CN113917631A - 共封装集成光电模块及共封装光电交换芯片结构 - Google Patents

共封装集成光电模块及共封装光电交换芯片结构 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种共封装集成光电模块及共封装光电交换芯片结构。所述共封装集成光电模块包括载板及配置并电性连接于载板上的光电子模块、从微处理器和主微处理器。在光电子模块中，数字信号处理芯片将接收到的电模拟信号转换为电数字信号，并对电数字信号进行处理后输出高速数字信号；光电信号类比转换芯片将光模拟信号转换为电模拟信号给数字信号处理芯片；光收发芯片接收并传输光模拟信号给光电信号类比转换芯片，及发送另一光模拟信号。从微处理器监控光电子模块的运作；主微处理器处理共封装集成光电模块对外的低速数字信号、监控共封装集成光电模块的运作及执行共封装集成光电模块的初始化。因此，实现共封装集成光电模块的小型化。

Description

共封装集成光电模块及共封装光电交换芯片结构
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种共封装集成光电模块及共封装光电交换芯片结构。
背景技术
现代通信系统中，网络流量需求的增长非常迅速。因此，交换机的数据传输密度的需求大大增加。
随着数据传输密度的增加，交换机的光电模块数量也不断增加，造成交换机的体积随之增加，但由于现有电子产品逐步往小型化和/或在有限的空间中容纳更多功能部件的发展趋势，因此，因应市场的发展需求，如何提供一种小型化的光电模块，使应用小型化的光电模块的交换机在有限的空间中提高数据传输密度，为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种共封装集成光电模块及共封装光电交换芯片结构，可解决现有技术中，交换机因需要提高数据传输密度而增加光电模块数量，造成交换机的体积不符合市场发展需求的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请提供了一种共封装集成光电模块，其包括：光电子模块、从微处理器、主微处理器和载板。光电子模块、从微处理器和主微处理器配置并电性连接于载板上。光电子模块包括：数字信号处理芯片、光电信号类比转换芯片和光收发芯片，光电信号类比转换芯片连接数字信号处理芯片，光收发芯片连接光电信号类比转换芯片；数字信号处理芯片用于将接收到的电模拟信号转换为电数字信号，并对电数字信号进行处理后输出高速数字信号；光电信号类比转换芯片用于将光模拟信号转换为电模拟信号给数字信号处理芯片；光收发芯片用于接收并传输光模拟信号给光电信号类比转换芯片，及发送另一光模拟信号。从微处理器连接光电子模块，且用于监控光电子模块的运作。主微处理器连接光电子模块，且用于处理共封装集成光电模块对外的低速数字信号、监控共封装集成光电模块的运作及执行共封装集成光电模块的初始化。
本申请提供了一种共封装光电交换芯片结构，其包括：交换专用集成电路、偶数个本申请的共封装集成光电模块和基板，其中，偶数个共封装集成光电模块和交换专用集成电路配置并电性连接于基板上，偶数个共封装集成光电模块分别电性连接交换专用集成电路且环绕交换专用集成电路。
在本申请实施例中，共封装集成光电模块通过将光电子模块、从微处理器和主微处理器集成并封装在一起，从而实现共封装集成光电模块的小型化。当小型化的共封装集成光电模块应用于共封装光电交换芯片结构(即交换机)时，可使共封装光电交换芯片结构在有限的空间中容纳更多共封装集成光电模块，提高共封装光电交换芯片的数据传输密度，符合市场的发展需求。此外，通过从微处理器和主微处理器的设置，可以有效监测与控制共封装集成光电模块的整体运作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为依据本申请的共封装集成光电模块的第一实施例框图；
图2为图1的光电子模块、从微处理器和主微处理器配置于载板的一实施例横截面示意图；
图3为依据本申请的共封装集成光电模块的第二实施例框图；
图4为依据本申请的共封装集成光电模块的第三实施例框图；
图5为依据本申请的共封装集成光电模块的第四实施例框图；
图6为依据本申请的共封装集成光电模块的第五实施例框图；
图7为依据本申请的共封装集成光电模块的第六实施例框图；
图8为依据本申请的共封装集成光电模块的第七实施例框图；
图9为依据本申请的共封装集成光电模块的第八实施例框图；
图10为依据本申请的共封装集成光电模块的第九实施例框图；
图11为图1的光电子模块、从微处理器和主微处理器配置于载板的另一实施例横截面示意图；以及
