CN106646777B - 一种光模块及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块及其设计方法，该光模块包括：电路板、高速信号线、驱动芯片及光芯片；所述电路板包括顶板和位于所述顶板下方的金属层，所述金属层为所述顶板的参考回流层；所述驱动芯片、所述高速信号线以及所述光芯片均布置于所述顶板上，所述驱动芯片和所述光芯片通过所述高速信号线相连接；所述高速信号线的传输路径上布置有两个焊盘；所述两个焊盘通过耦合电容电连接；所述两个焊盘在所述金属层中的投影区域设置有绝缘区域。该光模块中，高速信号线上设置有焊盘的位置不会发生阻抗突变，且该处的电磁辐射也较小，适用性更好。

Description

一种光模块及其设计方法

技术领域

本发明涉及光模块技术领域，尤其涉及一种光模块及其设计方法。

背景技术

目前，随着光通讯技术的发展，单通道光纤速率由之前的1G或10G，提高到了现在的25G或28G，与之对应，为了适应高速发展的需求，光模块(即光电转换器)的PCB(PrintedCircuit Board，印制电路板，简称电路板)板的电路也随之设计为高速电路。

通常，光模块的PCB板包括多层，分别为金属层和设置于相邻的金属层中的介质层，顶层金属层上通常布置有元器件，例如驱动芯片，以及与所述驱动芯片相连接的光芯片。在光模块的PCB板的电路设计中，由于电路为高速电路，通常在布置有元器件的顶层金属层的下方设置一层参考回流层，以适应信号的高速传输需求。在具体设置时，通常将顶层金属层的相邻下一层金属层作为顶层金属层的参考回流层。

光模块的PCB板的高速电路在正常工作时，驱动芯片与光芯片的直流偏置电压通常不同，导致光模块无法正常工作，基于此，在顶层金属层上布置元件器时，通常在驱动芯片和光芯片之间的高速信号传输路径上设置一个耦合电容，用于耦合两端的传输信号，从而保证光模块的正常工作。具体设置时，通常采用两个焊盘将耦合电容焊接于连接驱动芯片和光芯片的高速信号线的传输路径上，但是由于焊盘的宽度大于高速信号线的宽度，此种设置又会导致高速信号传输路径上的阻抗在焊盘处发生变化，从而影响信号的传输质量。

所以，现有的光模块，其PCB板的高速信号线上连接耦合电容后，高速信号传输路径上的阻抗在焊盘处会发生变化，使用效果较差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光模块及其设计方法，以解决现有的光模块，其PCB板的高速信号线上连接耦合电容后，高速信号传输路径上的阻抗在焊盘处会发生变化，使用效果较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种光模块，该光模块包括：电路板、高速信号线、驱动芯片及光芯片；所述电路板包括顶板和位于所述顶板下方的金属层，所述金属层为所述顶板的参考回流层；所述驱动芯片、所述高速信号线以及所述光芯片均布置于所述顶板上，所述驱动芯片和所述光芯片通过所述高速信号线相连接；所述高速信号线的传输路径上布置有两个焊盘；所述两个焊盘之间具有绝缘间隙，所述两个焊盘通过桥接的耦合电容电连接；所述两个焊盘在所述金属层中的投影区域设置有绝缘区域。

第二方面，本发明实施例提供了一种光模块的设计方法，该设计方法包括：设置包括顶板和顶板下方的金属层的电路板，并且将所述金属层设置为所述顶板的参考回流层；在所述顶板上布置驱动芯片、高速信号线和光芯片，并且将所述高速信号线布置于所述驱动芯片和所述光芯片之间，用于连接所述驱动芯片和所述光芯片；在所述高速信号线的传输路径上布置两个焊盘，所述两个焊盘之间设置绝缘间隙；在所述两个焊盘的顶部桥接耦合电容，用于连接所述两个焊盘；在所述两个焊盘在所述金属层中的投影区域设置绝缘区域。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明提供了一种光模块及其设计方法，该光模块包括电路板，电路板包括顶板，顶板下方设置有作为顶板的参考回流层的金属层，顶板上布置有驱动芯片和光芯片，驱动芯片和光芯片通过高速信号线相连接，高速信号线的传输路径上布置有两个焊盘，两个焊盘的顶部桥接有耦合电容，两个焊盘在金属层中的投影区域设置有绝缘区域，保证了高速信号传输路径上阻抗的连续性，阻抗不会在焊盘处发生突变，从而保证了光模块较好的使用效果；此外，该光模块中，在金属层中设置有穿过绝缘区域的导线，导线连通绝缘区域外围的金属层，保证了焊盘处高速信号的回流路径与其上方的信号路径的对应，极大地减小了焊盘处的电磁辐射，适用性更好。

