DE2510122A1

DE2510122A1 - Opto-elektrischer bzw. elektro-optischer wandler

Info

Publication number: DE2510122A1
Application number: DE19752510122
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Froescher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-03-05
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2510122C3; DE2510122B2

Description

Opto-elektrischer bzw. elektro-optischer Wandler Die Erfindung betrifft einen opto-elektrischen bzw. elektro-optischen Wandler bestehend aus lichtemittierender Diode, Fotodiode, Fototransistor oder dgl. sowie einem vor- bzw. nachgeschalteten Verstärker zur Ansteuerung oder Signalregenerierung.
Für die Signale bzw. Nachrichtenübertragung kommen u. a. auch optische Übertragungselemente in Betracht. Die Entwickluiig auf diesem Gebiet hat zu lichtleitenden Glasfasern geführt, die nur noch eine Dämpfung von ca. 2 dB pro km Länge besitzen. Dadurch wird eine Nachrichtenübertragung über mehrere km ohne Zwischen verstärkung möglich. Der große Vorteil der optischen Übertragungselemente ist deren große Bandbreite, die in der Größenordnung von Gigahertz liegt. Ein weiterer großer Vorteil der optischen Übertragungselemente liegt in ihrer Unempfindlichkeit gegen elektrie sche oder magnetische Störfelder. Sie bieten sich daher u. as her vorragend zur störungsfreien Datenübermittlung in Prozeßsteuerungen, Meßwertverarbe#tungsanlagen und allgemeinen elektronischen Steuerungen an. Allgemein werden sie iiberall dort vorteilhaft einsetzbar sein, wo die Einrichtungen hohen elektrischen bzw. magnetischen &törbeeinflussungen#ausgesetzt sind und/oder eine hohe Datensicherheit gefordert wird. Unabhängig von dem Einsatzzweck bestehen derartige Ubertragungssysteme mit optischen Übertragungselementen aus der Übertragungsstrecke, beispielsweise der lichts leitenden Faser, sowie Signalwandlern am Streckenanfang und -ende.
Am Streckenanfang müssen die als elektrische Größen vorliegenden Signale bzw. Daten in proportionale Lichtsignale umgewandelt werden, die dann in das optische Übertragungselement eingespeist werden. Am Ende dieses Ubertragungselementes müssen diese optischen Signale wiederum zurück in elektrische überführt werden.
(Elektrisches Nachrichtenwesen, Band 45, Nr. 3, 1970, Seite 283).
Ähnliches gilt für Nachrichtenübermittlungen über längere Strekken, bei der Zwischenverstärker notwendig werden. Auch hier kann man den Weg über die Umwandlung des Lichtsignals in ein elektrisches und zurück wählen, wobei dann das elektrische verstärkt und zweckmäßigerweise regeneriert wird (Zeitschrift E und M, Jahrgang 90, Heft 4, Seite 194).
Derartige Wandler bestehen auf der Eingangsseite einer Faser aus lichtemittierenden Bauelementen, beispielsweise lichtemittierenden Dioden, die durch elektrische Signale modolierbar sind, sowie vorgeschalteten Verstärkern und auf der Ausgangsseite der Faser aus Bauelementen, deren elektrisches Ausgangssignal durch die empfangene Lichtintensität, modolierbar ist, z. B. Fotodioden oder Fototransistoren sowie nachgeschalteten Verstärkern.
Neben der Anwendung für die Nachrichtenübertragung über längere Strecken, wie sie herkömmlich mit elektrischen Nachrichtenkabeln durchgeführt wird, werden derartige Übertragungssysteme mit optischen Ubertragungselementen auch in elektronischen Anlagen Punktzu-PunIft-Verbindungen zwischen Zentral- und Peripherieeinheiten und auch innerhalb von Geräten darstellen. Die Wandler werden also uxmittelbar an elektrischen Datengebern bzw. -aufnehmern angeordnet sein, um die Länge der elektrischen Signalleitungen kurz und damit die Störanfälligkeit gegen elektrische oder magnetische Felder kleinzuhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die einzelnen Bauelemente eines derartigen Wandlers so zusammenzufügen, daß er elektrisch und mechglisch kompatibel mit anderen elektronischen Einheiten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle Bauelemente des Wandlers mit Isoliermasse zu einem kompakten Modul vergossen sind, aus dem an einer Seite elektrische Anschlußstifte und an einer anderen Seite eine mit der lichtemittierenden Diode oder dgl. in optischem Kontakt stehende optische Ader herausragt.
Die Bauelemente eines Moduls, d. h. eines Wandlers, können in Dünn- oder Dickschichttechnik auf einem Trägermaterial zu einer raumsparenden Hybridschaltung zusammengefaßt werden. Dabei werden Schichtbauelemente mit diskreten Bauelementen kombiniert.
Diese gesamte Anordnung ist dann mit einer Isoliermasse, beispielsweise mit Kunstharz, in Quaderform vergossen. Die elektrischen Anschlußstifte ragen aus der Unterseite des Moduls heraus.
