CN109314582A - 光接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明的光接收器构成为：在光收发器中，即使在内部产生高噪声的情况下，光接收器也尽可能不受这些噪声的影响。一种光接收器，其特征在于，具有将双光电二极管构成的两个光电二极管PD与跨阻放大器TIA连接的连接部，其中，来自双光电二极管的信号线按各通道分别由未与信号线连接的导电性图案包围，这些导电性图案连接于跨阻放大器的接地图案、或者PD用电源图案。

Description

光接收器
技术领域
本发明涉及一种用于光通信网络的光接收器。
背景技术
近年来，包括图像和视频的共享的SNS、发展低价格化的VOD等服务、以及支持它们的便携信息终端/STB正在普及。为了对这些服务、终端等确保充足的通信容量，对支持互联网的光通信网络的传输容量扩展的要求正在提高。
在光通信网络中，以比较短的距离在城市之间等传输的短/中距离的光网络也用于数据中心内的传输，因此，容量扩展的需求非常大。动态范围宽的数字相干光通信方式由于其高抗色散性、宽动态范围等理由而主要在超长距离的光通信中进行导入，但伴随着光学零件的小型/低价格化，近年来研究了向更短距离的应用。特别是，当使用硅光子技术时，能进行光发送器/光接收器的大幅度的小型化/一体化，因此，可期待大大有助于这样比较近的距离下的光学零件的低成本化。
以往，在用于该数字相干光通信方式的数字相干光接收器中，使用了由OIF(Optical Internetworking Forum：光互联网论坛)规定的如图1所示的光接收器。图1是下述非专利文献1的Figure1摘录。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：“Implementation Agreement for Integrated DualPolarization Intradyne Coherent Receivers,”Optical Internetworking Forum,IA#OIF-DPC-RX-01.2,November 14,2013,http://www.oiforum.com/public/documents/OIF_DPC_RX-01.2.pdf
发明内容
发明所要解决的问题
图1的以往的光接收器在由对应于X偏振(X-Pol)、Y偏振(Y-Pol)的两个混合型混合器(hybrid mixer)构成的双偏振光学混波器(Dual Polarization Optical Hybrid)中，将接收信号光(SIGNAL：信号)与来自光源(LOCAL OSCILLATOR：本机振荡器)的参考光混合并进行光解调。光解调输出在X偏振、Y偏振的各I、Q形成四组解调光，其通过将两个光电二极管作为一对邻近配置而使用的四对八个双光电二极管(PD)转换为四对电信号。该PD输出的四对解调电信号被输入至四通道量的跨阻放大器(TIA)而放大。
将这些构成元件集成于一个封装体而构成光接收器。在此，由于构成PD和TIA的半导体基板不同，因此，PD和TIA通常由单独的芯片构成。因此，需要通过电信号线将PD与TIA的两个芯片之间连接。此外，PD芯片的八个光电二极管(PD)的电源从接收器的外部独立地供给。
在图2的框图中，示出在该光接收器添加光发送器而设为一般的数字相干光收发器的整体构成。
在图2的以往例中，数字相干光收发器1由光接收器2和光发送器3构成。输入至光接收器2的输入光信号经由双偏振光学混波器4通过四通道的双光电二极管(PD)5转换为电信号，并通过四通道的跨阻放大器(TIA)6放大，从而作为输入电信号输出。
输入至光发送器3的输出电信号通过四通道驱动器7电放大，并在四通道的光调制器8中调制CW光，成为输出光信号。
在图3中，示出该以往的光接收器2的、光电二极管(PD、PD芯片)5与跨阻放大器(TIA、TIA芯片)6的连接部(PD-TIA连接部)的四通道量整体的构成。在图3中，虽然电路的概要仅示出了一通道量，但其他通道也是同样的电路。
在图4中，以一通道量示出图3的PD-TIA连接部的详细电路图。
在图4中，输入信号光通过PD芯片5上的构成双光电二极管的两个PD(PD1、PD2)转换为二系统一组的电信号，通过一对两条信号线IN、INC连接于跨阻放大器(TIA)芯片6。在图4中，省略了TIA放大器本身的附图标记的图示。
在图4的以往的光接收器中，构成双光电二极管的两个PD的电源(VPD1、VPD2)从PD芯片5的外部直接被赋予到各个PD，在PD芯片5配置有电容器(C51、C52)。