本发明实施例应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图2为图1中焊盘处的局部放大图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明实施例提供的另一种光模块的局部结构示意图；

图5为图4中绝缘区域处的局部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种光模块的设计方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种光模块及其设计方法，该光模块的PCB板在参考回流层中，与其上方焊盘对应的区域，设置有绝缘区域，保证了高速信号的传输路径上，阻抗的连续性，焊盘处的阻抗不会发生突变；此外，该光模块的PCB板的绝缘区域中设置有保证高速信号的回流路径与其上方的信号路径相对应的导线，极大地减小了该光模块的电路板中焊盘处的电磁辐射。

下面结合附图，详细介绍本发明的具体实施例。

如图1和图2所示，图1示出的是本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图，图2示出的是图1中焊盘处的局部放大图。

该光模块包括：电路板1、高速信号线2、驱动芯片3和光芯片；所述电路板1包括顶板4和位于所述顶板4下方的金属层5，所述金属层5为所述顶板4的参考回流层；所述驱动芯片3、所述高速信号线2以及所述光芯片均布置于所述顶板4上，所述驱动芯片3和所述光芯片通过高速信号线2相连接；所述高速信号线2的传输路径上布置有两个焊盘6；所述两个焊盘6之间具有绝缘间隙，所述两个焊盘6通过桥接的耦合电容7电连接，即所述两个焊盘6的顶部桥接有耦合电容7；所述两个焊盘6在所述金属层5中的投影区域设置有绝缘区域8。

在具体设计时，光模块的PCB板(电路板1)通常包括多层，且通常设置为金属层与介质层相间的模式，即通常在顶层金属层的下方布置一层介质层，在该介质层的下方再布置一层金属层，依次布置，从而得到所需的PCB板。本文中，将光模块的PCB板的顶层金属层定义为顶板4，将顶板4下方与该顶板4相邻的金属层5作为顶板4的参考回流层。

顶板4通常用于布置元器件，且在实际设置时，顶板4上可以布置多个元器件，例如图1中，顶板4上布置有一个用于实现滤波、驱动和整形等功能的驱动芯片3，一个用于将光模块与其它设备(例如计算机主机)建立连接的金手指9，一个光芯片，光芯片可以是用于将其它设备(例如计算机主机)发送至光模块的电信号转换为光信号，并将转换后获得的光信号发送至光网络的光发射芯片10，也可以是用于从光网络中接收光信号，并将接收到的光信号转换为电信号的光接收芯片11，当然，顶板上也可以布置两个光芯片，其中一个光芯片为光发射芯片10，另一个光芯片为光接收芯片11，其中，光接收芯片11、光发射芯片10和金手指9均通过高速信号线2与驱动芯片3相连接。

具体实施时，顶板4上的元器件之间通常采用差分线进行高速信号传输，而差分线均为成对布置，因此，顶板4上的元器件之间采用差分线进行高速信号传输时，高速信号线2包括多根。光接收芯片11、光发射芯片10各自通过一对差分线与驱动芯片3相连接，金手指9通过两对差分线与驱动芯片3相连接，即光接收芯片11和光发射芯片10与驱动芯片3之间各自布置两根高速信号线2，金手指9和驱动芯片3之间布置四根高速信号线2。

光模块在正常工作时，顶板4上的各个元器件工作的直流偏置电压通常不同，为了避免烧毁元器件，通常不可以直接连通两个元器件，亦即不可以直接采用高速信号线2连通两个元器件，需要在高速信号线2上连接耦合电容7，通过耦合电容7耦合该耦合电容7两端的信号，以实现两个元器件之间的信号传输。当顶板4上用于连接元器件的高速信号线2包括多根时，需要在每一根高速信号线2上连接一个耦合电容7，具体设置时，耦合电容7无法直接布置于顶板4上，需要通过焊盘6将其焊接于顶板4上，因此，需要在每一根高速信号线2的传输路径上布置两个焊盘6，为了避免将相应的两个元器件直接连通，导致元器件烧毁，两个焊盘6之间需要设置绝缘间隙，之后将耦合电容7焊接于这两个焊盘6的顶部即可。