图12为依据本申请的共封装光电交换芯片结构的一实施例示意图。
具体实施方式
以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。
必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件和/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。
必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。
请参阅图1和图2，图1为依据本申请的共封装集成光电模块的第一实施例框图，图2为图1的光电子模块、从微处理器和主微处理器配置于载板的一实施例横截面示意图。如图1和图2所示，共封装集成光电模块1包括：光电子模块11、从微处理器12、主微处理器13和载板14。其中，光电子模块11、从微处理器12和主微处理器13配置并电性连接于载板14上，载板14可为但不限于印刷电路板。具体地，光电子模块11、从微处理器12和主微处理器13之间的电性连接线可配置于载板14的表面或内部，光电子模块11、从微处理器12、主微处理器13和载板14集成并封装在一起，可构成共封装集成光电模块1。
在本实施例中，光电子模块11包括：数字信号处理芯片111、光电信号类比转换芯片112和光收发芯片113，光电信号类比转换芯片112连接数字信号处理芯片111，光收发芯片113连接光电信号类比转换芯片112；数字信号处理芯片111用于将接收到的电模拟信号转换为电数字信号，并对电数字信号进行处理后输出高速数字信号；光电信号类比转换芯片112用于将光模拟信号转换为电模拟信号给数字信号处理芯片111；光收发芯片113用于接收并传输光模拟信号给光电信号类比转换芯片112，及发送另一光模拟信号。其中，数字信号处理芯片111可包括但不限于数据时钟恢复(Clock and Data Recovery，CDR)和数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，光收发芯片113可为但不限于光子集成电路(Photonic Integrated Circuits，PIC)。具体地，将数字信号处理芯片111、光电信号类比转换芯片112和光收发芯片113集成在一起，可构成光电子模块11。
需注意的是，光收发芯片113为多通道光收发芯片，每一个通道的传输速率可以相同也可以不同，光收发芯片113的通道数量及其传输速率可依据实际共封装集成光电模块1的传输速率进行调整。举例而言，共封装集成光电模块1的传输速率可为800Gbps，光收发芯片113的通道数量可为八个，每一个通道的传输速率可为100Gbps。此外，光收发芯片113可通过多条光纤及光连接器对外以光模拟信号进行通信，其中，一条光纤对应一个通道。
在本实施例中，从微处理器12连接光电子模块11，且用于监控光电子模块11的运作；主微处理器13连接光电子模块11，且用于处理共封装集成光电模块1对外的低速数字信号、监控共封装集成光电模块1的运作及执行共封装集成光电模块1的初始化。具体地，从微处理器12可用于监测与控制共封装集成光电模块1的内部中各器件的运作；主微处理器13可用于监测与控制共封装集成光电模块1的整体运作，以及负责共封装集成光电模块1对外输出信号的控制。其中，从微处理器12可对光电子模块11进行通用数字输入输出控制，主微处理器13可对共封装集成光电模块1的整体运作进行数字监控。具体地，通过从微处理器12和主微处理器13的设置，可以有效监测与控制共封装集成光电模块1的整体运作。
需注意的是，为避免图1和图2的图面过于复杂，从微处理器12与光电子模块11中各元件之间的连接线以及主微处理器13与共封装集成光电模块1中各元件和模块之间的连接线可省略绘制。另外，从微处理器12例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC))；当从微处理器12为专用集成电路时，因针对共封装集成光电模块1所设计，因此，从微处理器12的性能较为优化且处理速度较快。
在一实施例中，光电子模块11的数量可为一个(如图1所示)或偶数个(如图3所示，图3为依据本申请的共封装集成光电模块的第二实施例框图)，光电子模块11的数量可依据实际共封装集成光电模块1的传输速率与光收发芯片113的通道数量及其传输速率进行调整。举例而言，图2的共封装集成光电模块1的传输速率可为800Gbps，光电子模块11的数量可为两个，光收发芯片113的通道数量可为四个，每一个通道的传输速率可为100Gbps；在另一示例中，共封装集成光电模块1的传输速率可为1.6Tbps，光电子模块11的数量可为四个，光收发芯片113的通道数量可为四个，每一个通道的传输速率可为100Gbps；在又一示例中，共封装集成光电模块1的传输速率可为1.6Tbps，光电子模块11的数量可为两个，光收发芯片113的通道数量可为八个，每一个通道的传输速率可为100Gbps。
