CN112399769A - 适用于光纤收发装置的散热与加热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于光纤收发装置的散热与加热结构，电场可编程逻辑门阵列芯片从传感器读取小封装热插拔收发器组的温度值，模数转换器将温度值转换为电压值，处理芯片将电压值转换为输出电压值，致冷器依据输出电压值调整致冷器的工作瓦数以控制致冷器以对小封装热插拔收发器组进行散热与加热，借此可以达成通过致冷器对小封装热插拔收发器组进行散热与加热以避免光纤收发器在高温环境与低温环境信号传输中断与不稳定的技术功效。
Description
技术领域
一种散热与加热结构，尤其是指一种通过致冷器对小封装热插拔收发器组进行散热与加热的适用于光纤收发装置的散热与加热结构。
背景技术
光纤收发器为光纤主动元件之一，主要是由光纤通信过程两端的光接收器(receiver)与光发送器(transmitter)整合而成。光接收器功能为将接收到的光信号转成电气信号，而光发送器则将电气信号转成为光信号传送出，而光纤收发器则将光接收器与光发送器封装在同一个模块，具有同时接收与发送的功能。
光纤收发器中的激光二极管对温度非常的敏感，在高温环境中效率会变得非常差，激光二极管的温度提升为指数成长，光纤收发器在高温环境时传输信号瞬间就会断掉。光纤收发器在低温环境时，小封装热插拔收发器组内部使用的芯片也会因为低温环境，造成传输信号的不稳定，导致光纤收发器信号传输时掉封包。
光纤收发器，温度在90℃即会发生掉封包、信号中断(link down)等问题的产生，导致无法符合光纤收发装置的规格。目前市面上含光纤收发器的光纤收发装置，其光纤收发装置中光纤收发器的工作温度几乎普遍为60℃，虽然最高可到达85℃，但也是用限制条件的方式达成，例如：环境有强制对流、高温下运行的时间、定义系统的运行模式等。
综上所述，可知现有技术中长期以来一直存在光纤收发装置中光纤收发器在高温环境以及低温环境信号传输中断与不稳定的问题，因此有必要提出改进的技术手段，来解决此问题。
发明内容
有鉴于现有技术存在光纤收发装置中光纤收发器在高温环境以及低温环境信号传输中断与不稳定的问题，本发明遂说明一种适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中：
本发明所说明的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其包括：电路板、小封装热插拔收发器组(Small form-factor pluggable transceiver，SFP)、传感器、导热垫、金属板、致冷器(TEC)以及第一导热金属板，电路板还包括：电场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)芯片、模数转换器(Digital to Analog Converter，DAC)以及处理芯片。
电路板的电场可编程逻辑门阵列芯片是用以读取温度值；电路板的模数转换器与电路板的电场可编程逻辑门阵列芯片电性连接以将温度值转换为电压值；电路板的处理芯片与电路板的模数转换器电性连接以将电压值转换为输出电压值；小封装热插拔收发器组设置于电路板上；传感器设置于小封装热插拔收发器组内以感测小封装热插拔收发器组的温度值，传感器与电场可编程逻辑门阵列芯片电性连接以提供温度值；致冷器通过第一散热膏(Thermal Putty)涂层贴合于小封装热插拔收发器组，致冷器与处理芯片电性连接以获得输出电压值并依据输出电压值调整致冷器的工作瓦数以控制致冷器与金属板贴合面的为高温面或是低温面，与致冷器以及金属板贴合面的相对面则相对为低温面或是高温面；第一导热金属板借由涂布于第一导热金属板的第一端部的第二散热膏涂层贴合于致冷器，第一导热金属板的中段部包覆有气凝胶绝热材料；及第二导热金属板分别通过导热胶粘合于第一导热金属板的第二端部与机壳之间。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中散热与加热结构还包括第二导热金属板，第二导热金属板分别通过导热胶粘合于第一导热金属板的第二端部与机壳之间，第一导热金属板的第二端部通过第二导热金属板以由机壳进行散热。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中机壳具有镂空部以提供小封装热插拔收发器组外露于机壳。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中相对于镂空部的机壳外部具有多个散热鳍片。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中第一导热金属板呈现L型形状，以使第一导热金属板的第二端部通过第二导热金属板与设置散热鳍片的机壳内部接触。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中第一导热金属板是借由第一导热金属板内部的两相流将热量快速传导至第二导热金属板以进行散热。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中第一导热金属板的中段部包覆的气凝胶绝热材料是用以提供第一导热金属板与机壳之间的冷热空间，以避免热源与机壳接触导致光纤收发装置周围环境温度的提升。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中模数转换器将温度值转换为电压值，电压值的范围介于0.1伏特至1伏特。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中处理芯片依据电压值设定处理芯片中的电压转换器，以调整处理芯片的输出电压值设在-12伏特和12伏特之间。