通常，高速信号由一个元器件传输至另一个元器件的过程中，该高速信号的传输路径上存在一定的阻抗，阻抗的大小与该传输路径中单位长度上的电容有关，在其它条件不变的情况下，该传输路径中单位长度上的电容越大，阻抗就越小。而传输路径中单位长度上的电容的大小与该电容的两个极板的正对面积有关，即与顶板4中用于传输该高速信号的导体和参考回流层中的导体的正对面积有关，在其它条件不变的情况下，顶板4中用于传输该高速信号的导体与参考回流层中的导体的正对面积越大，传输路径中单位长度上的电容就越大。由此可知，在其它条件不变的情况下，顶板4中用于传输高速信号的导体与参考回流层中的导体的正对面积越大，高速信号的传输路径上的阻抗就越小。

结合上述论述可知，采用焊盘6在任意一根高速信号线2上连接耦合电容7后，由于焊盘6的宽度通常大于高速信号线2的宽度，导致焊盘6和耦合电容7与金属层5(参考回流层)的正对面积比高速信号线2与金属层5的正对面积大，在其它条件没有发生变化的情况下，高速信号传输路径上焊盘6和耦合电容7处的电容比高速信号线2处的电容大，导致焊盘6和耦合电容7处的阻抗比高速信号线2处的阻抗小，亦即在高速信号的传输路径上，阻抗在焊盘6和耦合电容7的位置发生突变，造成高速信号在焊盘6处发生反射，引起高速信号的完整性问题。

为了解决上述高速信号的完整性问题，本发明实施例提供的光模块的结构进行了如下设置：对于每根高速信号线2上设置的两个焊盘6，在这两个焊盘6在金属层5中的投影区域中确定一个区域，挖掉该区域内部包围的金属层，将该区域设置为一个绝缘区域8，这样，焊盘6和耦合电容7与金属层5的正对面积即可减小，当该绝缘区域8的面积满足下述条件时：两个焊盘6和耦合电容7的面积之和减去焊盘6和耦合电容7重合部位的面积，得到的差值再减去目标长度的高速信号线2的面积，最后生成的差值为绝缘区域8的面积的值，其中，目标长度为沿着高速信号的传输方向，从其中一个焊盘6的起始至另一个焊盘6的结尾处的长度，此种情况下，焊盘6和耦合电容7与金属层5的正对面积可调整至与高速信号线2与金属层5的正对面积相同的状态，使得高速信号的传输路径上焊盘6和耦合电容7处的电容与高速信号线2处的电容最大程度的趋于相等，从而使得高速信号的传输路径上焊盘6和耦合电容7处的阻抗与高速信号线2处的阻抗也最大程度的趋于相同，阻抗不会在焊盘6处发生突变，也就不会出现高速信号的完整信问题。在具体实施过程中，绝缘区域8可以设置为任意形状，例如：正方形、矩形、多边形等，为了使高速信号的传输路径上焊盘6和耦合电容7处的阻抗与高速信号线2处的阻抗最大程度的趋于相同的状态，通常将绝缘区域8的形状设置为矩形。

由前述可知，顶板4上的元器件之间通常采用差分线进行高速信号的传输，即两个元器件之间的高速信号线2通常成对布置，例如，布置于顶板4上的驱动芯片3和光芯片(光发射芯片10或光接收芯片11)之间通过一对差分线相连接，即驱动芯片3和光芯片(光发射芯片10或光接收芯片11)之间布置有一对高速信号线2，布置于顶板4上的金手指9和驱动芯片3之间通过两对差分线相连接，即金手指9和驱动芯片3之间布置有两对高速信号线2，每对高速信号线2包括两根高速信号线2。这样，在驱动芯片3和光芯片(光发射芯片10或光接收芯片11)之间以及在金手指9和驱动芯片3之间设置耦合电容7时，针对每对高速信号线2设置两个耦合电容7，每根高速信号线2上设置一个。具体设置时，针对布置于驱动芯片3和光芯片之间的一对高速信号线2，其上的两个耦合电容7可以设置于距离驱动芯片3(或光芯片)相同的位置，即这对高速信号线2中的一根高速信号线2上设置的耦合电容7距离驱动芯片3(或光芯片)的距离与另一根高速信号线2上设置的耦合电容7距离驱动芯片3(或光芯片)的距离相同；此外，还可以将这对高速信号线2上的耦合电容7设置于距离驱动芯片3(或光芯片)不同的位置，即这对高速信号线2中的一根高速信号线2上设置的耦合电容7距离驱动芯片3(或光芯片)的距离与另一根高速信号线2上设置的耦合电容7距离驱动芯片3(或光芯片)的距离不同。在金手指9和驱动芯片3之间的高速信号线2上布置耦合电容7时可参考上述在驱动芯片3和光芯片之间的高速信号线2上布置耦合电容7的方式，此处不再详述。

