CN114650647A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括：电路板和电容，电容与电路板焊接。其中，电路板自上而下包括设置在表层的第一板层、以及分别设置在内层的第二板层和第三板层第一板层设置高速差分信号线，高速差分信号线之间包括电容焊盘；第二板层和第三板层为完整的参考地。电容通过电容焊盘与高速差分信号线连接。多个埋孔，设置于电容在电路板的投影区域，且埋孔连通第二板层与第三板层，电容的信号回流路径由原来经过电容焊盘外侧的地孔回流，改变为经过埋孔回流，缩短了电容的信号回流路径，减小信号环路面积，进而减小电容向电路板外部的电磁辐射量，有助于提高光模块的电磁兼容特性。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

高速光模块被广泛应用在通信网络和通信网络的光传输设备中，用于将光信号与电信号进行转换并使其适合于长距离传输。光模块包括上壳体、下壳体、电路板、光收发器件。上壳体盖合在下壳体上，以形成具有两个开口的包裹腔体，将电路板、光收发器件设置于腔体内部。

电路板通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。电路板中交流信号之间都会使用到AC耦合电容，而AC耦合电容的作用主要就是为了改善噪声容限。AC耦合电容由于焊盘尺寸较大，可能会引起信号完整性问题，更进一步会导致电磁辐射变大。

电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)，作为光模块、设备或系统的一种性能指标，包含两方面意义：一是指模块在自身工作时对共处于相同环境中其他设备不产生电磁干扰；另一方面是指模块不因所在电磁环境中的电磁干扰而影响正常工作。减少光模块本身电磁辐射有利于提高光模块的电磁兼容性能。

发明内容

本申请提供了一种光模块，以提高光模块的电磁兼容性能。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光模块，包括：

电路板，包括多个板层；

所述多个板层自上而下包括：设置在表层的第一板层、以及分别设置在内层的第二板层和第三板层；

所述第二板层与所述第三板层为参考地；

所述第一板层设置高速差分信号线，所述高速差分信号线之间包括电容焊盘；

电容，与所述电容焊盘焊接；

多个埋孔，设置于电容在所述电路板的投影区域，且连通所述第二板层与所述第三板层。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请公开了一种光模块，包括：电路板和电容，电容与电路板焊接。其中，电路板自上而下包括设置在表层的第一板层、以及分别设置在内层的第二板层和第三板层第一板层设置高速差分信号线，高速差分信号线之间包括电容焊盘；第二板层和第三板层为完整的参考地。电容通过电容焊盘与高速差分信号线连接。多个埋孔，设置于电容在电路板的投影区域，且埋孔连通第二板层与第三板层，电容的信号回流路径由原来经过电容焊盘外侧的地孔回流，改变为经过埋孔回流，缩短了电容的信号回流路径，减小信号环路面积，进而减小电容向电路板外部的电磁辐射量，有助于提高光模块的电磁兼容特性。

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，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络终端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为一种现有电路板结构示意图；

图6为图5所示的一种电路板的俯视结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电路板结构示意图；

图8为图7所示电路板俯视图；

图9为图7中虚线部分结构示意图；

图10为现有电路板中AC耦合电容表面的电场辐射强度示意图；

图11为本申请实施例提供的一种电路板中AC耦合电容表面的电场辐射强度示意图；

图12为现有电路板中AC耦合电容表面的磁场辐射强度示意图；

图13为本申请实施例提供的一种电路板中AC耦合电容表面的磁场辐射强度示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信息以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接。

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接。具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端100中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300及光收发组件。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体。具体地，下壳体202包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光收发组件；电路板300、光收发组件等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利用实现电磁屏蔽以及散热，一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板300通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发组件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发组件之间可以采用柔性电路板连接。

光收发组件包括光发射器件400及光接收器件两部分，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射器件一般包括光发射器、透镜与光探测器，且透镜与光探测器分别位于光发射器的不同侧，光发射器的正反两侧分别发射光束，透镜用于会聚光发射器正面发射的光束，使得光发射器射出的光束为会聚光，以方便耦合至外部光纤；光探测器用于接收光发射器反面发射的光束，以检测光发射器的光功率。具体地，光发射器发出的光经透镜会聚后进入光纤中，同时光探测器检测光发射器的发光功率，以保证光发射器发射光功率的恒定性。

图5为一种现有电路板结构示意图，如5图所示，电路板由多个板层叠加而成，本实施例中以八个板层为例，电路板300包括：依次叠加的第一板层301、第二板层302、第三板层303、第四板层304、第五板层305、第六板层306、第七板层307和第八板层308，每两个相邻的板层的之间填充有介质层，介质层为绝缘材质。电路板不同的板层根据需要设置为信号层或参考地，信号层用于信号线路的传输，参考地为完整的接地层。AC耦合电容309设置于第一板层301的上表面。