但是，随着小型化的发展，从TIA芯片6侧供给光电二极管的电源，并且用于光电二极管的电源部的电容器等也集成到TIA芯片6会对小型化有很大的效果。
作为这样的小型化的以往技术，在通常的非相干光接收器中，已知有如图5那样的构成。在该图5的以往技术中，非双重构成的光电二极管(PD)5的电源从跨阻放大器(TIA)6侧供给。
此外，将该形式单纯地扩展到在相干光接收器中使用的双光电二极管的构成是图6、图7、图8所示的以往技术的形态。
图6是表示该以往技术的PD-TIA连接部的四通道整体的框图。图7是从TIA芯片6供给PD电源时两个PD电源为独立的情况(VPD1、VPD2)下的、一通道量的PD-TIA连接部的电路图。图8是将两个PD电源共通化的情况(VPD)下的、一通道量的PD-TIA连接部的电路图。
但是，在这样的以往技术的形态中，均不存在对PD-TIA连接部的信号线IN、INC及其端子进行电磁保护的部分。特别是，由于TIA输入侧的放大前的PD输出电信号是微弱的，因此，容易受到来自外部的电磁场的影响，会受到来自其他接收通道的影响。
而且，在推进集成化/小型化而通过硅光子技术来实现最终的收发器一体化芯片的情况下，由于发送器与接收器不能完全分离，两者之间的距离也近，因此，发送器所发出的电磁波给予接收器的影响不能忽视。
如此，在以往技术中，光接收器内部的电信号线、端子直接受到外部的电磁场环境的影响，而导致接收灵敏度的劣化、抗放大噪声性的劣化。
本发明的目的在于，构成为：在内置于与光发送器相同的壳体的光接收器等中，即使在内部产生高电噪声的情况下，光接收器也尽可能不受这些噪声的影响。
用于解决问题的方案
为了达成这样的目的，本发明的特征在于具备如下构成。
(发明的构成1)
一种光接收器，具有：PD芯片，按各通道分别搭载构成双光电二极管的两个光电二极管(PD)；以及，TIA芯片，搭载与各通道对应的跨阻放大器(TIA)，所述光接收器的特征在于，将所述PD芯片与所述TIA芯片连接的信号线按各通道分别由未与信号线连接的导电性图案包围，这些导电性图案连接于所述TIA芯片的接地图案、或者PD用电源图案。
(发明的构成2)
根据发明的构成1所述的光接收器，其特征在于，
所述导电性图案是按各通道分别与两个所述PD对应地独立的两个导电性图案，这些导电性图案独立地连接于所述TIA芯片，并在所述TIA芯片内分别电容耦合于接地图案。
(发明的构成3)
根据发明的构成1所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阴极对置地连接，该阴极连接点连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
从两个所述PD的两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案以包围两个所述PD的方式从所述阴极连接点朝向所述PD芯片的外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置作为两条PD电源图案引出，并连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
所述TIA芯片的所述PD电源图案通过所述TIA芯片的电容器而高频接地。
(发明的构成4)
根据发明的构成1所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阴极对置地连接，该阴极连接点连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
从两个所述PD的两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案以包围两个所述PD的方式从所述阴极连接点经由电容器朝向所述PD芯片的外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置作为两条接地图案引出，并连接于所述TIA芯片的接地图案，
所述TIA芯片的PD电源图案通过所述TIA芯片的电容器而高频接地。
(发明的构成5)
根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阳极对置地配置，从两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案将两个所述PD的阴极在所述PD芯片的外周侧连接，并且分别在外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置引出并连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
