CN115632715B - 一种光通信模块及光通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光通信模块及光通信设备，涉及光通信技术领域，本申请的光通信模块，包括基板以及设置于基板同侧表面的芯片和光引擎模块，光引擎模块与芯片信号连接，光引擎模块包括分别与芯片信号连接的信号接收组件和信号发射组件，信号接收组件用于接收外部光信号并将光信号转换为输入电信号，芯片获取输入电信号进行处理并向信号发射组件发出输出电信号，信号发射组件用于将输出电信号转换为输出光信号并发射。本申请提供的通信模块及光通信设备，通过减少芯片与接收模块和处理模块之间的布线长度，在不影响传输速率和功耗的情况下减少了电信号传输过程中的衰减，从而实现在电信号高速率传输时保持低误码率和低衰减。

Description

一种光通信模块及光通信设备

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种光通信模块及光通信设备。

背景技术

光纤通讯（Fiber-Optic Communication，FOC）也称光纤通信，是指一种利用光纤传递光信息的方式。属于有线通信的一种。光经过调制后便能携带光信息。自1980年代起，光纤通信系统对于电信工业产生了革命性的影响，同时也在数字时代里扮演非常重要的角色。光纤通信具有传输容量大，保密性好等优点。光纤通信已经成为当今最主要的有线通信方式。将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。

现有技术中的光通信模块包括接收模块、处理模块以及发送模块，接收模块用于接收外部光信号并转换为输入电信号，处理模块用于接收输入电信号并处理后发出输出电信号，发送模块则用于将输出电信号转换为输出光信号，其中，处理模块通常采用芯片，为了提高芯片的安全性和耐用性，通常将芯片封装，在封装结构上设置有与接收模块和发送模块连接的接口，由于封装结构的存在，导致接收模块、处理模块以及发送模块之间具有一定的距离，使得电信号传输的距离过长，造成电信号的强度和带宽在传输过程中的衰减。现有技术中通常采用两种方式来弥补衰减，一种是采用纠错码，但是纠错码会占用一定的带宽资源，从而降低光通信的宽带的传输速率；另一种是采用均衡或放大电路，但是均衡和放大电路都会增加功耗。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光通信模块及光通信设备，能够减少芯片与信号接收组件和信号发射组件之间的布线长度，在不影响传输速率和功耗的情况下减少了电信号传输过程中的衰减，从而实现在电信号高速率传输时保持低误码率和低衰减。

本申请的实施例一方面提供了一种光通信模块，包括基板以及设置于基板同侧表面的芯片和光引擎模块，光引擎模块与芯片信号连接，光引擎模块包括分别与芯片信号连接的信号接收组件和信号发射组件，信号接收组件用于接收外部光信号并将光信号转换为输入电信号，芯片获取输入电信号进行处理并向信号发射组件发出输出电信号，信号发射组件用于将输出电信号转换为输出光信号并发射。

作为一种可实施的方式，信号发射组件包括多个激光器和与激光器一一对应连接的驱动电路，信号接收组件包括多个光电二极管和与光电二极管一一对应连接的多个跨阻放大电路，多个驱动电路和多个跨阻放大电路分别与芯片连接。

作为一种可实施的方式，多个激光器、多个驱动电路、多个光电二极管和多个跨阻放大电路同层设置于基板的表面，激光器与驱动电路通过导线一一对应连接，光电二极管和跨阻放大电路通过导线一一对应连接，驱动电路和跨阻放大电路通过基板内的布线层与芯片信号连接。

作为一种可实施的方式，多个驱动电路和多个跨阻放大电路同层设置于基板表面，多个激光器设置于驱动电路远离基板的一侧，多个光电二极管设置于跨阻放大电路远离基板的一侧，驱动电路和跨阻放大电路分别与基板连接。

作为一种可实施的方式，激光器和驱动电路通过微焊点一一对应连接，光电二极管与跨阻放大电路通过微焊点连接，驱动电路和跨阻电路通过微焊点与基板连接。

作为一种可实施的方式，基板表面设置有连接板，多个激光器、多个驱动电路、多个光电二极管和多个跨阻放大电路同层设置于连接板远离基板的侧面，激光器与驱动电路通过连接板一一对应连接，光电二极管与跨阻放大电路一一对应连接。