在一示例中，当光电子模块11的数量可为偶数个时，从微处理器12的数量可为一个且监控偶数个光电子模块11(即光电子模块11与从微处理器12之间呈多对一对应)(如图3所示)。在另一示例中，光电子模块11的数量与从微处理器12的数量相同，一个从微处理器12监控一个光电子模块11(即光电子模块11与从微处理器12之间呈一对一对应)。
需注意的是，上述图1至图3的实施例中，光收发芯片113所发送的所述另一光模拟信号可来自外置的光源单元，因此，图1至图3的共封装集成光电模块1未包括光源单元。
在一实施例中，请参阅图4，其为依据本申请的共封装集成光电模块的第三实施例框图。如图4所示，共封装集成光电模块1还可包括光源单元15，连接光收发芯片113和从微处理器12，光源单元15可用于基于来自从微处理器12的控制信号输出所述另一光模拟信号给光收发芯片113发送。也就是说，光源单元15也可和光电子模块11、从微处理器12、主微处理器13及载板14集成并封装在一起，且从微处理器12可控制光源单元15发送给光源单元15的所述另一光模拟信号。
在一示例中，当光电子模块11的数量可为偶数个时，光源单元15的数量可为一个且输出所述另一光模拟信号给每一个光电子模块11的光收发芯片113(即光电子模块11与光源单元15之间呈多对一对应)(如图5所示，图5为依据本申请的共封装集成光电模块的第四实施例框图)。在另一示例中，光电子模块11的数量与光源单元15的数量相同，一个光源单元15输出所述另一光模拟信号给一个光电子模块11(即光电子模块11与光源单元15之间呈一对一对应)(如图6所示，图6为依据本申请的共封装集成光电模块的第五实施例框图)。
在一实施例中，由于光收发芯片113为多通道光收发芯片，光源单元15可包括一个或偶数个激光器151，光源单元15可用于通过所述一个或偶数个激光器151输出具有单一波长的所述另一光模拟信号。具体地，光源单元15所包括的一个或偶数个激光器151可输出相同波长的光模拟信号，一个激光器151所输出的光模拟信号可通过光收发芯片113的一个或多个通道进行发送(即一个激光器151对应光收发芯片113的一个或多个通道)。其中，光源单元15所包括的激光器151的数量可为但不限于一个(如图5所示)，实际光源单元15所包括的激光器151的数量可依据实际需求进行调整。
在另一实施例中，由于光收发芯片113为多通道光收发芯片，光源单元15可包括偶数个激光器151，光源单元15可用于通过所述偶数个激光器151输出不同波长的所述另一光模拟信号。具体地，光源单元15所包括的偶数个激光器151可分别输出不同波长的光模拟信号，一个激光器151所输出的光模拟信号可通过光收发芯片113的一个或多个通道进行发送(即一个激光器151对应光收发芯片113的一个或多个通道)。其中，光源单元15所包括的激光器151的数量可为但不限于两个(如图7所示，图7为依据本申请的共封装集成光电模块的第六实施例框图)，实际光源单元15所包括的激光器151的数量可依据实际需求进行调整，例如：光收发芯片113为四通道光收发芯片，光源单元15所包括的激光器151的数量可为四个，光收发芯片113的一个通道对应一个激光器151。
在一实施例中，从微处理器12还可用于采用电流型数模转换的方式输出所述控制信号相匹配的控制电流给光源单元15，或采用电压型数模转换的方式输出所述控制信号相匹配的控制电压给光源单元15。具体地，从微处理器12可包括电流型数模转换单元121和/或电压型数模转换单元122，从微处理器12可通过电流型数模转换单元121输出控制电流或通过电压型数模转换单元122输出控制电压，以控制光源单元15输出光模拟信号(如图8所示，图8为依据本申请的共封装集成光电模块的第七实施例框图)。
在一实施例中，从微处理器12还可用于根据光电子模块11的数字监控数据，对光电子模块11进行闭环回路控制。具体地，由于从微处理器12可监测光电子模块11的运作，因此，从微处理器12可根据光电子模块11的监测结果(即数字监控数据)反馈控制光电子模块11的运作。在一示例中，从微处理器12可根据光电子模块11的温度和光源单元15的光功率进行反馈控制，以维持光电子模块11和光源单元15的运作稳定性。
在一实施例中，光源单元15可集成至光电子模块11中(如图8所示)。当光电子模块11的数量为偶数个时，光源单元15的数量也为偶数个。
