CN105099563A - 光收发器和主动光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光收发器和主动光缆，其中光收发器包括：至少一个印刷电路板和设置在所述至少一个印刷电路板上的至少两个光引擎，所述光引擎包括用于进行光电转换的第一光引擎以及用于进行电光转换的第二光引擎；所述光收发器还包括电连接器，所述电连接器用于互相连接所述至少两个光引擎；每个所述光引擎包括：第一电接口以及使用光纤阵列形式的光接口，所述光接口用于连接光纤，所述第一电接口通过一个所述印刷电路板与所述电连接器的至少两个第二电接口中的一个第二电接口连接，每个第二电接口采用阵列形式。本发明提高了光纤通信的带宽。

Description

光收发器和主动光缆
技术领域
本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种光收发器和主动光缆。
背景技术
光纤通信已经普及成为涵盖计算、网络和消费电子等应用的关键互联技术，光纤已经成为一项普遍选择的提供高带宽高速度的信息通道；而激增的智能移动设备，进一步刺激了高带宽的信息传递需求。在光纤通信中，使用了光收发模块用于处理光信号和电信号之间的相互转换，一种可选的光收发模块结构是，在印刷电路板(PrintedCircuitBoard，简称：PCB)上设置光电转换所用的相关芯片，比如用于电光转换的驱动芯片和激光阵列芯片，以及用于光电转换的前置放大芯片和光探测芯片等。该光收发模块的光接口连接到面板上，用于与面板外的光纤连接；光收发模块的电接口可以用金手指连接器与主板进行电口互联。但是，这种结构的光收发模块，其光接口和电接口的互联密度都是有限的，进而限制了采用该光收发模块的光纤通信带宽能力的进一步提高。
发明内容
本发明实施例提供一种光收发器和主动光缆，以提高光纤通信的带宽。
第一方面，提供一种光收发器，包括：至少一个印刷电路板和设置在所述至少一个印刷电路板上的至少两个光引擎，所述至少两个光引擎至少包括用于进行光电转换的第一光引擎以及用于进行电光转换的第二光引擎；
所述光收发器还包括电连接器，所述电连接器用于互相连接所述至少两个光引擎；
每个所述光引擎包括：第一电接口以及使用光纤阵列形式的光接口，所述光接口用于连接光纤，所述第一电接口通过一个印刷电路板与所述电连接器的至少两个第二电接口中的一个第二电接口连接，每个所述第二电接口采用阵列形式。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述电连接器是线性栅阵列电连接器。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述电连接器的至少一个第二电接口是触点阵列封装LGA接头。
结合第一方面至第一方面的第二种可能的实现方式中的任一种，在第三种可能的实现方式中，所述至少一个印刷电路板的数量为至少两块。
结合第一方面至第一方面的第三种可能的实现方式中的任一种，在第四种可能的实现方式中，所述电连接器通过所述一个第二电接口的引脚与所述一个印刷电路板的差分钻孔对进行接触式互联。
结合第一方面至第一方面的第四种可能的实现方式中的任一种，在第五种可能的实现方式中，所述光接口采用多模光纤或单模光纤的光纤阵列。
第二方面，提供一种主动光缆，包括本发明所述的光收发器和光纤，所述光收发器中的每个光引擎的光接口固定连接所述光纤。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，还包括机械外壳，用于围设所述至少一个印刷电路板、至少两个光引擎和电连接器，所述印刷电路板靠近所述机械外壳设置。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，还包括主板，所述光收发器设置在所述主板上，所述光收发器中的电连接器通过导轨和导槽与所述主板热插拔配合。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述至少一个印刷电路板中的一个或多个印刷电路板与所述主板水平或垂直放置。
本发明实施例中提供的光收发器和主动光缆，通过采用具有光纤阵列形式的光接口与光纤互联，使得光互联密度提高，并且采用具有阵列形式电接口的电连接器，也使得电连接的密度提高，相对于采用金手指结构的连接器，能够整体提高该光收发器的通信能力，提高光纤通信的带宽。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光收发器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种光收发器的应用结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4为本发明实施例提供的另一种光收发器中的PCB与电连接器的连接示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种光收发器的应用结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种光收发器的应用结构示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种光收发器的应用示例。