每个板层均为金属层，通常情况下是铜制平板，信号层是在铜制板层的基础上蚀刻线路形成信号线，即设置有信号线的金属层。参考地为整体的铜制平板，不设置信号线。图5中所示，第一板层301为高速差分信号线层。原电路板结构中，第二板层302、第三板层303、第七板层307为参考地，其他板层均为信号层。第一板层301设置有高速差分信号电路，包括：AC耦合电容焊盘3011和信号线，AC耦合电容焊盘3011与AC耦合电容309焊接。

第一板层301与第三板层303之间设置有第一地孔3013，实现第一板层301上各电子器件的接地。第三板层303与第六板层306之间设置有第二地孔3014，实现第四板层304、第五板层305和第六板层306上各电子器件的接地。第六板层306与第八板层308之间设置有第三地孔3015，实现第七板层307和第八板层308上各电子器件的接地。

图6为图5所示的一种电路板的俯视结构示意图。第一板层301的上表面和第八板层的下表面一般敷设一层绝缘层，用于保护线路，仅将焊盘位置裸露。图中浅色部分表示第一板层301的蚀刻线路，为断层，用于实现信号的区分传输。中心十字分割形成的四个区域为差分信号电路区：第一电路区3016、第二电路区3017、第三电路区3018和第四电路区3019，其中，第一电路区3016与第二电路区3017位于AC耦合电容焊盘3011的一侧，第三电路区3018与第四电路区3019位于AC耦合电容焊盘3011的另一侧。第一电路区3016与第一差分线30121连接，第二电路区3017与第二差分线30122连接，第三电路区3018与第三差分线30123连接，第四电路区3019与第四差分线30124连接。

AC耦合电容309连接相邻的两个区域实现电连接，再通过差分线与其他电子器件连接。即AC耦合电容309的一端与第一电路区3016连接，另一端与第三电路区3018连接；或AC耦合电容309的一端与第二电路区3017连接，另一端与第四电路区3019连接。

图7为本申请实施例提供的一种电路板结构示意图。图8为图7所示电路板俯视图。结合图7和图8所示，本申请实施例中在电路板在A C耦合电容309下方第二板层302与第三板层303之间增加设置埋孔3031。

原电路板中因A C耦合电容309下方第二板层302与第三板层303之间存在介质，介质阻挡了信号回流，A C耦合电容309与第三板层303地之间通过第一板层301与第三板层303之间A C耦合电容309两侧的第一地孔3013之间形成信号回流路径。

而本申请实施例提供的电路板在AC耦合电容309下方第二板层302与第三板层303之间设置埋孔3031，AC耦合电容309与第三板层303之间的信号回流可直接通过电容下方的埋孔3031。本申请实施例提供的电路板AC耦合电容309与第三板层303的信号回流路径相对变短，减小信号环路面积，进而减小电磁辐射量。与原电路板相比，AC耦合电容309的电路不变，A C耦合电容309四周形成的电磁场整体强度不变，因本申请提供的电路板A C耦合电容309与第三板层303地之间存在埋孔3031，有利于电磁场的扩散，使得AC耦合电容309形成的电磁场在电路板外侧部分减少，减少AC耦合电容附近的电磁辐射能量，进而抑制电磁干扰。

埋孔3031用于连接A C耦合电容309下方相邻的参考地，不连通任何信号层，以免AC耦合电容309的信号回流穿过信号层而对信号层本身信号产生干扰。因此，埋孔3031的一端与第二板层302连接，另一端与第三板层303连接。因第二板层302与第三板层303为参考地，为完整的铜板结构，埋孔3031设置于第二板层302与第三板层303之间，实现了第二板层302与第三板层303的连通。

本申请实施例在原电路板结构中，AC耦合电容309下方设置埋孔3031，第二板层302和第三板层303通过埋孔3031连接。埋孔3031设置于AC耦合电容309在电路板300的正投影内。具体的，埋孔3031包括第一埋孔30311、第二埋孔30312、第三埋孔30313和第四埋孔30314，分别设置于A C耦合电容焊盘3011的两侧、信号线3012的下方，信号线3012包括第一差分线30121、第二差分线30122、第三差分线30123、第四差分线30124。

图9为图7中虚线部分结构示意图，如图9所示，埋孔3031为穿过第二板层302和第三板层303的结构，且表面涂覆铜层用于连接第二板层302和第三板层303。

在一些实施例中，埋孔3031为空心结构，空心孔直径4mil。

在一些实施例中，第一埋孔30311、第二埋孔30312、第三埋孔30313和第四埋孔30314均设置于AC耦合电容焊盘3011的外侧，且距离临近的AC耦合电容焊盘3011边缘5-10mil。AC耦合电容焊盘的边缘即为图8中心矩形框的边缘。

结合图9和图8所示，在一些实施例中，位于AC耦合电容焊盘3011同一侧的埋孔间距应不小于其上方对应的差分信号线的线距。即图中所示，第一埋孔30311与第二埋孔30312的间距等于或大于第一差分线30121与第二差分线30122的线距。第三埋孔30313与第四埋孔30314的间距等于或大于第三差分线30123与第四差分线30124的线距。