在一实施例中，从微处理器12可集成至光电子模块11中(如图9所示，图9为依据本申请的共封装集成光电模块的第八实施例框图)。当光电子模块11的数量为偶数个时，从微处理器12的数量也为偶数个。
在一实施例中，共封装集成光电模块1还可包括电源芯片16，电源芯片16用于为光电子模块11、从微处理器12和主微处理器13提供电力(如图10所示，图10为依据本申请的共封装集成光电模块的第九实施例框图)。其中，电源芯片16可提供光电子模块11、从微处理器12和主微处理器13所需的不同电压大小。需注意的是，为避免图7的图面过于复杂，电源芯片16与光电子模块11、从微处理器12和主微处理器13之间的连接线可省略绘制。
在一实施例中，请参阅图10，从微处理器12还可用于基于对光电子模块11的数字监控数据通过电源芯片16对光电子模块11进行电源管理。具体地，由于从微处理器12可监测光电子模块11的运作，因此，从微处理器12可根据光电子模块11的监测结果(即数字监控数据)借由电源芯片16进行光电子模块11的电源的升压/降压的控制管理。
在一实施例中，请参阅图10，共封装集成光电模块1还可包括非易失性存储器17，连接主微处理器13，非易失性存储器17用于存储主微处理器13执行共封装集成光电模块1的初始化所需的初始化程序。其中，主微处理器13可基于非易失性存储器17所存储的初始化程序对电源芯片16、数字信号处理芯片111、光电信号类比转换芯片112和光收发芯片113进行初始化。此外，非易失性存储器17还可存储共封装集成光电模块1运作时所需的参数或数据，当主微处理器13初始化共封装集成光电模块1后，可读取非易失性存储器17存储的参数或数据，以控制共封装集成光电模块1的整体运作。
在一实施例中，请参阅图2和图11，图11为图1的光电子模块、从微处理器和主微处理器配置于载板的另一实施例横截面示意图。共封装集成光电模块1还可包括连接端口18，配置并电性连接于载板14上，且用于与外部电路电性连接。
在一实施例中，共封装集成光电模块1的封装可为球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)封装或平面网格阵列(Land Grid Array，LGA)封装，连接端口18可为球栅阵列插座连接器或平面网格阵列插座连接器，如图2所示。
在一实施例中，连接端口18可为金手指。具体地，所述金手指可为但不限于单层或多层金手指，所述多层金手指可包括正面(Top)金手指181和反面(Bot)金手指182，如图11所示。
请参阅图12，其为依据本申请的共封装光电交换芯片结构的一实施例示意图。如图12所示，共封装光电交换芯片结构2包括：交换专用集成电路(Switch ApplicationSpecific Integrated Circuit)21、偶数个共封装集成光电模块1和基板22，其中，偶数个共封装集成光电模块1和交换专用集成电路21配置并电性连接于基板22上，偶数个共封装集成光电模块1分别电性连接交换专用集成电路21且环绕交换专用集成电路21。其中，基板22可为但不限于印刷电路板，共封装集成光电模块1的数量可为但不限于十六个。需注意的是，为避免图12的图面过于复杂，偶数个共封装集成光电模块1和交换专用集成电路21分别与基板22之间的电性连接线可省略绘制。
在一实施例中，共封装集成光电模块1可通过连接端口18电性连接基板22，以电性连接交换专用集成电路21。具体地，基板22具有与连接端口18对接的连接介面(例如：插槽)，以电性连接共封装集成光电模块1。
综上所述，本申请实施例中，共封装集成光电模块通过将光电子模块、从微处理器和主微处理器集成并封装在一起，从而实现共封装集成光电模块的小型化。当小型化的共封装集成光电模块应用于共封装光电交换芯片结构时，可使共封装光电交换芯片结构在有限的空间中容纳更多共封装集成光电模块，提高共封装光电交换芯片的数据传输密度，符合市场的发展需求。此外，共封装集成光电模块通过从微处理器和主微处理器的设置，可以有效监测与控制共封装集成光电模块的整体运作。
虽然在本申请的图式中包含了以上描述的组件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其他的附加组件，已达成更佳的技术效果。
虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用于限缩本发明。相反地，此发明涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (17)