所述TIA芯片的所述PD电源图案通过所述TIA芯片的电容器而高频接地。
(发明的构成6)
根据发明的构成2所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阳极对置地配置，从两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案将两个所述PD的阴极在所述PD芯片的外周侧经由电容器交流连接，并且分别在外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置引出并分别连接于所述TIA芯片的两个PD电源图案，
所述TIA芯片的两个所述PD电源图案分别通过所述TIA芯片的两个电容器而高频接地。
发明效果
如上所述，根据本发明，可以构成为：在内置于与光发送器相同的壳体的光接收器中，即使在内部产生高噪声的情况下，光接收器也尽可能不受这些噪声的影响。
附图说明
图1是表示以往的数字相干光接收器的一个例子的图。
图2是以往的数字相干光收发器整体的框图。
图3是在以往的数字相干光接收器的光电二极管/跨阻放大器(PD-TIA)连接部中表示四通道整体的框图。
图4是在图3的PD-TIA连接部中一通道量的详细的电路图。
图5是以往技术的从TIA供给PD电源时的PD-TIA连接部的概要图。
图6是表示在以往技术中、从TIA供给PD电源时的相干光接收器的PD-TIA连接部的四通道整体的框图。
图7是在以往技术中、从TIA供给PD电源时两个PD电源为独立的情况下的一通道量的PD-TIA连接部的电路图。
图8是在以往技术中、从TIA供给PD电源时将两个PD电源共通化的情况下的一通道量的PD-TIA连接部的电路图。
图9是本发明的第一实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的一通道量的电路图的一个例子。
图10是本发明的第一实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的电路图的另一个例子。
图11是本发明的第二实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的电路图的一个例子。
图12是本发明的第二实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的电路图的另一个例子。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
(第一实施方式)
图9是表示本发明的第一实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的一通道量的电路图。该图是在图2所示的以往的数字相干光收发器中，四通道的双光电二极管(PD)芯片5与四通道的跨阻放大器(TIA)芯片6的连接部(PD-TIA连接部)的相当于一通道量的电路图。
在图9中，示出了：将搭载多个通道量的双光电二极管构成的PD(PD1、PD2)的PD芯片5与搭载相同数量通道量的跨阻放大器(TIA)的TIA芯片6连接的PD-TIA连接部的一通道量。在本发明中，各通道的信号线(IN、INC)分别由从TIA芯片6向PD芯片5供给电源的PD用的PD电源线(PD电源图案)VPD包围。在图9中，省略了TIA放大器本身的附图标记的记载。
在图9的第一实施方式中，搭载于PD芯片5的一通道量的双光电二极管构成的两个PD(PD1、PD2)的阴极对置地连接，该阴极连接点从PD芯片5引出并连接于TIA芯片6的PD电源线(PD电源图案)VPD。
此外，从双光电二极管构成的两个PD(PD1、PD2)的两个阳极引出信号线IN和INC，并输入至TIA芯片6。
此外，PD电源线以包围两个PD的方式从前述的阴极连接点朝向PD芯片5的外周侧分支，两条PD电源线从夹着信号线IN和INC的端子的位置的端子引出，并连接于TIA芯片6的PD电源线VPD。此外，该PD电源线VPD通过TIA芯片6的电容器C60高频接地而得以稳定化。
这些PD电源线按照电路的安装形态通常作为导电性的金属薄膜的图案构成于基板上，因此，可以称为电源图案、导电性图案。通过该导电性图案，从邻接通道、发送器等发出的来自外部的电磁波的大部分不会直接输入至来自光电二极管的信号线IN、INC、信号端子，而是由周围的PD电源图案VPD、电源端子屏蔽。
