CN105431757A - 光电收发器模块和有源光缆 - Google Patents

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J·道门朗
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Abstract

本发明公开了一种光电收发器模块和包括该模块的有源光缆。该模块包括第一印刷电路板和第二印刷电路板。第一印刷电路板承载：1)光源，其具有将输入的电信号转换成光学信号的驱动器电路，2)光学接收器部件，其具有将光学信号转换成电信号的放大器电路，3)单一光学耦合单元，其配置成将光缆的波导光学耦合至光源，以及光学耦合至光学接收器部件，以及4)一个或多个电触头，其配置成连接到主机装置。第二印刷电路板包括连接到第一印刷电路板上的驱动器电路或放大器电路的电触头。

Description

光电收发器模块和有源光缆
技术领域
本发明涉及一种光电收发器模块，具体地说涉及用于将有源光缆连接到主机装置的头部或插口模块。本发明还涉及设有这种光电收发器模块的有源光缆。
背景技术
有源光缆使用线缆两端的电-光学信号转换来提供高速信号传输，例如，高达10Gb/s或更快，而不牺牲与标准电接口的兼容性。有源光缆的末端设有用于将电信号转换成光学信号且反之亦然的光电模块。有源光缆可以取代传统的铜线缆，允许在较高的数据传输率下较长的线缆长度。
光电收发器模块通常包括用于发射光学信号的发射器单元和用于接收光学信号的接收器单元。
发射器单元通常设有电驱动器电路、一个或多个高速光源(如一个或多个激光器和/或一个或多个LED)，和用于将光学信号从光源引导到光波导(特别是光纤)的光学耦合单元。
接收器单元通常设有用于从光波导(特别是光纤)接收光学信号的光学耦合单元、用于将光学信号转换为电信号的光电元件(如PIN或APD二极管)，和用于将信号放大到合适的逻辑输出信号水平的放大器电路。
另外，微控制器可以用来控制和监测接收器单元和/或发射器单元和/或用来经由低速接口访问这些单元。这种微控制器也可以用来将非易失性设置和/或产品相关的信息存储在其可以经由低速接口访问的储存器中。
这些部件通常被承载在具有触垫的一个或多个印刷电路板(PCB)上，这些触垫用于接触主机装置的相匹配数据传输触头。有几种可能的标准构造。在这些标准构造的一种中使用两个PCB的堆叠：具有用于从主机装置接收电信号的触垫的发射器PCB以及具有用于将电信号传递至主机装置的触垫的接收器PCB。在目前的收发器模块中，发射器PCB承载发射器芯片及包括光学耦合器的相关联部件，该光学耦合器用于将来自光源的输出光信号引导到光缆的波导，而接收器PCB承载接收器芯片和包括光学耦合器的相关联部件，该光学耦合器用于引导来自光缆的光波导的输入光学信号。
在使用中，来自光缆的光波导的光学信号被接收器单元转换成电信号，电信号在PCB上行进到光电收发器模块所插入的主机装置。反过来，来自主机装置的输入的电信号经由发射器PCB行进到驱动器电路，该驱动器电路驱动高速光源来将电信号转换成光学信号。这些光学信号经由光学耦合单元被馈送到光缆的光波导。
接收器和发射器单元以及PCB占用大量空间，从而导致庞大的模块。与小型化的总趋势一致，需要一种占用较少空间的光电模块。更特别的是，许多主机装置具有配置成与迷你SASHD标准接口连接器通信的通信端口，这对于光学收发器模块形成了要足够紧凑以便被设计为你SASHD模块的需要。
发明内容
为此，公开了一种包括第一PCB和第二PCB的光电收发器模块。第一PCB承载：
○一个或多个光源，诸如VCSEL或LED，其具有将输入的电信号转换成光学信号的驱动器电路，
○一个或多个光学接收器部件，诸如PIN二极管或APD二极管，其具有将光学信号转换成电信号的放大器电路，
○单一光学耦合单元，其配置成将光缆的波导光学耦合至光源，以及光学耦合至光学接收器部件；以及
○连接到主机装置的一个或多个第一电触头。
此外，第二PCB具有用于连接到主机装置的一个或多个触头。第二PCB的触头的至少一部分连接到驱动器电路或放大器电路。
例如，驱动器电路和放大器电路可以分别连接到不同的相应PCB上的触头。例如，驱动器电路可以连接到第一PCB的触头，而放大器电路连接到第二PCB的触头，或者放大器电路可以连接到第一PCB的触头，而驱动器电路连接到第二PCB的触头。在这种构造中，仅仅单一光学耦合单元用来输入以及输出光学信号。这大大减少了空间消耗，并且使得例如能够将收发器模块构造为标准迷你SASHD模块。