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种光收发器，该光收发器也可以称作光收发模块、光收发器件等，可以用于核心网路由器的框间互联，比如短距(小于300米)的框间互联，并且本实施例提供的光收发器可以用于未来太比特(Tbit，Terabit)和10Tbit带宽的框间互联应用场景，为今后的1000Gbit互联网路由器、并行计算、高带宽等应用提供关键互联技术。下面将详述描述该光收发器的结构：
图1为本发明实施例提供的一种光收发器的结构示意图，该图1是用于表示光收发器结构设计的原理框图。具体的，该光收发器可以包括至少一个印刷电路板PCB，并且在该至少一个PCB上可以设置至少两个光引擎(OEEngine)；可选的，本实施例的图1中以设置两块PCB为例，分别为PCB1和PCB2，当然具体实施中可以变动其数量，比如设置三块，不做限制。
所述的至少两个光引擎至少包括第一光引擎和第二光引擎，其中的第一光引擎，用于进行光电转换，比如接收光信号并将其转换为电信号，例如是图1中的“RXOEEngine”；其中的第二光引擎，用于进行电光转换，比如接收电信号并将其转换为光信号，例如是图1中的“TXOEEngine”。并且，图1中示例了多个数量的光引擎，比如第一光引擎包括：RXOEEngine1、RXOEEngine2……RXOEEnginen，也示例了多个数量的第二光引擎：TXOEEngine1、TXOEEngine2……TXOEEnginen。可选的，可以将第一光引擎均设置在PCB2上，将第二光引擎均设置在PCB1上，这样PCB2相当于一个接收器，PCB1相当于一个发射器。
在本实施例的收发器中，还包括电连接器，该电连接器用于互相连接上述的至少两个光引擎；比如在本实施例中，电连接器将第一光引擎和所述第二光引擎连接，即将接收光信号的部分与发射光信号的部分连接，组成光收发器件。此外，每个光引擎包括光接口和电接口，光接口是用于连接光收发器之外的光纤的，并且是采用光纤阵列形式的光接口；电接口可以称为第一电接口(为了与电连接器的电接口区分而命名)，该第一电接口要与电连接器连接，具体是通过PCB与电连接器连接，即光引擎的电接口连接在PCB上，PCB再与电连接器的第二电接口连接；更具体的，第一电接口可以通过一个PCB与电连接器的至少两个第二电接口中的一个第二电接口连接，该第二电接口也采用阵列形式，比如，上述电连接器的至少两个第二电接口中的至少一个是触点阵列封装(landgridarray，简称：LGA)接头。所述的电连接器例如是线性栅阵列的电连接器，通过采用阵列形式的电连接器，提升了电互联的密度。
本实施例的光收发器，光引擎的光接口采用光纤阵列的形式，使得光互联的密度能够大幅提高，并且，由于电连接器的电接口也采用阵列形式，使得电互联的密度也得到提高，从而该光收发器能够整体提升带宽能力；此外，由于电互联和光互联均采用阵列形式，更容易达到物理密度的匹配，可以在不增加该光收发器的体积的情况下加大互联的密度。
将本实施例的方案与传统的光收发器比较来看，传统的光收发器使用金手指连接器的方式，电互联的密度受限于PCB的宽度和金手指间距等，要增加互联的密度,就需要增加PCB电路板的宽度,减少金手指的特征尺寸或使用多块PCB，但是这会大幅提高成本；而在本实施例中，电连接器采用具有阵列形式电接口的连接器，突破了传统连接方式的局限。
此外，参见图1，该光收发器的内部还可以包括微控制器(MicroController)和电源管理模块(PowerUnit)，其中的微控制器可以用于监视和通信相关的控制功能。并且，该光收发器可以通过选择光引擎的比例，成为单工的收发机或者双工的收发机，比如，双工的收发机可以把PCB1的光引擎全部设为发端光引擎(TXOEEngine)，把PCB2的光引擎全部设为收端光引擎(RXOEEngine)。发射的单工的收发机可以把PCB1和PCB2的光引擎全部设为发端光引擎(TXOEEngine)，接收的单工的收发机可以把PCB1和PCB2的光引擎全部设为收端光引擎(RXOEEngine)。
图2为本发明实施例提供的另一种光收发器的应用结构示意图，在该图2中，光收发器被安装在主板21上，并且光收发器的外围设置有机械外壳22，该机械外壳22将光收发器围设起来。
具体的结构也可以结合参见图3，图3为图2的剖视图，本实施例的光收发器中的PCB可以设置两块，并且可以与主板21水平放置，如图3所示，PCB23和PCB24相平行的且与主板21平行的设置。此外，上述两块PCB靠近机械外壳22设置，具有较好的散热性，可以从四面散热。这里的靠近也就是PCB与机械外壳22紧密连接，使得PCB便于通过机械外壳22进行散热。本实施例设置六个光引擎25，每个PCB上设置三个光引擎25，比如可以设置为，在PCB23上设置用于进行光电转换的光引擎(可以称为第一光引擎)，在另一个PCB24上设置用于电光转换的光引擎(可以称为第二光引擎)；这些光引擎25可以通过焊接或者连接器设置在PCB电路板的表面。