作为一种可实施的方式，基板和连接板为硅载板或者电路板。

作为一种可实施的方式，多个驱动电路在基板表面矩阵式排列，多个对应的激光器也呈矩阵式排列；多个跨阻放大电路在基板表面矩阵式排列，对应多个光电二极管矩阵式排列。

作为一种可实施的方式，光引擎模块包括多个，多个光引擎模块间隔设置于芯片的外周。

本申请的实施例另一方面提供了一种光通信设备，包括上述通信模块以及分别与通信模块中的激光器和光电二极管连接的光波导。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请提供的光通信模块，包括基板以及设置于基板同侧表面的芯片和光引擎模块，光引擎模块与芯片信号连接，光引擎模块包括分别与芯片信号连接的信号接收组件和信号发射组件，信号接收组件用于接收外部光信号并将光信号转换为输入电信号，芯片获取输入电信号进行处理并向信号发射组件发出输出电信号，信号发射组件用于将输出电信号转换为输出光信号并发射。将芯片与光引擎模块设置于基板的同侧表面，并将芯片与光引擎模块同时封装，使得芯片与光引擎模块之间的距离较近，信号接收组件在接收输入光信号并将输入光信号转换为输入电信号，在输入电信号的传输时传输的距离较短，同理，芯片在接收输入电信号并相应发出输出电信号时，输出电信号传输的距离较短，从而减少芯片与信号接收组件和信号发射组件之间的布线长度，在不影响传输速率和功耗的情况下减少了电信号传输过程中的衰减，从而实现在电信号高速率传输时保持低误码率和低衰减。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种光通信模块的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的一种光引擎模块的结构示意图之一；

图3为本申请实施例提供的一种光通信模块的结构示意图之二；

图4为本申请实施例提供的一种光通信模块的结构示意图之三；

图5为本申请实施例提供的一种光通信模块的结构示意图之四；

图6为本申请实施例提供的一种光通信模块的结构示意图之五；

图7为本申请实施例提供的一种光引擎模块的结构示意图之二；

图8为本申请实施例提供的一种光通信模块的结构示意图之六。

图标：100-光通信模块；110-芯片；120-光引擎模块；121-信号接收组件；122-光电二极管；123-跨阻放大电路；124-信号发射组件；125-激光器；126-驱动电路；127-导线；128-微焊点；130-基板；150-连接板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

光纤通信利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。通常设置光通信模块对接收到的信号进行处理并做出响应，现有技术中的光通信模块电信号传输的距离过长，增大电信号在传输过程中的衰减，现有技术中采用纠错码来弥补衰减，但是纠错码会占用一定的宽带资源，从而降低光通信的传输速率。

本申请提供了一种光通信模块100，如图1所示，包括基板130以及设置于基板130同侧表面的芯片110和光引擎模块120，光引擎模块120与芯片110信号连接，光引擎模块120包括分别与芯片110信号连接的信号接收组件121和信号发射组件124，信号接收组件121用于接收外部光信号并将光信号转换为输入电信号，芯片110获取输入电信号进行处理并向信号发射组件124发出输出电信号，信号发射组件124用于将输出电信号转换为输出光信号并发射。

光通信模块100作为光通信的处理部件，接收外部光信号，并对外部光信号做出响应后，再以光信号的形式发送。在本申请实施例中，信号接收组件121接收外部光信号，并将外部光信号转换为输入电信号，芯片110获取输入电信号，对输入电信号进行处理，做出响应并发出输出电信号，信号发射组件124接收输出信号后，将输出电信号转换为输出光信号并发射以完成信号的处理。

通常情况下，光通信中光信号的传播采用光波导来进行，本申请实施例中的信号接收组件121与输入光波导耦合，接收光波导内的光信号；信号接收组件121与输出光波导耦合，将输出光信号传播至输出光波导。

本申请实施例将信号接收组件121、芯片110、信号发射组件124设置于同一基板130上，在封装光通信模块100时，将信号接收组件121、芯片110、信号发射组件124和基板130同时封装，从而避免了芯片110单独封装带来的封装结构体积影响电信号传输距离过大的问题，使得信号接收组件121和芯片110，芯片110发射组件和芯片110之间的距离较近，在信号接收组件121向芯片110传输输入电信号时，输入电信号传输的距离较短，从而减少了输入电信号传输过程中的衰减。在芯片110向信号发射组件124传输输出电信号时，输出电信号传输的距离较短，从而减少了输出电信号在传输过程中的衰减。