为了符合迷你SASHD构造，第一和第二PCB可包括用于提供连接到主机装置的触头的接触边缘。接触边缘可以具有触垫，触垫要么连接到第一PCB上与光源相关联的驱动器电路，要么连接到第一PCB上与光学接收器部件相关联的放大器电路。
为了桥接两个刚性PCB，可以使用柔性板来将第二PCB的触垫与驱动器电路或放大器电路相连。该柔性板可以折叠以对齐第一和第二PCB，两个PCB具有用于接触主机装置的匹配连接部的平行接触边缘。该布置可以用来提供用于发射路径的接触边缘和用于接收路径的单独的接触边缘。
如果光学耦合单元布置在两个PCB之间，则实现了特别紧凑的布置。PCB例如可以是平行的，光学耦合单元夹在两个或更多个PCB之间。
刚性PCB例如可以具有由柔性板连接的平行纵向侧。堆叠的刚性PCB的短侧中的一个可以用于连接到相关联光缆的光波导。作为选择，柔性板可以连接两个刚性PCB的短侧，或者可以将一个刚性PCB的短侧连接到另一个刚性PCB的纵向侧。
在特定的实施例中，光电收发器模块可例如在第二刚性PCB上包括微控制器。
为了实现有效的热管理，收发器模块例如可以包括具有导热桥接器的壳体，导热桥接器通常位于该壳体的内表面，在驱动器电路和/或放大器电路处或附近接触第一PCB。这允许将驱动器电路和放大器电路产生的热量有效散发。为了监测通过壳体的热流，收发器模块可以包括具有导热桥接器的壳体，导热桥接器通常位于该壳体的内表面，与通常包括内部热传感器的微控制器导热接触。
作为选择，柔性板和两个PCB可以制成为单一件，例如为刚性-柔性-刚性结构。刚-柔性电路是层叠在一起形成单一结构的刚性和柔性基板的混合结构。作为选择，刚性板可以经由板到板连接器进行连接。
光电收发器模块例如可以具有敞开的刚性端口连接部，其可以通过将光缆的终端插入敞开端口来用来连接光缆。作为选择，模块可以通过永久连接部来连接到光缆，例如通过具有线缆插入件的线缆护罩。
本发明公开了一种有源光缆，其包括至少一个例如两个终端，该终端设有根据上述公开内容的光电收发器模块。
将参考示出所公开的光电收发模块和所公开的有源光缆的示例性实施例的附图来进一步说明本发明。
附图说明
图1是按照一实施例构造的光电收发器模块的透视图，显示为光电收发器模块的壳体部分地拆除；
图2是图1所示的收发器模块的侧面剖视图；
图3是图1所示的收发器模块沿其柔性板截取的端面剖视图；以及
图4是图1所示的收发器模块的电路板以展开状态示出的俯视图。
具体实施方式
图1示出了光缆1的终端，光缆1具有包括线缆插入件3的线缆护罩2。光缆1保持多根光纤4，其终端从插入件3沿纵向方向L突出。线缆插入件3将线缆1连接至具有壳体7的光电收发器模块6，壳体7在一端具有连接器开口8，并且在另一端具有线缆入口9。连接器开口8和线缆入口9可以沿纵向方向L彼此隔开。插入件3可以具有凸缘端11，该凸缘端被成形以便提供与线缆入口9的相应成形的内表面12的牢固机械结合。
光纤4对齐并夹持于卡套13中，卡套13将这些光纤4的外端呈现给具有透镜阵列(未示出)的光学耦合单元14，每个透镜设置为与保持在卡套13中的相关联光纤4的外端光学通信。
光电收发器模块6还包括两个刚性印刷电路板(PCB)，这两个刚性印刷电路板包括发射器PCB16和接收器PCB17。两个刚性PCB16和17以平行关系布置，发射器PCB16沿垂直于纵向方向L的横向方向T定位在接收器PCB17的上方。发射器PCB16承载用于将输入的电信号转换为输出的光学信号的高速光源42(参见图4)、以及用于将输入的光学信号转换为输出的电信号的光学接收器部件41(参见图4)。高速光源42可以例如是竖直腔面发射激光器(VCSEL)。光学接收器部件41可以例如是PIN二极管。
光学耦合单元14由发射器PCB16承载在两个PCB16和17之间的位置。两个PCB16和17是具有矩形轮廓的刚性板。发射器PCB16具有面向线缆入口9的短侧18和位于连接器开口8处的短侧21。短侧18和21可以沿纵向方向L彼此隔开。接收器PCB17也具有面向线缆入口9的短侧19和位于连接器开口8处的短侧22。短侧19和22沿纵向方向L彼此隔开。发射器PCB16具有纵向侧23，并且接收器PCB具有纵向侧24。发射器PCB16的纵向侧23经由柔性板26连接到接收器PCB17的相对设置的纵向侧24。卡套13和光学耦合单元14在面向线缆入口9的端部定位在PCB16和17之间。刚性PCB16和17的相对短侧21和22分别是接触边缘，其具有经由连接器开口8可触及且布置成被主机装置(未示出)的互补触头接触的接触指部。
光学耦合单元14接收来自保持在卡套13中的光纤4的光学信号，并且利用相关联的下游放大器电路47将这些光学信号引导到光学接收器部件41(参见图4)。这些电信号然后通过柔性板26传递到接收器PCB17并且随后传递到主机装置的接收导体。