Da die Wandler auch in elektronische Anlagen integrierbar sein sollen, wird man zweckmäßigeznsei.se die Kontaktstifte so anordnen, daß sie sich zum Einstecken in Lochkarten eignen. An einer Stirnseite des Moduls ragt die optische Ader heraus.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die optische Ader mit der lichtemittierenden Diod 3 oder dgl. in direktem optischen Kontakt steht und unmittelbar von der Isoliermasse umgeben ist. Bei der optischen Ader kann es sich entweder um eine einzel ne lichtleitende Faser oder auch um eine von einer Schutzhülle umgebene Litze handeln, die aus einer Vielzahl von lichtleitenden i?asern besteht, Eine andere Ausgestaltung dieser Kontaktstelle besteht darin, daß die optische Ader über eine Steckverbindung mit der lichtemittierenden Diode oder dgl. verbunden ist und daß der Zwischenraum zwischen der Stirnfläche der optischen Ader und der lichtemittierenden Diode mit einer Immersionsflüssigkeit ausgefüllt ist. Mit dieser letzten Möglichkeit einer Steckverbindung bleibt man flexibler in der Wahl der optischen Ader. Je nach Verwendungszweck kann man eine einzelne Faser oder auch eine Litze verwenden. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß bei einer mechanischen Verletzung der optischen Ader, z. B.
einem Bruch, nicht der gesamte Modul ausgetauscht zu werden braucht, sondern nur die Ader.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, daß das freie Ende der optischen Ader mit einem Stecker versehen ist. Hierdurch wird man unabhängig von der benötigten optischen Ubertragungslänge. Der Modul selbst wird nur mit einer kurzen optischen Ader versehen, an die dann über den Stecker die eigentliche Übertragungsleitung angeschlossen wird.
Für die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Montage derartiger Module auf Leiterplatten ist vorgesehen, daß das freie Ende der optischen Ader mit dem Stecker an der Stirnseite der Leiterplatte in einer Ebene neben den elektrischen Anschlußsteckern angeordnet ist. Bei der Bemessung der Module muß natürlich berücksichtigt werden, daß genügend Zwischenraum für die Verlegung der optischen Adern mit nicht zu kleinen Biegeradien bleibt. Ganz allgemein wird man die Abmessungen der Module so wählen, daß eine optimale Raumausnutzung auch bei der Verwendung mehrerer Leiterplatten über- und nebeneinander möglich ist.
An einem Ausfüiwungsbeispiel sei die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen: Fig. 1 einen vergossenen Modul mit optischer Ader, Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen derartigen Modul, in dem die Steckverbindung sichtbar wird, Fig. 3 eine Leiterplatte mit mehreren Modulen in Aufsicht.
Der Modul 1 in Fig. 1 ist ein kunstharzvergossener Wandler in Quaderform. Der Modul 1 trägt an seiner Unterseite insgesamt vier elektrische Anschlußstifte 2 - Signal, plus und minus Versorgungsspannung, Ground oder Schirm. Nur die beiden vorderen dieser Anschlußstifte 2 sind in der räumlichen Darstellung der Fig. 1 sichtbar. Um ein sicheres Aufsetzen des Moduls 1 auf einer Leiterplatte 10 zu gewährleisten, besitzt er auf seiner Grundplatte drei symmetrisch angeordnete Distanzwarzen 3. Das optische Signal wird mittels einer optischen Ader 4 aus dem Modul 1 heraus oder in diesen hineingeführt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei ~der optischen Ader li ym eine aus vielen Fasern bestehende kunststoffumhüllte Litze. Diese ist innerhalb des Moduls 1 durch direktes stumpfes Aufkleben der Litzenstirnfläche auf die plangeschliffene Stirnfläche der lichtemittierenden Diode 6 oder dgl. mit dieser verbunden. Das freie Ende dieser Litze ist mit einem Stekker 5 versehen. Die Länge der Litze reicht aus, um bei der Montage dieses Moduls 1 den Stecker 5 an der Stirnfläche der Leiterplatte 10 zu befestigen.
Fig. 2 zeigt eine andere Möglichkeit der Verbindung der optischen Ader 4 mit der lichtemittierenden Diode 6 oder dgl. im Inneren des Moduls 1. Wiederum ist der Modul 1 zu sehen, in den ein Rohr 7 eingefügt ist. Auf der einen Seite nimmt dieses Rohr die lichtemittierende Diode 6 auf, auf der anderen Seite dient es zur Aufnahme der mit einem Rundstecker 8 mit plangeschliffener Stirnfläche versehenen optischen Ader 4. Durch das Rohr 7 wird eine Zentrierung beider Teile sichergestellt. Zwischen Rundstecker 8 und Diode 6 ist Immersionsflüssigkeit in das Rohr 7 eingebracht worden, so daß auch ohne direkten mechanischen Kontakt der optische Kontakt sichergestellt ist. Der Rundstecker 8 kann zusätzlich durch eine lösbare r;lebeverbindung im Rohr 7 fixiert werden Fig. 3 zeigt eine Leiterplatte 10 in #ufsicht, auf der sechs Module 1 in zwei Reihen zu Je drei montiert sind. In dem Zwischen raum zumischen diesen beiden Reihen werden die optischen Adern 4 bis an die Stirnseite der Leiterplatte 10 geführt. In der Mitte der Stirnseite befindet sich der mehrpolige elektrische AnschLustecker 11. Rechts und links davon sind je drei Stecker 5 der opw tischen Adern 4 angeordnet. Werden die Gegenstücke zu diesen optischen Steckern 5 in der Verdrahtungsebene der Lei.terplattenauS-nahme, also den Gerätegehäusen oder Anlagengestellen, fest montiert, so ergibt sich die Möglichkeit, derartige mit opto-elektrischen oder elektro-optischen Wandlern bestückte Leiterplatten 10 wie andere in der Elektronik verwendete Leiterplatten einfach durch Einstecken anzuschließen.
5 Ansprüche 3 Figuren