需要说明的是，本申请实施例对于芯片110的具体结构不做限制，只要能够发送和接收电信号并对电信号做出响应即可，示例的，可以是Switch芯片、CPU、GPU、NPU、TPU、DSP、存储控制器、网络控制器等等。

本申请提供的光通信模块100，包括基板130以及设置于基板130同侧表面的芯片110和光引擎模块120，光引擎模块120与芯片110信号连接，光引擎模块120包括分别与芯片110信号连接的信号接收组件121和信号发射组件124，信号接收组件121用于接收外部光信号并将光信号转换为输入电信号，芯片110获取输入电信号进行处理并向信号发射组件124发出输出电信号，信号发射组件124用于将输出电信号转换为输出光信号并发射。将芯片110与光引擎模块120设置于基板130的同侧表面，并将芯片110与光引擎模块120同时封装，使得芯片110与光引擎模块120之间的距离较近，信号接收组件121在接收输入光信号并将输入光信号转换为输入电信号，在输入电信号的传输时传输的距离较短，同理，芯片110在接收输入电信号并相应发出输出电信号时，输出电信号传输的距离较短，从而减少芯片110与信号接收组件121和信号发射组件124之间的布线长度，在不占用带宽资源的情况下减少了电信号传输过程中的衰减，从而实现在电信号高速率传输时保持低误码率和低衰减。

可选的，如图2所示，信号发射组件124包括多个激光器125和与激光器125一一对应连接的驱动电路126，信号接收组件121包括多个光电二极管122和与光电二极管122一一对应连接的多个跨阻放大电路123，多个驱动电路126和多个跨阻放大电路123分别与芯片110连接。

光电二极管122接收外界的光信号并将光信号转换为输入电信号，多个光电二极管122与多个跨阻放大电路123连接，以将输入电信号分别传输至跨阻放大电路123，跨阻放大电路123提升输入电信号的强度和信噪比，多个跨阻放大电路123分别与芯片110连接，芯片110获取提升强度和信噪比的输入电信号并对上述信号做出响应发出输出电信号，多个驱动电路126与芯片110分别连接，芯片110将输出电信号传输至驱动电路126，驱动电路126把输出电信号转换成控制激光器125发光的驱动信号，从而把输出电信号调制到激光器125发出的光信号中，使得激光器125发出的光携带有输出电信号的信息。

本申请实施例的一种可实现的方式中，如图2所示，多个激光器125、多个驱动电路126、多个光电二极管122和多个跨阻放大电路123同层设置于基板130的表面，激光器125与驱动电路126通过导线127一一对应连接，光电二极管122和跨阻放大电路123通过导线127一一对应连接，驱动电路126和跨阻放大电路123通过基板130内的布线层与芯片110信号连接。

光电二极管122和跨阻放大电路123通过导线127一一对应连接，能够方便光电二极管122和跨阻放大电路123的连接；同理，激光器125与驱动电路126通过导线127一一对应连接，能够方便激光器125与驱动电路126的连接。

驱动电路126通过基板130内的布线层与芯片110信号连接，具体的，驱动电路126与基板130内的布线层连接，芯片110也与基板130内的布线层连接，芯片110发出的输出电信号传输至布线层，并沿布线层将输出电信号传输至驱动电路126，驱动电路126把输出电信号转换成控制激光器125发光的驱动信号，从而把输出电信号调制到激光器125发出的光信号中，使得激光器125发出的光携带有输出电信号的信息。在此过程中，输出电信号只需沿着布线层从芯片110传输至驱动电路126即可，使得输出电信号传输的距离较短。

跨阻放大电路123通过基板130内的布线层与芯片110信号连接，具体的，跨阻放大电路123与基板130内的布线层连接，芯片110也与基板130内的布线层连接，跨阻放大电路123放大的输入电信号先传输至布线，并沿布线层将放大的输入电信号传输至芯片110，以便芯片110对放大的输入电信号进行处理并响应，在此过程中，放大的输入电线只要沿着布线层从跨阻放大电路123传输至芯片110即可，使得输入电信号传输的距离较短。

