CN113037387A - 一种光通信装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种光通信装置，包括板载光模块、数字交换基板和线卡，线卡为板载光模块和数字交换基板的载体，数字交换基板与线卡电连接；板载光模块置于数字交换基板和线卡的上方，板载光模块电连接有高速连接器和低速连接器，高速连接器置于数字交换基板的上方并与数字交换基板电连接，低速连接器置于线卡的上方并与线卡电连接。本申请的光通信装置可以有效减小板载光模块与数字交换基板之间的距离，解决了数字交换基板面积有限的问题，提高了内部器件设置的灵活性，保证了高频信号的传输质量，与标准兼容性强且减小了功耗。

Description

一种光通信装置
技术领域
本申请实施例涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光通信装置。
背景技术
数据中心中，数字交换系统大多采用可插拔光模块作为光电接口。可插拔光模块具有多种类型，按用途可以分为数据中心光模块、5G光模块、城域网光模块和数字分量串行接口(Serial Digital Interface，SDI)视讯光模块等，按连接光纤类型可以分为单模光模块和多模光模块。随着应用领域中对单通道速率和总容量的需求不断提高，光模块产品正在向大容量、小尺寸和低成本的方向不断演进。光模块在传输速率不断提升的同时，封装形式也从原有的外形可插拔封装(Centum Form-factor Pluggable，CFP)、四通道小型可插拔封装(Quad Small Form-factor Pluggable-28，QSFP-28)逐渐过渡到现在的双密度四通道小型可插拔封装(Quad Small Form-factor Pluggable-Double Density，QSFP-DD)和8进制小型可插拔封装(Octal Small Form-factor Pluggable，OSFP)。
在传统可插拔光模块的基础上，于2018年成立的车载光学联盟(Consortium forOn Board Optics，COBO)联盟提出了一种新的在板可插拔光模块的规范，称为COBO规范，符合其规范的光模块产品被称为COBO光模块。相比于传统的可插拔光模块，COBO规范中并不是将光模块置于印刷线路板(Printed Circuit Board，PCB)的一端，而是将光模块直接安装在印刷线路板上，以水平滑动的方式与印刷线路板相连接。这样一来可以有效地减小光模块与数字芯片之间的传输距离。当传输速率达到400Gbps或更高时，COBO光模块具有较高的传输效率、面板密度及系统热效率，并提高了器件放置的灵活性。COBO光模块现阶段支持400Gbps和800Gbps的数据传输速率。
然而，现有的COBO光模块在线卡上的应用参见图1，图1为现有技术中基于COBO光模块的通信装置的示意图，图中COBO光模块通过高速连接器和低速连接器均与线卡电连接，由于其高速连接器和低速连接器的尺寸较大，往往需要放在一块较大的印刷线路板上，这一尺寸因素限制了光模块与数字芯片之间的距离，灵活性较差；并且，也限制了现有的COBO光模块的集成度。
发明内容
本申请实施例提供一种光通信装置，以有效减小板载光模块与数字交换基板之间的距离，提高灵活性且减小功耗。
本申请实施例提供了一种光通信装置，包括板载光模块、数字交换基板和线卡，所述线卡为所述板载光模块和所述数字交换基板的载体，所述数字交换基板与所述线卡电连接；所述板载光模块置于所述数字交换基板和所述线卡的上方，所述板载光模块电连接有高速连接器和低速连接器，所述高速连接器置于所述数字交换基板的上方并与所述数字交换基板电连接，所述低速连接器置于所述线卡的上方并与所述线卡电连接。
进一步的，所述板载光模块包括光芯片阵列、电芯片阵列、硅中介层、光模块印刷线路板和光纤阵列；
所述硅中介层置于所述光模块印刷线路板上方，并与所述光模块印刷线路板电连接；所述光芯片阵列和所述电芯片阵列置于所述硅中介层上方，并与所述硅中介层电连接；所述光纤阵列设置于所述光芯片阵列上方，与所述光芯片阵列电连接；
所述板载光模块通过所述光模块印刷线路板与所述高速连接器、所述低速连接器电连接。
进一步的，所述硅中介层与所述光模块印刷线路板之间通过球栅阵列封装的方式电连接。
进一步的，所述光芯片阵列、所述电芯片阵列分别与所述硅中介层之间均通过微型焊球电连接
进一步的，所述光芯片阵列包括光调制器阵列和光电探测器阵列，所述光调制器阵列、所述光电探测器阵列均与所述硅中介层电连接，并且所述光调制器阵列、所述光电探测器阵列均与所述光纤阵列电连接。