与上述耦合电容7的设置相应，在金属层5中设置绝缘区域8时，针对每对高速信号线2，在其中每根高速信号线2上布置的两个焊盘6在金属层5中的投影区域中均需设置一个绝缘区域8。对于驱动芯片3和光芯片之间的一对高速信号线2，如果这对高速信号线2上的耦合电容7设置于距离驱动芯片3(或光芯片)不同的位置，则在每根高速信号线2上布置的两个焊盘6在金属层5中的投影区域中各自设置一个绝缘区域8；如果这对高速信号线2上的耦合电容7设置于距离驱动芯片3(或光芯片)相同的位置，则可以在每根高速信号线2上布置的两个焊盘6在金属层5中的投影区域中各自设置一个绝缘区域8，也可以在这对高速信号线2上布置的四个焊盘6在金属层5中的投影区域中设置两个相互连通的绝缘区域8，即在这四个焊盘6在金属层5中的投影区域中只设置一个绝缘区域8，并将该绝缘区域8的面积设置为能够使这对高速信号线2对应的高速信号的传输路径上的阻抗不会发生突变的状态，具体设置可参考前述内容，此处不再详述。

参考图3，图3是图2的俯视图，由图3可知，在金属层5(参考回流层)中设置绝缘区域8后，在该绝缘区域8的位置，高速信号的回流路径发生变化，未在金属层5中设置绝缘区域8时，高速信号的回流路径位于其上方信号路径A→B在金属层5中的正投影位置，在金属层5中设置绝缘区域8后，高速信号的回流路径变为路径C→D，高速信号的回流路径发生变化后，顶板4上高速信号的信号路径(电流路径)与金属层5中高速信号的回流路径所形成的交变磁场的电磁辐射范围增大，增大了对周围其它电路的电磁干扰。

为了减小上述电磁干扰，本发明实施例提供的光模块的结构进行了如下设置：在每个绝缘区域8中，设置一根穿过该绝缘区域8的导线12，导线12连通该绝缘区域8外围的金属层5，其延伸方向与其上方顶板4中相应高速信号线2的延伸方向相同。参考图4和图5，图4示出的是本发明实施例提供的另一种光模块的局部结构示意图，图5示出的是图4中绝缘区域处的局部结构示意图。图4中，导线12由绝缘区域8的E端穿过该绝缘区域8，至该绝缘区域8的F端，其延伸方向与其上方顶板4中相应的高速信号线2的延伸方向相同，由图5可知，该导线12连通该绝缘区域8的E端紧邻的金属层5和绝缘区域8的F端紧邻的金属层5，使得高速信号的回流路径变为沿着该导线12从E端流向F端。具体设置时，为了最大程度的减小上述电磁干扰，通常将导线12设置于其上方相应高速信号线2的延长线在金属层5中的正投影位置，即导线12与其上方相应高速信号线2的延长线在金属层5中的正投影相重合。如果某一对高速信号线2的下方只设置一个绝缘区域8，则需要在这个绝缘区域8中设置两根导线12，即在每根高速信号线2的延长线在金属层5中的正投影位置设置一根导线12。

在每个绝缘区域8中设置导线12，可以采用如下方式实现：在金属层5中设置绝缘区域8时，预留导线12所在位置的金属层5，只挖掉导线12周围的金属层5即可。具体设置导线12时，在工艺允许范围内，将导线12的宽度设置为工艺可实现的最小值，例如：将导线12的宽度设置为4～8mil(密耳)，优选为4mil。