1.一种共封装集成光电模块，其特征在于，包括：
光电子模块，包括：
数字信号处理芯片，用于将接收到的电模拟信号转换为电数字信号，并对所述电数字信号进行处理后输出高速数字信号；
光电信号类比转换芯片，连接所述数字信号处理芯片，用于将光模拟信号转换为所述电模拟信号给所述数字信号处理芯片；以及
光收发芯片，连接所述光电信号类比转换芯片，用于接收并传输所述光模拟信号给所述光电信号类比转换芯片，及发送另一光模拟信号；
从微处理器，连接所述光电子模块，用于监控所述光电子模块的运作；
主微处理器，连接所述光电子模块，用于处理所述共封装集成光电模块对外的低速数字信号、监控所述共封装集成光电模块的运作及执行所述共封装集成光电模块的初始化；以及
载板，所述光电子模块、所述从微处理器和所述主微处理器配置并电性连接于所述载板上。
2.根据权利要求1所述的共封装集成光电模块，其特征在于，还包括光源单元，连接所述光收发芯片和所述从微处理器，所述光源单元用于基于来自所述从微处理器的控制信号输出所述另一光模拟信号给所述光收发芯片发送。
3.根据权利要求2所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述光源单元包括一个或偶数个激光器，所述光源单元用于通过所述一个或偶数个激光器输出具有单一波长的所述另一光模拟信号。
4.根据权利要求2所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述光源单元包括偶数个激光器，所述光源单元用于通过所述偶数个激光器输出不同波长的所述另一光模拟信号。
5.根据权利要求2所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述从微处理器还用于采用电流型数模转换的方式输出所述控制信号相匹配的控制电流给所述光源单元，或采用电压型数模转换的方式输出所述控制信号相匹配的控制电压给所述光源单元。
6.根据权利要求2所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述从微处理器还用于根据所述光电子模块和所述光源单元的数字监控数据，对所述光电子模块和所述光源单元进行闭环回路控制。
7.根据权利要求2所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述光源单元集成至所述光电子模块中。
8.根据权利要求1所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述从微处理器集成至所述光电子模块中。
9.根据权利要求1、7和8中任一项所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述光电子模块的数量为一个或偶数个。
10.根据权利要求1所述的共封装集成光电模块，其特征在于，还包括电源芯片，用于为所述光电子模块、所述从微处理器和所述主微处理器提供电力。
11.根据权利要求10所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述从微处理器还用于基于对所述光电子模块的数字监控数据通过所述电源芯片对所述光电子模块进行电源管理。
12.根据权利要求1所述的共封装集成光电模块，其特征在于，还包括非易失性存储器，连接所述主微处理器，所述非易失性存储器用于存储所述主微处理器执行所述共封装集成光电模块的初始化所需的初始化程序。
13.根据权利要求1所述的共封装集成光电模块，其特征在于，还包括连接端口，配置并电性连接于所述载板上，且用于与外部电路电性连接。
14.根据权利要求13所述的共封装集成光电模块，其特征在于，所述连接端口为球栅阵列插座连接器、平面网格阵列插座连接器或金手指。
15.一种共封装光电交换芯片结构，其特征在于，包括：
交换专用集成电路；
偶数个如权利要求1-12中任一项所述的共封装集成光电模块，分别电性连接所述交换专用集成电路；以及
基板，偶数个所述共封装集成光电模块和所述交换专用集成电路配置并电性连接于所述基板上，且偶数个所述共封装集成光电模块环绕所述交换专用集成电路。
16.根据权利要求15所述的共封装光电交换芯片结构，其特征在于，所述共封装集成光电模块还包括连接端口，所述共封装集成光电模块通过所述连接端口电性连接所述基板，以电性连接所述交换专用集成电路。
17.根据权利要求16所述的共封装光电交换芯片结构，其特征在于，所述连接端口为球栅阵列插座连接器、平面网格阵列插座连接器或金手指。
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