进一步的，所述电芯片阵列包括调制器驱动阵列、跨阻放大器和数据时钟恢复电路，所述调制器驱动阵列、所述跨阻放大器和所述数据时钟恢复电路均与所述硅中介层电连接，所述跨阻放大器与所述数据时钟恢复电路电连接。
进一步的，所述光通信装置还包括数字芯片，所述数字芯片固定在所述数字交换基板上。
进一步的，所述光通信装置还包括散热器，所述散热器设置于所述板载光模块上方。
进一步的，所述数字交换基板与所述线卡通过球栅阵列封装的方式电连接。
进一步的，所述板载光模块的数量为至少一个。
本申请实施例提供了一种光通信装置，其中板载光模块连接高速连接器和低速连接器，高速连接器置于数字交换基板的上方，低速连接器置于线卡的上方，板载光模块通过高速连接器与数字交换基板电连接，板载光模块通过低速连接器与线卡电连接。本申请的光通信装置可以有效减小板载光模块与数字交换基板之间的距离，解决了数字交换基板面积有限的问题，提高了内部器件设置的灵活性，保证了高频信号的传输质量，与标准兼容性强且减小了功耗。
附图说明
图1为现有技术中基于COBO光模块的通信装置的示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种光通信装置的侧视示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种光通信装置的俯视示意图；
图4为本申请实施例中提供的一种板载光模块的侧视示意图；
图5为本申请实施例中提供的一种板载光模块的俯视示意图；
图6为本申请实施例中提供的另一种光通信装置的俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。
图2为本申请实施例中提供的一种光通信装置的侧视示意图，图3为本申请实施例中提供的一种光通信装置的俯视示意图。如图2和图3所示，该光通信装置可以包括板载光模块11、数字交换基板12和线卡13，线卡13为板载光模块11和数字交换基板12的载体，数字交换基板12与线卡13电连接；板载光模块11置于数字交换基板12和线卡13的上方，板载光模块11电连接有高速连接器14和低速连接器15，高速连接器14置于数字交换基板12的上方并与数字交换基板12电连接，低速连接器15置于线卡13的上方并与线卡13电连接。可以理解的是，图2和图3表示的是同一个光通信装置的不同视角的示意图，尺寸仅为示意，可以根据实际情况进行设定。
其中，线卡13为光通信装置中所有器件的载体，用于固定数字交换基板12和板载光模块11，并实现数字交换基板12和板载光模块11之间的电连接(即电气连接)。数字交换基板12与线卡13通过球栅阵列封装(Ball Grid Array Package，BGA封装)的方式电连接。
高速连接器14用于实现板载光模块11和数字交换基板12之间的高速电连接，通过该高速连接器14传输的信号均为含有通信信息的高频数字信号。低速连接器15用于实现板载光模块11和线卡13之间的低速电连接，通过低速连接器15传输的信号包括板载光模块11的供电电源、地线以及控制信号等等的低速信号。
进一步的，如图2和图3所示，该光通信装置还可以包括数字芯片16，数字芯片16固定在数字交换基板12上。数字芯片16用于对数据包进行交换及路由，是整个光通信装置的核心运算处理器。数字交换基板12作为数字芯片16的载体，可以固定数字芯片16，并将数字芯片16的电信号输出到线卡13上。
进一步的，该光通信装置还可以包括散热器17，散热器17设置于板载光模块11上方。散热器17用于实现板载光模块11的散热，增大载光模块11的散热面积。
图4为本申请实施例中提供的一种板载光模块的侧视示意图。如图4所示，该板载光模块11可以包括光芯片阵列111、电芯片阵列、硅中介层113、光模块印刷线路板114和光纤阵列115；硅中介层113置于光模块印刷线路板114上方，并与光模块印刷线路板114电连接；光芯片阵列111和电芯片阵列置于硅中介层113上方，并与硅中介层113电连接；光纤阵列115设置于光芯片阵列111上方，与光芯片阵列111电连接；板载光模块11通过光模块印刷线路板114与高速连接器14、低速连接器15电连接。光模块印刷线路板114作为整个板载光模块11内部封装的基板，实现板载光模块11内部与高速连接器14、低速连接器15之间的电连接。