如上的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中散热与加热结构还包括导热垫以及金属板，导热垫与小封装热插拔收发器组相互贴合，金属板贴合于导热垫，致冷器通过第一散热膏涂层贴合于金属板。
本发明所说明的散热与加热结构如上，与现有技术之间的差异在于电场可编程逻辑门阵列芯片从传感器读取小封装热插拔收发器组的温度值，模数转换器将温度值转换为电压值，处理芯片将电压值转换为输出电压值，致冷器依据输出电压值调整致冷器的工作瓦数以控制致冷器以对小封装热插拔收发器组进行散热与加热。
通过上述的技术手段，本发明可以达成通过致冷器对小封装热插拔收发器组进行散热与加热以避免光纤收发器在高温环境与低温环境信号传输中断与不稳定的技术功效。
附图说明
图1绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的平面图。
图2绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大平面图。
图3绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的散热与加热控制方框图。
图4A以及图4B绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大平面图。
图5绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的平面图。
图6绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大平面图。
图7绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的机壳立体图。
图8A绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的光纤收发装置剖面图。
图8B绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的光纤收发装置局部放大剖面图。
图9绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的光纤收发装置立体图。
【附图标记列表】
11 电路板
111 电场可编程逻辑门阵列芯片
112 模数转换器
113 处理芯片
12 小封装热插拔收发器组
121 小封装热插拔收发器
13 传感器
14 致冷器
15 第一导热金属板
151 第一端部
152 第二端部
153 中段部
20 光纤收发装置
21 机壳
211 第一面
212 镂空部
213 散热鳍片
31 导热垫
32 金属板
33 第二导热金属板
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
以下首先要说明本发明所说明的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，并请参考图1所示，图1绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的平面图。
本发明所说明的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其包括：电路板11、小封装热插拔收发器组12、传感器13、致冷器(TEC)14、第一导热金属板15。
请参考图2所示，图2绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大平面图。
小封装热插拔收发器组12设置于电路板11上且与电路板11形成电性连接，小封装热插拔收发器组12具有至少两个小封装热插拔收发器121(请参考图7所示)，以使小封装热插拔收发器组12中每一个小封装热插拔收发器提供外部连接接头进行插接。
传感器13是贴合设置于小封装热插拔收发器组12内，贴合于小封装热插拔收发器组12内的传感器13以感测小封装热插拔收发器组12的温度值，传感器13可以通过小封装热插拔收发器组12以及电路板11电性连接处与电路板11形成电性连接，借此传感器13即可提供量测到小封装热插拔收发器组12的温度值以进行后续致冷器14的工作瓦数调整。
致冷器14通过第一散热膏涂层贴合于小封装热插拔收发器组12，第一导热金属板15借由涂布于第一导热金属板15的第一端部151的第二散热膏涂层贴合于致冷器14，第一导热金属板15的中段部153包覆有气凝胶绝热材料。
值得注意的是，第一导热金属板15的中段部153包覆的气凝胶绝热材料是用以提供第一导热金属板15与机壳21之间的冷热空间，以避免热源与机壳接触导致光纤收发装置20周围环境温度的提升。
请参考图3所示，图3绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的散热与加热控制方框图。
电路板11中还包括电场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片111、模数转换器(Digital to Analog Converter，DAC)112以及处理芯片113。
设置于小封装热插拔收发器组12内的传感器13与电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111电性连接，传感器13即可量测小封装热插拔收发器组12的温度值，电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111从传感器13读取传感器13所量测到小封装热插拔收发器组12的温度值，电路板11的模数转换器112与电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111电性连接以将电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111所读取到的温度值转换为电压值，电路板11的处理芯片113与电路板11的模数转换器112电性连接以将电路板11的模数转换器112转换后的电压值进一步转换为输出电压值。