本实施例中的光引擎25，可以使用基于850nm或者其他波长的垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，简称：VCSEL)，并且是高速(例如10-58G)的光电二极管(PhotoDiode，简称：PD)阵列，比如，每块PCB上，如果采用的是三对基于11.1GVCSEL的光引擎，该光收发器能达到的带宽是0.4Tbit；如果采用的是三对基于20.8GVCSEL的光引擎，该光收发器能达到的带宽是0.75Tbit；如果采用的是三对基于28GVCSEL的光引擎，该光收发器能达到的带宽是1Tbit；如果采用的是三对基于56GVCSEL的光引擎，该光收发器能达到的带宽是2Tbit。并且通过设置数对光引擎，可以随时对光引擎进行替换，保证可靠性和可制造性，此外，还可以使用VCSEL之外的其他类型的激光器。
此外，每个光引擎25都包括光接口和电接口，为了与电连接器的电接口区分，可以将光引擎的电接口称为第一电接口，将电连接器的电接口称为第二电接口。光引擎25的光接口26是用于连接光纤27的；光接口采用光纤阵列的形式，比如是基于多模光纤(Multi-ModeFiber，简称：MMF)或者单模光纤(SMFiber，简称：SMF)的光纤阵列，那么其连接的光纤就是带状阵列光纤束。结合图2和图3，由于光引擎是设置在PCB上，所以光引擎的光接口是在光收发器内部的，阵列光纤束也是从光收发器内部延伸至面板28，从面板28上的光纤接口29伸出，再用于连接光纤30。
由于光引擎采用光纤阵列形式的光接口，使得光互联的密度大幅提高，比如，如果每个光引擎使用12路的光纤阵列的光接口，那么该光收发器的光互联密度可以达到双工的36路发送和36路接收；如果每个光引擎使用24路的光纤阵列的光接口，那么该光收发器的光互联密度可以达到双工的72路发送和72路接收。并且，随着以太网的速度从100Gbit向1000Gbit转变,光纤的单通道速率也在从10Gbit向28Gbit进步，比如，高速单通道为28Gbit的24路光引擎也在随着研发的进步而逐步成熟,那么未来的总共的带宽可以达到680Gbit的收或发双工总带宽，采用3个24路单通道28Gbit的光引擎就可以达到2Tbit的双工带宽或4Tbit的单工带宽。应该指出的是，本实施例并不限制使用哪一种光引擎或者光引擎的速率和数量，比如上面提到过的三对基于11.1Gbit的光引擎或者基于28Gbit的光引擎等。
本实施例中，电连接器31与PCB连接，具体是电连接器31的第二电接口通过PCB与光引擎25的第一电接口连接；并且，该电连接器31还与主板21上的插座连接器32互联，以实现与主板21的电连接。参见图4，图4为本发明实施例提供的另一种光收发器中的PCB与电连接器的连接示意图，该电连接器包括至少两个第二电接口33，每个第二电接口33连接一块PCB，图4中的第二电接口33连接PCB23；具体的连接方式可以是，电连接器通过其中的一个第二电接口33处的引脚34与一个PCB的差分钻孔对进行接触式互联。该图4还示出了电连接器内的高速信号的细节，该高速信号是地屏蔽的差分对信号对，连接器内部的信号可以做比如L型弯曲来进行PCB和外部连接的拓扑转换。这种布局有几大优势，首先，连接器可以匹配多个(比如两个)PCB，可以包含一个发射器和一个接收器，以使组成一个光收发器；其次，布线长度和差分信号的长度可以形成匹配，以达到信号对之间的延迟相匹配最小化，信号间的延迟匹配减小对于实时计算和总线应用有非常关键的性能提升。
此外，由图2和图3也可以看到，电连接器还与主板21上的插座连接器32互联，具体可以是通过图4中的另一个第二电接口的引脚35与插座连接器32连接。所述光收发器中的电连接器31通过导轨和导槽与主板21热插拔配合，其中导轨是电连接器31插入主板21的配合机制，电连接器31的侧面有导槽和主板21的滑轨配合，使得电连接器可以容易并且精密的插入主板21；并且，当电连接器插入主板21时，电连接器31内部的电接口和主板21上的点接口需要精密配合，其配合机制为公母槽配合。此外，本实施例的电连接器还可以带光电检测(DigitalOpticalMonitoring，简称：DOM)功能。
本实施例中，光纤30可以是可插拔的连接在光纤接口29，也可以是固定连接在光纤接口29，当固定连接时，那么可以将光纤30和光收发器组成的整体称为主动光缆(ActiveOpticalCables，简称：AOC)。