可选的，多个驱动电路126和多个跨阻放大电路123同层设置于基板130的表面，多个激光器125设置于驱动电路126远离基板130的一侧，多个光电二极管122设置于跨阻放大电路123远离基板130的一侧，驱动电路126和跨阻放大电路123分别与基板130连接。

多个激光器125设置于驱动电路126远离基板130的一侧，使得激光器125与驱动电路126叠层设置，使得多个激光器125与多个驱动电路126上下一一对应，从而减少了激光器125与驱动电路126之间的距离，减少了驱动信号在传输过程中的衰减。

多个光电二极管122设置于跨阻放大电路123远离基板130的一侧，使得光电二极管122与跨阻放大电路123叠层设置，使得多个光电二极管122与多个跨阻放大电路123上下一一对应，从而减少了光电二极管122与跨阻放大电路123之间的距离，减少了输入电信号在传输中的衰减。

当激光器125与驱动电路126叠层设置时，如图3、图8所示，激光器125可以通过倒装工艺与驱动电路126连接、驱动电路126与基板130通过倒装工艺连接；或者如图4所示，激光器125通过过孔与驱动电路126连接，驱动电路126与基板130通过过孔连接。光电二极管122与跨阻放大电路123叠层设置时，如图3、图8所示，光电二极管122可以通过倒装工艺与跨阻放大电路123连接、跨阻放大电路123通过倒装工艺与基板130连接；或者如图4所示，光电二极管122通过过孔与跨阻放大电路123连接，跨阻放大电路123通过过孔与基板130连接。

本申请实施例的一种可实现的方式中，如图3、图4所示，激光器125和驱动电路126通过微焊点128一一对应连接，光电二极管122与跨阻放大电路123通过微焊点128连接，驱动电路126和与跨阻放大电路123分别通过微焊点128与基板130连接。

当激光器125和驱动电路126叠层设置时，通过微焊点128连接，能够进一步减小激光器125与驱动电路126之间的距离，从而减少驱动信号在传输过程中的衰减。当光电二极管122与跨阻放大电路123叠层设置时，通过微焊点128连接，能够进一步减小光电二极管122与跨阻放大电路123之间的距离，从而减少输入电信号在传输过程中的衰减。

可选的，如图5和图6所示，基板130表面设置有连接板150，多个激光器125、多个驱动电路126、多个光电二极管122和多个跨阻放大电路123同层设置于连接板150远离基板130的侧面，激光器125与驱动电路126通过连接板150一一对应连接，光电二极管122与跨阻放大电路123一一对应连接。

通过连接板150的设置，光电二极管122接收外部光信号并转换为输入电信号时，通过连接板150将输入电信号传输至跨阻放大电路123，跨阻放大电路123对输入电信号进行放大并再次通过连接板150将放大输入电信号通过基板130传输至芯片110。

芯片110发出输出电信号时，通过连接板150传输至驱动电路126，驱动电路126将输出电信号转换为驱动信号并将驱动信号通过连接板150传输至激光器125，实现对激光器125调制，使得激光器125发出输出光信号。

当激光器125与驱动电路126同层设置时，如图5所示，激光器125可以通过倒装工艺与连接板150连接、驱动电路126与连接板150通过倒装工艺连接；或者如图6所示，激光器125通过过孔与连接板150连接，驱动电路126与连接板150通过倒装工艺连接。光电二极管122与跨阻放大电路123同层设置时，如图5所示，光电二极管122可以通过倒装工艺与连接板150连接、跨阻放大电路123通过倒装工艺与连接板150连接；或者如图6所示，光电二极管122通过过孔与连接板150连接，跨阻放大电路123通过倒装工艺与连接板150连接。

当激光器125可以通过倒装工艺与连接板150连接，光电二极管122通过倒装工艺与连接板150连接时，为了提高光引擎模块120的集成度和耦光效率，如图5所示，本申请实施例在激光器125的出光面和光电二极管122接收面设置有微透镜。