由此，能大幅地减少光接收器接收从光接收器内的邻接通道、光收发器内部的光发送器发出的电磁波的量，能提高光接收器的灵敏度。
(第一实施方式的另一个例子)
图10是本发明的第一实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的相当于一通道量的电路图的另一个例子。该例子是以接地线(接地图案)代替PD电源线VPD来包围来自PD芯片5的信号线IN、INC，并将其连接于TIA芯片6的接地图案的情况下的电路图。
如图10所示，搭载于PD芯片5的双光电二极管构成的两个PD(PD1、PD2)的阴极对置地连接，该阴极连接点从PD芯片5引出并连接于TIA芯片6的PD电源线VPD。
此外，从双光电二极管构成的两个PD(PD1、PD2)的两个阳极引出信号线IN和INC，并输入至TIA芯片6。
此外，导电性图案以包围两个PD的方式从前述的阴极连接点经由电容器C50朝向PD芯片5的外周侧分支，从夹着信号线IN和INC的端子的位置的端子作为两条接地线引出，并连接于TIA芯片6的接地线。
此外，PD电源线VPD通过TIA芯片6的电容器C60和PD芯片5的电容器C50高频接地而得以稳定化。
这些接地线也与PD电源线同样，按照电路的安装形态通常作为导电性的金属薄膜图案构成于基板上，因此，可以称为接地图案、导电性图案。通过该导电性图案，从邻接通道、发送器等发出的来自外部的电磁波的大部分不会直接输入至来自光电二极管的信号线IN、INC等的信号端子，而是由周围的接地图案屏蔽。
(本发明的第二实施方式)
图11是本发明的第二实施方式的光接收器的PD-TIA连接部的一通道量的电路图。
在该第二实施方式中，作为电路构成，不在来自光电二极管的两个信号线IN、INC的端子间设置PD电源线的端子，而在包围光电二极管和两个信号线IN、INC的外侧配置PD电源线VPD。
在图11的第二实施方式中，搭载于PD芯片5的双光电二极管构成的两个PD(PD1、PD2)的阳极对置地配置，从两个阳极引出信号线IN和INC，并输入至TIA芯片6。
导电性图案将两个PD阴极在PD芯片5的外周侧连接，并且分别在外周侧分支，从夹着信号线IN和INC的端子的位置的端子引出，并连接于TIA芯片6的PD电源线VPD。
此外，该PD电源线VPD通过TIA芯片6的电容器C60高频接地而得以稳定化。
即使根据该构成，从邻接通道、发送器等发出的来自外部的电磁波的大部分也不会直接输入至来自光电二极管的信号线IN、INC等的信号端子，而是由周围的PD电源线VPD屏蔽。
(第二实施方式的另一个例子)
在图12中示出了本发明的第二实施方式的电路图的另一个例子。在该例子中，按各通道独立地采用构成双光电二极管的两个PD的电源(VPD1、VPD2)，在包围光电二极管(PD1、PD2)和两个信号线IN、INC的外侧，配置二系统的PD电源线VPD1、VPD2。通过该构成，能独立地监测流经各个光电二极管的光电流。
该情况下，设置有将构成双光电二极管的两个PD(PD1、PD2)的阴极之间直流分离并高频连接的电容器C53。
如图12所示，搭载于PD芯片5的双光电二极管构成的两个PD(PD1、PD2)，的阳极对置地配置，从两个阳极引出信号线IN和INC，并输入至TIA芯片6。
导电性图案将两个PD的阴极在PD芯片5的外周侧经由电容器C53交流连接。此外，该导电性图案分别在外周侧从两个PD的阴极分支，从夹着信号线IN和INC的端子的位置的两侧的端子引出，并分别连接于TIA芯片6的PD电源线VPD1、VPD2。
此外，该PD电源线VPD1、VPD2分别通过TIA芯片6的两个电容器C61、C62高频接地而得以稳定化。PD芯片5的电容器C53也具有在左右的PD电源线VPD1、VPD2的平衡破坏时使其稳定化的效果。
即使根据该构成，从邻接通道、发送器等发出的来自外部的电磁波的大部分也不会直接输入至来自光电二极管的信号线IN、INC等的信号端子，而是由周围的PD电源线VPD1、VPD2屏蔽。
虽然以以上四通道构成的例子为前提进行了说明，但即使为四个以外的多个通道构成也能应用本发明是不言而喻的。而且，显而易见的是，即使为一通道的构成，也具有对从光收发器内部的发送器产生的电磁波的屏蔽效果。最后，本发明也能适用于具有搭载一个或者多个通道量的双光电二极管的PD芯片与搭载相同数量通道量的跨阻放大器的TIA芯片的连接部(PD-TIA连接部)的光接收器。