来自主机装置的电信号经由电驱动器电路43(参见图4)从发射器PCB16上的电输入信号触头46(参见图4)行进到光源42，光源42将电信号转换成光学信号。这些光学信号随后通过光学耦合单元14传递到光缆1的光纤4。
在一端具有光电模块6且在另一端具有类似光电模块6的光缆1形成与同传统铜线缆一起使用但在连接器之间使用光纤的电输入端兼容的有源光缆。
在另一个实施例中，光电收发器模块6的线缆入口9可以设有敞开的光学端口，以便允许使用者插入光缆中。
光电模块6以纵向截面显示在图2中。微控制器27设置在壳体7和接收器PCB17之间。微控制器27控制和监测发射器PCB16上的驱动器电路43以及放大电路47。往返于微控制器27的低速电信号经由柔性板26分别被供应至驱动器电路43和放大器电路47以及从驱动器电路43和放大器电路47被接收，并且还供应至电连接器侧46和49，以提供往返于所连接的主机装置的低速数据传输。
壳体的内表面设有接触微控制器27的导热桥接器25。由于微控制器27包括内部热传感器，所以壳体的温度可以受到监测。类似地，导热桥接器30在光学耦合单元14以及驱动器电路43和放大器电路47的位置设置在壳体7的内表面和发射器PCB16之间。这有利于经由壳体7从驱动器电路43和放大器电路47散热。
图3示出了光电收发器模块6沿垂直于纵向方向与柔性板26交叉的平面截取的横截面。该平面可以沿横向方向T以及垂直于纵向方向L和横向方向T的侧向方向A延伸。壳体7可由两部分33和34形成。部分33和34可以限定大致镜像的两半33和34，或者壳体7可以选择性地按需要构成。发射器PCB16和接收器PCB17在其相应的纵向侧28和29的边缘滑入位于壳体7的两半的其中一个34的内侧的匹配凹槽31和32中。在另一个横截面(未示出)，发射器PCB16和接收器PCB17的相对纵向边缘被类似接纳在位于壳体7的两半的另一个33的内表面中的对应凹槽中。
柔性板26以及刚性发射器PCB16和接收器PCB17可以被一体地制成为单一刚性-柔性-刚性基板。这种基板可以被折叠和展开。这种基板以展开的状态显示在图4中。光学耦合单元14大致为具有敞开侧的U形，该敞开侧配置为接纳卡套13。U形的内侧提供第一和第二引导表面37和38以及定位销39，以便能够正确定位具有光纤端部4的卡套。
光学耦合单元14的透镜与各个光纤端部4通信并且将光学信号从光纤端部4引导到PIN二极管41的阵列，或者沿相反的方向将光学信号从VCSEL42的阵列引导到相应光纤端部。虽然PIN二极管41和VCSEL42的阵列被光学耦合单元14覆盖，但为了进行说明它们被显示在图4中。
VCSEL42连接到驱动器电路43，驱动器电路43在发射器PCB16的短侧经由导电路径44连接到接触指部46。来自主机装置的电信号经由接触指部46行进到驱动器电路43，驱动器电路43驱动VCSEL42将电信号转换为由光学耦合单元14引导而进入线缆1的光纤4的光学信号。
PIN二极管41将输入的光学信号转换为电信号，该电信号被传递到接收器芯片47，接收器芯片47配置成将信号放大到合适的逻辑输出信号水平。被放大的信号经由接收器PCB17上的导电路径48传递至位于接收器PCB17的短侧处的接触指部49。
PIN二极管41的阵列与VCSEL42的阵列成一直线。光学耦合单元14在一方面的线缆的光波导与另一方面的VCSEL和PIN二极管之间形成单一接口。
上面的说明被提供出于说明的目的，而不被解释为限制本发明。虽然参考允许实施例或优选方法描述了各实施例，但是可以理解，本文所用的词语是描述和说明性文字，而不是限制性文字。此外，虽然本文参考特定结构、方法和实施例描述了各实施例，但是本发明并非旨在限于本文公开的特定结构、方法和实施例。例如，应该认识到，与一个实施例结合描述的结构和方法同样可适用于本文描述的所有其它实施例，除非另有说明。受益于本说明书的教导的相关领域的技术人员可以对本文所描述的发明实施多种变型，并且可以在不偏离本发明的精神和范围的前提下进行改变，例如如所附权利要求中所述。

Claims (24)

1.一种光电收发器模块，包括：
第一印刷电路板，其承载：
至少一个光源，其具有配置成将输入的电信号转换成光学信号的驱动器电路，
至少一个光学接收器部件，其具有配置成将光学信号转换成电信号的放大器电路，
单一光学耦合单元，其配置成将光缆的波导光学耦合至所述至少一个光源，以及光学耦合至所述至少一个光学接收器部件；以及
至少一个第一电触头，其配置成连接到主机装置；以及
第二印刷电路板，其具有配置成连接到主机装置的至少一个第二电触头，