图5为本申请实施例中提供的一种板载光模块的俯视示意图，参见图5，光芯片阵列111中可以包括多个光芯片，光纤阵列115中也可以包括多个光纤，光芯片的具体数量和光纤的具体数量本实施例中不作限定，可以根据实际情况进行设定。电芯片阵列可以包括图中的电芯片发射阵列1121和电芯片接收阵列1122，电芯片发射阵列1121和电芯片接收阵列1122中均包括多个电芯片，具体数量本实施例中不作限定，可以根据实际情况进行设定。
如图4所示，硅中介层113可以置于光模块印刷线路板114上方，与光模块印刷线路板114之间通过球栅阵列封装的方式电连接，硅中介层113与光模块印刷线路板114之间设置有微型焊球。硅中介层113通过硅通孔实现光芯片阵列111、电芯片阵列与光模块印刷线路板114之间的电连接。
进一步的，光芯片阵列111和电芯片阵列置于硅中介层113上方，并分别与硅中介层113之间均通过微型焊球电连接。如图4所示，光芯片阵列111位于硅中介层113的正上方，电芯片阵列中的电芯片发射阵列1121和电芯片接收阵列1122分别位于硅中介层113上方的两侧。
光纤阵列115设置于光芯片阵列111上方，与光芯片阵列111电连接。光纤阵列115中的一半光纤可以作为发送器将调制后的光信号发送出去，另一半光纤可以作为接收器接收发送到本光通信装置中的光信号。
光芯片阵列111可以包括光调制器阵列和光电探测器阵列，光调制器阵列、光电探测器阵列均与硅中介层113电连接，并且光调制器阵列、光电探测器阵列均与光纤阵列115电连接。光调制器阵列、光电探测器阵列通过硅中介层113与电芯片阵列进行信号传输。光调制器阵列用于将数字信号调制到光信号。光电探测器阵列用于将光纤阵列115接收到的光信号转换成电信号输出。
电芯片阵列可以包括调制器驱动阵列、跨阻放大器(Trans-ImpedanceAmplifier，TIA)和数据时钟恢复(Clock Data Recovery，CDR)电路，调制器驱动阵列、跨阻放大器和数据时钟恢复电路均与硅中介层电连接，跨阻放大器与数据时钟恢复电路电连接。调制器驱动阵列用于将从数字芯片16发送来的电信号进行适配，并通过硅中介层中加载到光芯片阵列111中的光调制器阵列上。跨阻放大器用于对光芯片阵列111中的光电探测器阵列输出的电信号进行放大，便于后续信号的运算及传输。数据时钟恢复电路用于对解调以及跨阻放大器放大后的电信号进行数据时钟恢复，便于恢复、提取数字信号中的信息。
进一步的，板载光模块11中还设置有金手指116，用于传输信号。
板载光模块11可以实现光发射器和光接收器两种功能，板载光模块11作为光发射器时，可以将数字交换基板12传输来的电信号调制到光信号上，通过光纤阵列115发送；板载光模块11作为光接收器时，可以对光纤阵列115接收的光信号进行解调，解调出的电信号再发送给数字芯片16。
板载光模块11的工作原理具体如下：板载光模块11作为光发射器时，由数字芯片16发来的数字信号依次通过金手指116、高速连接器14、硅中介层113的硅通孔传到电芯片阵列上，电芯片阵列中的调制器驱动阵列将会对该信号进行放大并通过硅中介层113中的布线层传递到光芯片阵列111中。光芯片阵列111中的光调制器阵列将已经被放大了的电信号调制到光信号上，并经由光纤阵列115发送出去。
板载光模块11作为光接收器时，可以由光纤阵列115接收到的光信号首先经过光电探测器阵列，从而转换为电信号，该电信号可以包括全部通信信息。该电信号再经由硅中介层113的布线层由光芯片阵列111传递到电芯片阵列中，由电芯片阵列中的跨阻放大器对其进行放大，再通过数据时钟恢复电路对其进行时钟恢复。最后从电芯片阵列的引脚经由硅中介层113、光模块印刷线路板114、高速连接器14和金手指116传递回数字芯片16中，由数字芯片16对其进行运算处理。
此外，本实施例中的板载光模块11由于密度比较高，而且距离数字芯片16的比较近，所以可以根据的实际应用的情况，在一块数字芯片16的数字交换基板12上，同时设置多个板载光模块11。板载光模块11的数量为至少一个。
具体参见图6，图6为本申请实施例中提供的另一种光通信装置的俯视示意图。图6所示的光通信装置中可以包括两个板载光模块，分别为板载光模块11和板载光模块21，仅为示例，在实际使用时，板载光模块的数量本实施例中不作限定，可以根据实际情况进行设定。板载光模块11和板载光模块21的工作原理相同，如上所述，在此不再赘述。
在一个板载光模块11的基础上，增加板载光模块21时，可以适应性地增加板载光模块21对应的高速连接器24和低速连接器25，板载光模块21包括与其电连接的光纤阵列225。与一个板载光模块11的光通信装置的不同之处在于，为了实现更好的散热效果，图6所示的光通信装置采用一个统一的散热器17，即把每个板载光模块对应的散热器集成为一个统一的散热器17以达到更好的散热效果。