本发明实施例提供的光模块，通过在其电路板的参考回流层中，与其上方高速信号线相对应的区域设置绝缘区域，保证了高速信号的传输路径上阻抗的连续性，焊盘处的阻抗不再发生突变；另外，该光模块的PCB板中，在每个绝缘区域中设置了一根导线，连通了绝缘区域外围的金属层，保证了高速信号的回流路径与其上方的信号路径的对应，极大地减小了该光模块的PCB板中焊盘处的电磁辐射，进而减小了对周围其它电路的电磁干扰。

如图6所示，图6示出的是本发明实施例提供的一种光模块的设计方法的流程示意图，该设计方法包括：

步骤101、设置包括顶板和顶板下方的金属层的电路板，并且将所述金属层设置为所述顶板的参考回流层。

具体实施时，可以将光模块的PCB板设置为多层，将位于顶部的金属层设置为顶板，顶板紧临下方设置介质层，该介质层紧邻下方设置金属层，将该金属层作为顶板的参考回流层。

步骤102、在所述顶板上布置驱动芯片、高速信号线和光芯片，并且将所述高速信号线布置于所述驱动芯片和所述光芯片之间，用于连接所述驱动芯片和所述光芯片。

步骤103、在所述高速信号线的传输路径上布置两个焊盘，所述两个焊盘之间设置绝缘间隙。

步骤104、在所述两个焊盘的顶部桥接耦合电容，用于连接所述两个焊盘。

步骤105、在所述两个焊盘在所述金属层中的投影区域设置绝缘区域。

进一步，绝缘区域的形状可以随意设置，通常将绝缘区域的形状设置为矩形。

进一步，该设计方法还包括：在所述金属层中布置穿过所述绝缘区域的导线；所述导线连通所述绝缘区域外围的金属层，其延伸方向与所述高速信号线的延伸方向相同。

进一步，导线与其上方顶板上的相应高速信号线的延长线在所述金属层中的正投影相重合。具体设置导线时，在工艺允许范围内，尽量将导线的宽度设置为工艺可实现的最小值，例如，将导线的宽度设置为4～8mil(密耳)，优选为4mil。

具体实施时，本发明提供的光模块的设计方法中，每一个步骤的具体实现方式，均可参考上述光模块的实施例，此处不再详述。

采用本发明实施例提供的光模块的设计方法，能够设计出上述光模块，即采用该设计方法获得的光模块，其电路板的焊盘处的阻抗不会发生突变，并且焊盘处的电磁辐射也较小，适用性更佳。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。需要说明的是，在本文中，诸如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括：电路板、高速信号线、驱动芯片及光芯片；

所述电路板包括顶板和位于所述顶板下方的金属层，所述金属层为所述顶板的参考回流层；

所述驱动芯片、所述高速信号线以及所述光芯片均布置于所述顶板上，所述驱动芯片和所述光芯片通过所述高速信号线相连接；

所述高速信号线的传输路径上布置有两个焊盘；

所述两个焊盘通过耦合电容电连接；

所述两个焊盘在所述金属层中的投影区域设置有绝缘区域；

还包括：穿过所述绝缘区域的导线；所述导线连通所述绝缘区域外围的金属层，其延伸方向与所述高速信号线的延伸方向相同。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述导线与所述高速信号线的延长线在所述金属层中的正投影相重合。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述导线的宽度的取值范围为：4～8密耳。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的光模块，其特征在于，所述绝缘区域的形状为矩形。

5.一种光模块的设计方法，其特征在于，包括：

设置包括顶板和顶板下方的金属层的电路板，并且将所述金属层设置为所述顶板的参考回流层；

在所述顶板上布置驱动芯片、高速信号线和光芯片，并且将所述高速信号线布置于所述驱动芯片和所述光芯片之间，用于连接所述驱动芯片和所述光芯片；

在所述高速信号线的传输路径上布置两个焊盘；

在所述两个焊盘的顶部桥接耦合电容，用于连接所述两个焊盘；

在所述两个焊盘在所述金属层中的投影区域设置绝缘区域；

该设计方法还包括：在所述金属层中布置穿过所述绝缘区域的导线；所述导线连通所述绝缘区域外围的金属层，其延伸方向与所述高速信号线的延伸方向相同。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述导线与所述高速信号线的延长线在所述金属层中的正投影相重合。

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述导线的宽度的取值范围为：4～8密耳。

8.根据权利要求5至7任意一项所述的设计方法，其特征在于，所述绝缘区域的形状为矩形。