在以上的图2-图4中，是以PCB的数量为两块为例，实际应用中PCB的数量是可变的，比如可以设置三块PCB，参见图5，图5为本发明实施例提供的又一种光收发器的应用结构示意图，新增加的第三块PCB可以设置在图5中所示的S面，即相当于平行于图5所在平面且垂直于机械外壳22的平面，并在该面上设置光引擎25(仅在S面示例了一个光引擎)。这种情况下，只要在图4中的电连接器上增加相应的用于与PCB连接的端口(即第二电接口)即可，仍然可以采用引脚与PCB连接。
此外，在以上的图2-图4中，是以PCB平行于主板21为例，实际上PCB也可以垂直于主板21设置，图6为本发明实施例提供的又一种光收发器的应用结构示意图，该图6简单示意了垂直设置的结构。PCB23和PCB24垂直设置在主板21上，电连接器31的设置可以不变，与图5中是相同的，仍然是夹设在两块PCB中间，只不过在图5中的两块PCB均平行于主板21，而图6中的两块PCB均平行于图6所在的平面。
本发明实施例的光收发器，用低成本的光引擎技术搭建太比特(一太比特通常是1Tbit/s＝1024Gbit/s＝1024x1024Mbit/s，用于反映带宽)级光收发器和主动光缆，有低成本、低功耗、高带宽的特性，可以在今后3-5年内量产太比特级的短距互联产品，在未来的企业网、数据中心、云计算、基于太比特粒度的高带宽核心交换机、路由器、服务器、存储和背板互联等领域有广泛的应用，为核心路由器和数据中心提供<300米内Tbit级互联方案，在网卡和母板上安装使用数个光收发器可以实现太比特至皮比特的路由开关等网络设备的互联通讯，而且不仅可以用作热插拔，也可以用在背板插拔模块等背板联接应用场景。
图7为本发明实施例提供的又一种光收发器的应用示例，该图7演示了一个使用了15个本发明实施例的光收发器71的网卡的设计使用场景。每个光收发器可以提供的最大双工带宽在2Tbit，该网卡可以提供的最高带宽为30Tbit。多个这样的网卡可以联合在一起集群使用，提供达到petabit(数据存储单位，1PB(petabit)＝1000TB)的高速网络应用，为百亿亿次级(exascale)计算和网络提供高速光电互联。
本发明实施例还提供一种AOC，该AOC可以包括本发明上述实施例所述的光收发器以及光纤，AOC的结构可以结合参见图2，将光纤30固定连接在光纤接口29，也就是光收发器中的每个光引擎的光接口固定连接光纤。此外，其他的结构可以参见前述的各实施例，比如所述光收发器还包括机械外壳，该机械外壳围设所述至少一个印刷电路板、至少两个光引擎和电连接器，所述印刷电路板靠近所述机械外壳设置。所述光收发器设置在主板21上，所述光收发器中的电连接器31通过导轨和导槽与所述主板21热插拔配合。当所述光收发器设置在所述主板21上时，所述至少一个印刷电路板中的一个或多个印刷电路板与所述主板21水平放置或者垂直放置。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光收发器，其特征在于，包括：至少一个印刷电路板和设置在所述至少一个印刷电路板上的至少两个光引擎，所述至少两个光引擎至少包括用于进行光电转换的第一光引擎以及用于进行电光转换的第二光引擎；
所述光收发器还包括电连接器，所述电连接器用于互相连接所述至少两个光引擎；
每个所述光引擎包括：第一电接口以及使用光纤阵列形式的光接口，所述光接口用于连接光纤，所述第一电接口通过一个印刷电路板与所述电连接器的至少两个第二电接口中的一个第二电接口连接，每个所述第二电接口采用阵列形式。
2.根据权利要求1所述的光收发器，其特征在于，所述电连接器是线性栅阵列电连接器。
3.根据权利要求1或2所述的光收发器，其特征在于，所述电连接器的至少一个第二电接口是触点阵列封装LGA接头。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述至少一个印刷电路板的数量为至少两块。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述电连接器通过所述一个第二电接口的引脚与所述一个印刷电路板的差分钻孔对进行接触式互联。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光收发器，其特征在于，所述光接口采用多模光纤或单模光纤的光纤阵列。
7.一种主动光缆，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的光收发器和光纤，所述光收发器中的每个光引擎的光接口固定连接所述光纤。
8.根据权利要求7所述的主动光缆，其特征在于，还包括机械外壳，用于围设所述至少一个印刷电路板、至少两个光引擎和电连接器，所述印刷电路板靠近所述机械外壳设置。
9.根据权利要求7或8所述的主动光缆，其特征在于，还包括主板，所述光收发器设置在所述主板上，所述光收发器中的电连接器通过导轨和导槽与所述主板热插拔配合。
10.根据权利要求9所述的主动光缆，其特征在于，所述至少一个印刷电路板中的一个或多个印刷电路板与所述主板水平或垂直放置。
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