其中第二印刷电路板上的至少一个第二电触头的至少一部分连接到第一印刷电路板上的驱动器电路或放大器电路。
2.根据权利要求1所述的光电收发器模块，还包括将第二印刷电路板的至少一个电触头与驱动器电路或放大器电路相连的柔性板。
3.根据权利要求2所述的光电收发器模块，其中，所述柔性板被折叠以将第一印刷电路板与第二印刷电路板对齐，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每一个具有各自的接触边缘，所述接触边缘彼此平行以便接触主机装置的对应连接部。
4.根据权利要求1所述的光电收发器模块，其中，所述光学耦合单元设置在第一印刷电路板和第二印刷电路板之间。
5.根据权利要求1所述的光电收发器模块，其中，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的一个承载微控制器。
6.根据权利要求5所述的光电收发器模块，其中，所述微控制器被承载在第二印刷电路板上与第二印刷电路板的面对第一印刷电路板的表面相反的表面处。
7.根据权利要求5所述的光电收发器模块，还包括壳体，所述壳体具有接触微控制器的导热桥接器。
8.根据权利要求1所述的光电收发器模块，还包括具有导热桥接器的壳体，所述导热桥接器在至少接近所述驱动器电路和放大器电路中的一者或两者的位置接触第一印刷电路板。
9.根据权利要求8所述的光电收发器模块，其中，所述位置位于所述驱动器电路和放大器电路中的一者或两者处。
10.根据权利要求1所述的光电收发器模块，包括敞开的光学端口连接部。
11.根据权利要求1所述的光电收发器模块，其中，板到板连接器将第二印刷电路板的至少一个第二电触头与所述驱动器电路或所述放大器电路连接。
12.根据权利要求1所述的光电收发器模块，其中，所述驱动器电路和所述放大器电路连接至位于第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每一个上的相应电触头。
13.一种有源光缆，其具有设有光电收发器模块的终端，所述光电收发器模块包括：
第一印刷电路板，其承载：
至少一个光源，其具有配置成将输入的电信号转换成光学信号的驱动器电路，
至少一个光学接收器部件，其具有配置成将光学信号转换成电信号的放大器电路，
单一光学耦合单元，其配置成将光缆的波导光学耦合至所述至少一个光源，以及光学耦合至所述至少一个光学接收器部件；以及
至少一个第一电触头，其配置成连接到主机装置；以及
第二印刷电路板，其具有配置成连接到主机装置的至少一个第二电触头，
其中第二印刷电路板上的至少一个第二电触头的至少一部分连接到第一印刷电路板上的驱动器电路或放大器电路。
14.根据权利要求13所述的有源光缆，还包括将第二印刷电路板的至少一个电触头与驱动器电路或放大器电路相连的柔性板。
15.根据权利要求14所述的有源光缆，其中，所述柔性板被折叠以将第一印刷电路板与第二印刷电路板对齐，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每一个具有各自的接触边缘，所述接触边缘彼此平行以便接触主机装置的对应连接部。
16.根据权利要求13所述的有源光缆，其中，所述光学耦合单元设置在第一印刷电路板和第二印刷电路板之间。
17.根据权利要求13所述的有源光缆，其中，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的一个承载微控制器。
18.根据权利要求17所述的有源光缆，其中，所述微控制器被承载在第二印刷电路板上与第二印刷电路板的面对第一印刷电路板的表面相反的表面处。
19.根据权利要求17所述的有源光缆，还包括壳体，所述壳体具有接触微控制器的导热桥接器。
20.根据权利要求13所述的有源光缆，还包括具有导热桥接器的壳体，所述导热桥接器在至少接近所述驱动器电路和放大器电路中的一者或两者的位置接触第一印刷电路板。
21.根据权利要求20所述的有源光缆，其中，所述位置位于所述驱动器电路和放大器电路中的一者或两者处。
22.根据权利要求13所述的有源光缆，包括敞开的光学端口连接部。
23.根据权利要求13所述的有源光缆，其中，板到板连接器将第二印刷电路板的至少一个第二电触头与所述驱动器电路或所述放大器电路连接。
24.根据权利要求13所述的有源光缆，其中，所述驱动器电路和所述放大器电路连接至位于第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每一个上的相应电触头。
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