与现有技术相比，本实施例提供的光通信装置具有较高的空间利用率，对于数字交换基板面积有限的应用场景可有效减小板载光模块与数字交换芯片之间的距离，从而保证高频信号的质量；同时，本实施例提供的光通信装置具有较高的灵活性，便于维护，热稳定性较好。并且本实施例中的板载光模块内部的封装结构可以有效地减小光芯片阵列与电芯片阵列之间的距离，减小功耗的同时也减小了板载光模块自身的尺寸。
在实际的应用场景中，数字交换基板的面积往往是有限的，而整个板载光模块尺寸较大，无法将整个板载光模块都放置于数字交换基板上。而本实施例提供的光通信装置所采用的将高速连接器和低速连接器分别置于数字交换基板及线卡上的连接方式，可以有效减小高速连接器与数字交换芯片之间的距离，提高高频信号的传输质量，并有效的减小功耗。同时，让高速连接器与低速连接器分别位于基板和线卡上，光模块本身又充当了数字交换基板与线卡之间的连接器，起到了对数字交换基板和线卡的固定作用。本实施例中的光通信装置的主要优点在于：光模块本身可插拔，失效风险/代价低；与标准兼容能力强；具有较高的灵活性，适用于数字交换基板面积有限的应用场景；散热性能良好；板载光模块的集成度高。
本实施例的技术方案提供了一种光通信装置，其中板载光模块连接高速连接器和低速连接器，高速连接器置于数字交换基板的上方，低速连接器置于线卡的上方，板载光模块通过高速连接器与数字交换基板电连接，板载光模块通过低速连接器与线卡电连接。本申请的光通信装置可以有效减小板载光模块与数字交换基板之间的距离，解决了数字交换基板面积有限的问题，提高了内部器件设置的灵活性，保证了高频信号的传输质量，与标准兼容性强且减小了功耗。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光通信装置，其特征在于，包括板载光模块、数字交换基板和线卡，所述线卡为所述板载光模块和所述数字交换基板的载体，所述数字交换基板与所述线卡电连接；所述板载光模块置于所述数字交换基板和所述线卡的上方，所述板载光模块电连接有高速连接器和低速连接器，所述高速连接器置于所述数字交换基板的上方并与所述数字交换基板电连接，所述低速连接器置于所述线卡的上方并与所述线卡电连接。
2.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述板载光模块包括光芯片阵列、电芯片阵列、硅中介层、光模块印刷线路板和光纤阵列；
所述硅中介层置于所述光模块印刷线路板上方，并与所述光模块印刷线路板电连接；所述光芯片阵列和所述电芯片阵列置于所述硅中介层上方，并与所述硅中介层电连接；所述光纤阵列设置于所述光芯片阵列上方，与所述光芯片阵列电连接；
所述板载光模块通过所述光模块印刷线路板与所述高速连接器、所述低速连接器电连接。
3.根据权利要求2所述的光通信装置，其特征在于，所述硅中介层与所述光模块印刷线路板之间通过球栅阵列封装的方式电连接。
4.根据权利要求2所述的光通信装置，其特征在于，所述光芯片阵列、所述电芯片阵列分别与所述硅中介层之间均通过微型焊球电连接。
5.根据权利要求2所述的光通信装置，其特征在于，所述光芯片阵列包括光调制器阵列和光电探测器阵列，所述光调制器阵列、所述光电探测器阵列均与所述硅中介层电连接，并且所述光调制器阵列、所述光电探测器阵列均与所述光纤阵列电连接。
6.根据权利要求2所述的光通信装置，其特征在于，所述电芯片阵列包括调制器驱动阵列、跨阻放大器和数据时钟恢复电路，所述调制器驱动阵列、所述跨阻放大器和所述数据时钟恢复电路均与所述硅中介层电连接，所述跨阻放大器与所述数据时钟恢复电路电连接。
7.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，还包括数字芯片，所述数字芯片固定在所述数字交换基板上。
8.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，还包括散热器，所述散热器设置于所述板载光模块上方。
9.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述数字交换基板与所述线卡通过球栅阵列封装的方式电连接。
10.根据权利要求1-9中任一所述的光通信装置，其特征在于，所述板载光模块的数量为至少一个。
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