和连接器接合为闭锁件组件1140。闭锁件组件1140要与PCB 1120的透镜部件1130接合。如所例证的，在一个实施例中，闭锁件包含将连接器固定到闭锁件的u通道1110。该u通道可由闭锁件的弯成或形成“U”形状的突出件产生以便与连接器的沟槽或隆起对接。将理解，备选地同样可以使用“V”形状。该u通道将闭锁件和连接器保持在一起作为组件，并将连接器的垂直移动限制在闭锁件内。闭锁件组件1140与透镜部件1130之间的安装可简化为将接合闭锁件钩子的“推着安装”，这正如图11B中所例证的那样。

参考图11B，当闭锁件组件1140完全与透镜部件1130接合时，闭锁件的弹簧支腿零件向连接器提供弹簧力1160，迫使连接器可靠地配合到透镜部件1130。从来自钩子零件和弹簧支腿零件的干扰产生的力总是以机械方式朝透镜部件推连接器。在一个实施例中，当组件完全由闭锁件挡板1150接合时保持弹簧力1160，该挡板将闭锁件固定到透镜部件。

闭锁件组件1140的闭锁件由诸如具有形状回弹的金属等材料构造而成。形状回弹是指材料对抗形状改变的具体合成材料的特征。由此，该材料是充分非延展的，以便保持其形状，甚至当施加试图使材料形状失真的力时也是如此。所施加的试图使材料形状失真的力例如可以是另一个物体对形状的机械干扰。

如图11A和11B所例证的，在一个实施例中，闭锁件挡板1150使闭锁件的钩子向外变弯(bow out)，同时被接合。然而，钩子的形状回弹使钩子推回挡板并与挡板接合。在备选实施例中，类似效果可通过迫使钩子向内代替向外来实现。闭锁件组件的弹簧支腿同样向外失真，在安装期间远离连接器。当接合钩子时，相对弹簧支腿推连接器的机械干扰使弹簧支腿的形状稍微失真。弹簧支腿又对抗机械干扰，并相对连接器回推，由此产生朝透镜部件推连接器的恒定张力。可以使用其它形状的弹簧支腿，以及备选形状的钩子。备选地，弹簧力1160可由安装在闭锁件边缘与连接器之间的一个或多个线圈弹簧施加，该弹簧力朝透镜部件推连接器。

图13是用闭锁件将光连接器固定到透镜部件的实施例的流程图。光连接器部件装配到闭锁件中以形成闭锁件组件1302。装配连接器部件可包含将连接器部件与闭锁件的装配通道对接，1304。例如，闭锁件可包含与连接器上的对应机械结构接合的“U形”或“V形”通道。

以机械方式将连接器和闭锁件组件或组合固定到装配或安装在PCB上的透镜部件，1306。固定到透镜部件的闭锁件组件接合弹簧力机构，该弹簧力机构在连接器部件上施加恒定力，朝透镜部件推连接器部件，1308。用恒定力，连接器的光部件(例如光导纤维和/或透镜)与透镜部件的对应光部件(例如透镜)恰当地对准和对接。

在一个实施例中，光接口连接器外壳可以是光USB标准A翻转插座。在另一个实施例中，光接口连接器外壳可以是光USB标准A非翻转插座。上面参考跳线组件的讨论主要聚焦在翻转插座外壳的示例上。为了使用非翻转插座外壳，USB电气接口的电气接触部的引线将至少部分地与透镜将通过其插入并结合到插座外壳中的物理空间竞争。如图13和14所例证的，可使用扩展透镜组件恰当地对接光部件。

图13是非翻转组合光和电气接口的实施例的框图。如本领域技术人员理解的，当插座外壳的扁脚在更靠近PCB的下半部分并且电缆插头必须翻转以与插座接合时，插座被“翻转”。当插座外壳的扁脚在远离或面对PCB的上半部分时，插座被称为“非翻转的”。由此，电气接触部在插座外壳的扁脚上，在插座顶部，面对PCB。因为USB3需要具有相关联引线的五个附加电气接触部以将信号连接到与连接器相关联的PCB，所以当连接器支持USB3时翻转配置是常见的。