致冷器14与电路板11的处理芯片113电性连接以从电路板11的处理芯片113获得输出电压值，致冷器14即可依据输出电压值调整致冷器14的工作瓦数，借以控制致冷器14与小封装热插拔收发器组12的贴合面为高温面或是低温面，以及控制与致冷器14以及小封装热插拔收发器组12贴合面的相对面则相对为低温面或是高温面。
值得注意的是，电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111可进一步通过脉波宽度调变控制(Pulse Width Modulation Control，PWM Control)以对输出电压进行调控，即可对致冷器14进行工作瓦数的控制，当致冷器14需要升温或是降温时，以提高致冷器14的工作瓦数，致冷器14不需要升温或是降温时，降低致冷器14的工作瓦数，借以达到电源节省的目的与效果，并且也可以降低小封装热插拔收发器组12的温度变化率。
值得注意的是，传感器13、电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111以及电路板11的模数转换器112彼此之间是通过内置集成电路(Inter-Integrated Circuit，IIC)进行数据的传送，上述电路板11的模数转换器112将温度值转换为电压值，电压值的范围介于0.1伏特至1伏特，上述电路板11的处理芯片113依据电压值设定处理芯片113中的电压转换器，以调整处理芯片113的输出电压值设在-12伏特和12伏特之间。
请参考图3以及图4A所示，图4A绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大剖面图。
当小封装热插拔收发器组12的温度值为高温时，电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111从传感器13所读取到小封装热插拔收发器组12的温度值通过电路板11的模数转换器112转换为电压值为1伏特，电路板11的处理芯片113将电路板11的模数转换器112转换后的电压值为1伏特进一步设定处理芯片113中的电压转换器，以调整处理芯片113的输出电压值设在12伏特。
致冷器14从电路板11的处理芯片113所获得输出电压值为12伏特以使调整致冷器14的工作瓦数以控制致冷器14与小封装热插拔收发器组12的贴合面为低温面，与致冷器14以及小封装热插拔收发器组12贴合面的相对面则相对为高温面，进而通过第一导热金属板15对小封装热插拔收发器组12进行散热。
请参考图3以及图4B所示，图4B绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大剖面图。
当小封装热插拔收发器组12的温度值为低温时，电路板11的电场可编程逻辑门阵列芯片111从传感器13所读取到小封装热插拔收发器组12的温度值通过电路板11的模数转换器112转换为电压值为0.1伏特，电路板11的处理芯片113将电路板11的模数转换器112转换后的电压值为0.1伏特进一步设定处理芯片113中的电压转换器，以调整处理芯片113的输出电压值设在-12伏特。
致冷器14从电路板11的处理芯片113所获得输出电压值为-12伏特以使调整致冷器14的工作瓦数以控制致冷器14与小封装热插拔收发器组12的贴合面为高温面，与致冷器14以及小封装热插拔收发器组12贴合面的相对面则相对为低温面，进而对小封装热插拔收发器组12进行加热，借以解决光纤收发器在温度过低时造成的传输信号不稳定问题。
请参考图5以及图6所示，图5绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的平面图；图6绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的局部放大平面图。
在散热与加热结构中还包括导热垫(Thermal Pad)31以及金属板32，导热垫31与小封装热插拔收发器组12相互贴合，金属板32贴合于导热垫31，致冷器14通过第一散热膏涂层贴合于金属板32，致冷器14与小封装热插拔收发器组12在相互贴合的贴合面不完全平整，故致冷器14与小封装热插拔收发器组12之间会产生间隙，而间隙的产生即会产生空气热阻，导热垫31即是为了有效的填补致冷器14与小封装热插拔收发器组12不完全平整的贴合面而不产生空气热阻，以增加导热性能，金属板32的热传导性优于导热垫31，金属板32提供致冷器14进行加热或是散热时以能更为快速的进行平面扩散，使小封装热插拔收发器组12可均匀的进行散热，且使致冷器14可均匀的对小封装热插拔收发器组12进行加热。
请参考图7所示，图7绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的机壳立体图。
机壳21的第一面211上具有镂空部212，机壳21的第二面具有多个散热鳍片213，机壳21的第一面211与机壳21的第二面相互面对，机壳21是通过导热性良好的金属材质所制成，前述的金属材质例如是：铁、钢、铝合金等，在此仅为举例说明，并不以此局限本发明的应用范畴。
请参考图8A以及图8B所示，图8A绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的光纤收发装置剖面图；图8B绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的光纤收发装置局部放大剖面图。
本发明所说明的适用于光纤收发装置的散热与加热结构是设置于上述机壳21内，以通过第二导热金属板33分别通过导热胶粘合于第一导热金属板15的第二端部152与机壳之间，适用于光纤收发装置的散热与加热结构借由第一导热金属板15的第二端部152通过第二导热金属板33以由机壳21以及机壳21的散热鳍片213进行散热。