本申请实施例的一种可实现的方式中，基板130和连接板150为硅载板或者电路板。

基板130内部设置有布线层，以使驱动电路126与芯片110、跨阻放大电路123与芯片110之间连接，同理，连接板150内也设置有布线层，以使激光器125与驱动电路126、光电二极管122与跨阻放大电路123、以及驱动电路126与芯片110、跨阻放大电路123与芯片110之间连接，采用硅载板或者电路板可以实现上述连接，另外，为了提高电信号的传输速率，可以优先使用硅载板，因为硅载板具有更高的传输速率、集成度、散热效果。

可选的，如图7所示，多个驱动电路126在基板130表面矩阵式排列，多个对应的激光器125也呈矩阵式排列；多个跨阻放大电路123在基板130表面矩阵式排列，对应多个光电二极管122矩阵式排列。

多个驱动电路126在基板130表面矩阵式排列，使得多个驱动电路126排列整齐，在有限的面积内可以排列更多的驱动电路126，从而提高光通信模块100的吞吐量。为了方便驱动电路126与激光器125的一一对应连接，将多个激光器125的排列方式与多个驱动电路126的排列方式相同设置。多个跨阻放大电路123在基板130的表面矩阵式排列，使得多个跨阻放大电路123排列整齐，在有限的面积内可以排列更多的跨阻放大电路123，从而提高光通信模块100的吞吐量。为了方便跨阻放大电路123与光电二极管122的一一对应连接，将多个光电二极管122的排列方式与多个跨阻放大电路123的排列方向相同设置。

本申请实施例的一种可实现的方式中，光引擎模块120包括多个，多个光引擎模块120间隔芯片110的外周。

为了提高光通信模块100的吞吐量，本申请实施例将光引擎模块120设置为多个，多个光引擎模块120分别与芯片110信号连接，以使芯片110可以同时处理多个光引擎模块120上的信号，从而增大光通信模块100的吞吐量。为了使得多个光引擎模块120中的电信号都能够快速的在芯片110与光引擎模块120中传递，本申请实施例将多个光引擎模块120间隔设置于芯片110的外周，使得每个光引擎与芯片110之间的距离均较小，缩短了每个光引擎模块120与芯片110之间的布线长度，在不占用带宽资源的情况下减少了电信号传输过程中的衰减，实现了在电信号高速率传输时保持低误码率和低衰减。

本申请实施例还公开了一种光通信设备，包括上述通信模块以及分别与通信模块中的激光器125和光电二极管122连接的光波导。该光通信设备包含与前述实施例中的光通信模块100相同的结构和有益效果。光通信模块100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光通信模块，其特征在于，包括基板以及设置于所述基板同侧表面的芯片和光引擎模块，所述光引擎模块与所述芯片信号连接，所述光引擎模块包括分别与所述芯片信号连接的信号接收组件和信号发射组件，所述信号接收组件用于接收外部光信号并将光信号转换为输入电信号，所述芯片获取所述输入电信号进行处理并向所述信号发射组件发出输出电信号，所述信号发射组件用于将所述输出电信号转换为输出光信号并发射；

所述光引擎模块包括多个，多个所述光引擎模块间隔设置于所述芯片的外周；

所述信号发射组件包括多个激光器和与所述激光器一一对应连接的驱动电路，所述信号接收组件包括多个光电二极管和与所述光电二极管一一对应连接的多个跨阻放大电路，多个所述驱动电路和多个所述跨阻放大电路分别与所述芯片连接；

所述基板表面设置有连接板，多个所述激光器、多个所述驱动电路、多个所述光电二极管和多个所述跨阻放大电路同层设置于所述连接板远离所述基板的侧面，所述激光器与所述驱动电路通过所述连接板一一对应连接，所述光电二极管与所述跨阻放大电路一一对应连接；

所述信号接收组件、所述芯片、所述信号发射组件和所述基板同时封装，避免所述芯片单独封装带来的封装体积增大导致的电信号传输距离过大的问题。

2.根据权利要求1所述的光通信模块，其特征在于，所述基板和所述连接板为硅载板或者电路板。

3.根据权利要求1所述的光通信模块，其特征在于，多个所述驱动电路在所述基板表面矩阵式排列，多个对应的所述激光器也呈矩阵式排列；多个所述跨阻放大电路在基板表面矩阵式排列，对应多个所述光电二极管矩阵式排列。

4.一种光通信设备，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的光通信模块,以及分别与所述光通信模块中的激光器和光电二极管连接的光波导。

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