本申请中，第一埋孔30311与第二埋孔30312的间距为第一埋孔30311的中心轴到第二埋孔30312的中心轴的距离。第三埋孔30313与第四埋孔30314的间距为第三埋孔30313的中心轴到第四埋孔30314的中心轴的距离。第一差分线30121与第二差分线30122的线距代表第一差分线30121的中心线到第二差分线30122的中心线的距离。第三差分线30123与第四差分线30124的线距代表第三差分线30123的中心线到第四差分线30124的中心线的距离。

以下为本申请实施例提供的光模块中电路板AC耦合电容周围电磁辐射与原电路板AC耦合电容周围电磁辐射比对情况：

图10为现有电路板中AC耦合电容表面的电场辐射强度示意图，图11为本申请实施例提供的一种电路板中AC耦合电容表面的电场辐射强度示意图。对比图10和图11可知，两种条件下的辐射电场分布，设计内层地孔的条件下，最大辐射电场强度约为5370V/m，而无内层地孔条件下约为6072V/m，最大电场辐射强度减弱约702V/m。

图12为现有电路板中AC耦合电容表面的磁场辐射强度示意图，图13为本申请实施例提供的一种电路板中AC耦合电容表面的磁场辐射强度示意图。对比图12和图13可知，为AC耦合电容表面的磁场辐射强度，在没有隔离地孔的条件下，最大辐射强度约为62A/m。在增加隔离地孔后，磁场辐射强度减弱为51A/m，减弱了约11A/m。

通过以上测试结果可知，本申请提供的AC耦合电容下方增加埋孔设置的电路板，能够有效减小电容表面辐射的电磁场强度，减少电容向外辐射的电磁能量，从而抑制硬性电路板的电磁干扰，提高光模块电磁兼容特性。

综上所述，本申请公开了一种光模块，包括：电路板和AC耦合电容，AC耦合电容与电路板焊接。其中，电路板包括依次叠加的第一板层、第二板层和第三板层，第一板层设置具有AC耦合电容焊盘的高速差分信号线；第二板层和第三板层为完整的参考地。AC耦合电容通过AC耦合电容焊盘与差分信号线连接。多个埋孔，设置于AC耦合电容在电路板的正投影内，且埋孔连通第二板层与第三板层，AC耦合电容的信号回流路径由原来经过AC耦合电容焊盘外侧的地孔回流，改变为经过埋孔回流，缩短了AC耦合电容的信号回流路径，减小信号环路面积，进而减小AC耦合电容向电路板外部的电磁辐射量，有助于提高光模块的电磁兼容特性。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“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电路结构、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电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，包括多个板层；

所述多个板层自上而下包括：设置在表层的第一板层、以及分别设置在内层的第二板层和第三板层；

所述第二板层与所述第三板层为参考地；

所述第一板层设置高速差分信号线，所述高速差分信号线之间包括电容焊盘；

电容，与所述电容焊盘焊接；

多个埋孔，设置于电容在所述电路板的投影区域，且连通所述第二板层与所述第三板层。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第二板层不设置信号线，所述第三板层不设置信号线。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述埋孔为空心结构，且所述埋孔的表面涂覆铜层。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述埋孔之间的距离不小于其上方对应的高速差分信号线之间的线距。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述埋孔包括：第一埋孔、第二埋孔、第三埋孔和第四埋孔；所述第一埋孔和所述第二埋孔设置于所述电容焊盘的一侧；所述第三埋孔和所述第四埋孔设置于所述电容焊盘的另一侧。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述电容焊盘包括：互不导通的第一电路区、第二电路区、第三电路区和第四电路区；

所述差分信号线包括：第一差分线、第二差分线、第三差分线和第四差分线；

其中，所述第一差分线与所述第一电路区连接；所述第二差分线与所述第二电路区连接；所述第三差分线与所述第三电路区连接；所述第四差分线与所述第四电路区连接。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述第一埋孔与所述第二埋孔的间距不小于所述第一差分线与所述第二差分线的线距；所述第三埋孔与所述第四埋孔的间距不小于所述第三差分线与所述第四差分线的线距；所述第一埋孔与所述第二埋孔的间距为所述第一埋孔的中心轴和所述第二埋孔的中心轴之间的距离；所述第一差分线与所述第二差分线的线距为所述第一差分线的中心线与所述第二差分线的中心线之间的距离。

8.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一埋孔到所述电容焊盘边缘的最小距离不大于10mil，所述第二埋孔到所述电容焊盘边缘的最小距离不大于10mil；所述第三埋孔到所述电容焊盘边缘的最小距离不大于10mil；所述第四埋孔到所述电容焊盘边缘的最小距离不大于10mil。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述埋孔的孔径为2-5mil。

10.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，包括多个板层；

所述多个板层自上而下包括：设置在表层的第一板层、以及分别设置在内层的第二板层和第三板层；

所述第二板层与所述第三板层为参考地，所述第二板层与所述第三板层之间不包括信号层；

所述第一板层设置高速差分信号线，所述高速差分信号线之间包括电容焊盘；

电容，与所述电容焊盘焊接；

多个埋孔，设置于电容在所述电路板的投影区域，且连通所述第二板层与所述第三板层。

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