值得注意的是，第一导热金属板15呈现L型形状，以使第一导热金属板15的第二端部152通过第二导热金属板33与设置散热鳍片213的机壳21内部接触，第一导热金属板15是借由第一导热金属板15内部的两相流将热量快速传导至第二导热金属板33以进行散热。
值得注意的是，第一导热金属板15的中段部153包覆的气凝胶绝热材料是用以提供第一导热金属板15与机壳21之间的冷热空间，以避免热源与机壳接触导致光纤收发装置20周围环境温度的提升。
上述机壳21与适用于光纤收发装置的散热与加热结构组装后即为光纤收发装置20，光纤收发装置20请参考图9所示，图9绘示为本发明适用于光纤收发装置的散热与加热结构的光纤收发装置立体图。
本申请案通过上述光纤收发装置的散热与加热结构可在小封装热插拔收发器组12高温时进行散热且低温时进行加热，以同时解决光纤收发器在高温环境以及低温环境掉封包、信号中断等的问题，并且对致冷器14进行工作瓦数的控制以达到省电与小封装热插拔收发器组12低温变率的目的与功效。
综上所述，可知本发明与现有技术之间的差异在于电场可编程逻辑门阵列芯片从传感器读取小封装热插拔收发器组的温度值，模数转换器将温度值转换为电压值，处理芯片将电压值转换为输出电压值，致冷器依据输出电压值调整致冷器的工作瓦数以控制致冷器以对小封装热插拔收发器组进行散热与加热。
借由此技术手段可以来解决现有技术所存在光纤收发装置中光纤收发器在高温环境以及低温环境信号传输中断与不稳定的问题，进而达成通过致冷器对小封装热插拔收发器组进行散热与加热以避免光纤收发器在高温环境与低温环境信号传输中断与不稳定的技术功效。
虽然本发明所说明的实施方式如上，但所述的内容并非用以直接限定本发明的专利保护范围。任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明所说明的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作些许的更动。本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其包括：
电路板，所述电路板还包括：
电场可编程逻辑门阵列芯片，用以读取温度值；
模数转换器，所述模数转换器与所述电场可编程逻辑门阵列芯片电性连接以将所述温度值转换为电压值；及
处理芯片，所述处理芯片与所述模数转换器电性连接以将所述电压值转换为输出电压值；
小封装热插拔收发器组，所述小封装热插拔收发器组设置于所述电路板上；
传感器，所述传感器设置于所述小封装热插拔收发器组内以感测所述小封装热插拔收发器组的所述温度值，所述传感器与所述电场可编程逻辑门阵列芯片电性连接以提供所述温度值；
致冷器(TEC)，所述致冷器通过第一散热膏涂层贴合于所述小封装热插拔收发器组，所述致冷器与所述处理芯片电性连接以获得所述输出电压值并依据所述输出电压值调整所述致冷器的工作瓦数以控制所述致冷器与所述金属板贴合面为高温面或是低温面，与所述致冷器以及所述金属板贴合面的相对面则相对为低温面或是高温面；及
第一导热金属板，借由涂布于所述第一导热金属板的第一端部的第二散热膏涂层贴合于所述致冷器，所述第一导热金属板的中段部包覆有气凝胶绝热材料。
2.如权利要求1所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述散热与加热结构还包括第二导热金属板，所述第二导热金属板分别通过导热胶粘合于所述第一导热金属板的第二端部与机壳之间，所述第一导热金属板的第二端部通过所述第二导热金属板以由所述机壳进行散热。
3.如权利要求2所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述机壳具有镂空部以提供所述小封装热插拔收发器组外露于所述机壳。
4.如权利要求3所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中相对于所述镂空部的机壳外部具有多个散热鳍片。
5.如权利要求4所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述第一导热金属板呈现L型形状，以使所述第一导热金属板的第二端部通过所述第二导热金属板与设置所述散热鳍片的所述机壳内部接触。
6.如权利要求2所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述第一导热金属板是借由所述第一导热金属板内部的两相流将热量快速传导至所述第二导热金属板以进行散热。
7.如权利要求2所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述第一导热金属板的中段部包覆的所述气凝胶绝热材料是用以提供所述第一导热金属板与所述机壳之间的冷热空间，以避免热源与所述机壳接触导致光纤收发装置周围环境温度的提升。
8.如权利要求1所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述模数转换器将所述温度值转换为所述电压值，所述电压值的范围介于0.1伏特至1伏特。
9.如权利要求1所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述处理芯片依据所述电压值设定所述处理芯片中的电压转换器，以调整所述处理芯片的输出电压值设在-12伏特和12伏特之间。
10.如权利要求1所述的适用于光纤收发装置的散热与加热结构，其中所述散热与加热结构还包括导热垫以及金属板，所述导热垫与所述小封装热插拔收发器组相互贴合，所述金属板贴合于所述导热垫，所述致冷器通过所述第一散热膏涂层贴合于所述金属板。
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