Claims

Patent ansprüche ~¼ Opto-elektrischer bzw. elektro-optischer Wandler bestehend aus lichtemittierender Diode, Fotodiode, Fototransistor oder dgl. sowie einem vor- bzw. nachgeschalteten Verstärker zur Ansteuerung oder Signalregenerierung, dadurt~gs~~~.nzeichnet. daß alle Bau elemente des Wandlers mit Isoliermasse zu einem kompakten Modul (1) vergossen sind, aus dem an einer Seite elektrische Anschlußstifte (2) und an einer anderen Seite eine mit der lichtemittierenden Diode (6) oder dgl. in optischem Kontakt stehende optische Ader (4) Slerausragt
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Ader (4) mit der lichtemittierenden Diode (6) oder dgl. in direktem optischen Kontakt steht und unmittelbar von der Isollermasse umgeben ist.
3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Ader (4) über eine Steckverbindung mit der lichtemittierenden Diode (6) oder dgl. verbunden ist und daß der Zwischenraum zwischen der Stirnfläche der optischen Ader (4) und der lichtemittierenden Diode (b) mit einer i'nmersionsflüssigkeit ausgefüllt ist.
4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der optischen Ader (4) mit einem Stecker (5) versehen ist.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der mit Hilfe der elektrischen Anschlußstifte auf einer Leiterplatte montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der optischen Ader (4) mit dem Stecker (5) an der Stirnseite der Leiterplatte (10) in einer Ebene neben den elektrischen Anschlußsteckern (11) angeordnet ist.