组件1300包含插座金属片1350，插座金属片1350以机械方式和与连接器(通常它“坐落于”PCB上或接近PCB)相关联的PCB对接。插座金属片1350捕获插座外壳1340，并提供机械耦合和EMI屏蔽以便连接到配合插头。插座外壳1340卡锁到插座金属片1350中，并容纳光接口组件和电气接口组件。

接触子组件或组件1330包含捕获USB3接触部和USB2接触部两者的外壳(通常是塑料的)。接触子组件1330卡锁到插座外壳1340中。如从组件1300看到的，接触子组件1330具有朝向PCB 1360突出的引线，并且至少部分地阻挡插座外壳1340的插入接触组件和光子组件要通过的面。在翻转配置中，假定电气接触子组件将安装在插座外壳的下半部分、更靠近PCB，则引线不必阻挡开口。

在一个实施例中，组件1300包含透镜镜筒支架1310，透镜镜筒支架1310又包含多个透镜镜筒1320。透镜镜筒1320足够长以延伸通过接触子组件1330的引线，并与插座外壳1340中的透镜或其它光部件接合或对接。由此，接触子组件1330的阻挡没有干扰光对接和I/O。上面讨论的透镜部件包含帮助对准光对接的精密零件。类似地，透镜镜筒1320包含精密零件，诸如用于射束扩展的透镜表面和用于光纤附连的盲孔以及对准机构(例如槽口、凸起、突出件)。透镜镜筒支架1310捕获每个塑料透镜镜筒1320并将每个塑料透镜镜筒1320推入插座外壳1340。在一个实施例中，透镜镜筒支架1310可与透镜镜筒组合以变成一个塑料部分。作为单个部分，所有透镜都可恰当地在插座外壳1340中共同对准。在一个实施例中，透镜镜筒支架1310和透镜镜筒1320是跳线线缆组件的一部分。

图14是具有对接跳线组件的透镜镜筒支架的非翻转组合光和电气接口的实施例的框图。组件1400提供了具有透镜镜筒的跳线组件的稍微不同的视图。组件1400的连接器包含具有连接器外壳面1440的连接器外壳。如所例证的，电气接触引线1450从连接器内的接触部向下延伸，并阻挡连接器外壳面1440的开口。

在一个实施例中，诸如上面讨论的那样，连接器要与跳线组件1410对接。跳线组件1410连接到插入式透镜1420，插入式透镜1420包含延伸的筒式透镜。光纤1430从插入式透镜1420的光纤盲孔延伸到跳线组件1410。将观察到，图13的透镜镜筒支架1310也是插入式透镜，并含有四个透镜镜筒1320。图14的插入式透镜1420包含两个透镜镜筒。由此，在一个实施例中，图13的透镜供应两个单独光通道，而图14的透镜供应一个光通道。

图15是射束扩展实施例的框图。如所例证的，光信号通过光纤1522，并且被传输到光纤1524。光纤1522中的光束被透镜1512扩展和校准1532，并且然后可作为较宽射束对接到透镜1514。如在提供的示例中所示出的，光纤1522和1524的直径可大致为62.5微米，而扩展的射束在直径大致700微米的透镜1512与1514之间通过。射束扩展使其有可能以光方式耦合光纤1512和1514，其中传统对接耦合(butt coupling)对于大多数连接器的机械容限不会提供足够性能。甚至轻微偏移都能引起非扩展射束的显著信号损耗-甚至只几微米偏移就能损耗大于10％的信号，或更多。然而，用射束扩展，改进了机械容限，这容忍灰尘或其它光阻挡。

虽然光纤1522内的光束可由高度平行的光子组成，但为了例证目的，光纤1522显示为包含散射光1542。甚至对于光束已经散射了光纤内的光的情形，扩展和校准(1532)也通过指引光子更平行，改进了光信号质量。由此，平行光1534显示为在透镜1512与1514之间传送。由透镜1514聚焦光束1536，并且通过光纤1542传送平行光1544。