此外，在这些实施方式中，虽然示出了数字相干光通信方式的光接收器的例子，但不仅仅是该方式，只要是使用双光电二极管和跨阻放大器的光接收器，就能适用。此外，在发送器形成一体的收发器中，除了邻接通道之外，还追加了来自发送器的串扰(crosstalk)的影响，因此，本发明的效果更大。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，能构成在将光发送器内置于与光接收器相同的壳体的光收发器等中，即使在内部产生高噪声的情况下，也屏蔽信号线以使光接收器尽可能不受这些噪声的影响的光收发器。
附图标记说明：
1 数字相干光收发器
2 光接收器
3 光发送器
4 双偏振光学混波器
5 双光电二极管(PD、PD芯片)
6 跨阻放大器(TIA、TIA芯片)
7 驱动器
8 光调制器
PD1、PD2 光电二极管
C50～C53、C60～C62 电容器
VPD、VPD1、VPD2 PD电源线(PD电源图案)
IN、INC 信号线

Claims (6)

1.一种光接收器，具有：PD芯片，按各通道分别搭载构成双光电二极管的两个光电二极管PD；以及，TIA芯片，搭载与各通道对应的跨阻放大器TIA，
所述光接收器的特征在于，将所述PD芯片与所述TIA芯片连接的信号线按各通道分别由未与信号线连接的导电性图案包围，这些导电性图案连接于所述TIA芯片的接地图案、或者PD用电源图案。
2.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
所述导电性图案是按各通道分别与两个所述PD对应地独立的两个导电性图案，这些导电性图案独立地连接于所述TIA芯片，并在所述TIA芯片内分别电容耦合于接地图案。
3.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阴极对置地连接，该阴极连接点连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
从两个所述PD的两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案以包围两个所述PD的方式从所述阴极连接点朝向所述PD芯片的外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置作为两条PD电源图案引出，并连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
所述TIA芯片的所述PD电源图案通过所述TIA芯片的电容器而高频接地。
4.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阴极对置地连接，该阴极连接点连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
从两个所述PD的两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案以包围两个所述PD的方式从所述阴极连接点经由电容器朝向所述PD芯片的外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置作为两条接地图案引出，并连接于所述TIA芯片的接地图案，
所述TIA芯片的PD电源图案通过所述TIA芯片的电容器而高频接地。
5.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阳极对置地配置，从两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案将两个所述PD的阴极在所述PD芯片的外周侧连接，并且分别在外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置引出并连接于所述TIA芯片的PD电源图案，
所述TIA芯片的所述PD电源图案通过所述TIA芯片的电容器而高频接地。
6.根据权利要求2所述的光接收器，其特征在于，
构成所述双光电二极管的两个所述PD的阳极对置地配置，从两个阳极引出两条信号线，并输入至所述TIA芯片，
所述导电性图案将两个所述PD的阴极在所述PD芯片的外周侧经由电容器交流连接，并且分别在外周侧分支，从夹着两条所述信号线的位置引出并分别连接于所述TIA芯片的两个PD电源图案，
所述TIA芯片的两个所述PD电源图案分别通过所述TIA芯片的两个电容器而高频接地。
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