在本文描述了各种操作或功能的范围内，它们可描述或定义为软件代码、指令、配置和/或数据。该内容可以是直接可执行的(“对象”或“可执行”形式)源代码或不同代码(“Delta”码或“插入”码)。本文描述的实施例的软件内容可利用其上存储有内容的制品或利用操作通信接口以经由通信接口发送数据的方法提供。机器可读存储介质可使机器执行所描述的功能或操作，并且包含存储机器(例如计算装置、电子系统等)可访问形式的信息的任何机构，诸如可记录/不可记录介质(例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置等)。通信接口包含对接到硬连线介质、无线介质、光介质等中的任一种以进行到另一装置(诸如存储器总线接口、处理器总线接口、因特网连接、盘控制器等)的通信的任何机构。可通过提供配置参数和/或发送信号配置通信接口，从而准备通信接口以提供描述软件内容的数据信号。可经由发送到通信接口的一个或多个命令或信号访问通信接口。

本文描述的各种部件可以是用于执行所描述操作或功能的构件。本文描述的每个部件都包含软件、硬件或这些的组合。部件可实现为软件模块、硬件模块、专用硬件(例如应用特定硬件、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)等)、嵌入式控制器、硬连线电路等。

除了本文所描述的之外，还可在不脱离它们的范围的情况下对所公开的本发明实施例和实现进行各种修改。因此，本文的例证和示例应该视为说明性的而非限制意义。应该仅参考如下权利要求书度量本发明的范围。

Claims (11)

1.一种组合光和电气接口设备，包括：

电路板上的输入/输出连接器，其中所述输入/输出连接器包括电气输入/输出接口和光学输入/输出接口以通过电气方式和光学方式耦合到对应连接器，并且所述光学输入/输出接口包括第一光学透镜，

将光信号转换为电信号的与所述输入/输出连接器分离的收发器模块，其中所述收发器模块包括第二光学透镜，所述收发器模块配置成可分开地附连到所述输入/输出连接器，以及

至少一对光纤，其中所述至少一对光纤的第一端端接在所述输入/输出连接器中并且光学耦合到所述第一光学透镜，并且其中所述至少一对光纤的第二端经由跳线外壳和跳线闭锁件端接在所述收发器模块中并且光学耦合到所述第二光学透镜，其中所述跳线闭锁件将所述跳线外壳附连到所述第二光学透镜，并且其中所述输入/输出连接器和所述收发器模块不相连。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述电气输入/输出接口要根据通用串行总线（USB）、高清晰度多媒体接口(HDMI)或者显示端口的标准来提供电气输入/输出。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述收发器模块要根据所述电气输入/输出接口来处理光信号。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述收发器模块包括光电检测器、激光二极管以及控制所述光电检测器和所述激光二极管的集成电路芯片。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一光学透镜是进入所述输入/输出连接器的光能够传播并且被作为所述收发器模块一部分的光电检测器检测的光路的一部分，并且所述输入/输出连接器包括附加光学透镜，所述附加光学透镜是离开作为所述收发器模块一部分的激光二极管的光能够传播并且通过所述输入/输出连接器输出的光路的一部分。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述输入/输出连接器还包括插座外壳，并且所述电气输入接口包括合并到所述插座外壳中的电气接触组件。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一对光纤端接在所述收发器模块中的一端端接在连接器中，所述连接器通过闭锁机构连接以耦合到用于光信号处理的透镜部件。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜中的至少一个非刚性地固定到所述输入/输出连接器内。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一光学透镜和所述第二光学透镜中的至少一个要将校准光束聚焦到所述至少一对光纤中。

10.如权利要求1所述的设备，其中，所述收发器模块还要将电信号转换为光信号。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述输入/输出连接器包括第一输入/输出连接器，并且所述设备还包括：

所述电路板上的第二输入/输出连接器，其中所述第二输入/输出连接器包括电气输入/输出接口和光学输入/输出接口，并且所述第二光学输入/输出接口包括第三光学透镜，以及

额外的一对光纤，其中所述额外的一对光纤的第一端端接在所述第二输入/输出连接器中并且光学耦合到所述第三光学透镜，并且所述额外的一对光纤的第二端端接在所述收发器模块中并且光学耦合到所述收发器模块中的第四光学透镜。

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