JP2005080292A - 光バックプレーン上での通信の光相互接続システム及び方法 - Google Patents

光バックプレーン上での通信の光相互接続システム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、光バックプレーン上での高速通信用の光相互接続システム及び方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、高速通信用の光相互接続システムであって、光バックプレーン20と、前記光バックプレーンに連結された複数の光回路基板41と、前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられ、波長多重光信号を送信するように適合された少なくとも1つの光送信器62と、それぞれ前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられた複数の光受信器65と、前記少なくとも1つの光送信器及び前記複数の光受信器に作動的に関連付けられた少なくとも1つの多重解除装置89であり、前記波長多重光信号を個別波長に多重解除し、前記多重解除光信号の各個別波長を前記複数の光受信器のうちの特定の光受信器へ選択的に導くように適合された前記多重解除装置を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、回路基板等の個別電子モジュールの集積回路間の信号通信に係り、より詳しくは並列光学系や波長多重光通信或いはその両方を用いる光バックプレーン上での光信号通信に関する。
高速電気システムでは、信号を処理する1以上の集積回路(IC)又はプロセッサを有する複数の転送先へ多数の高速電気信号を振り分けている。この種の転送先には、通信システム、回路モジュール、回路基板やその他のこの種の電子システム又はサブシステムのノードが含まれている。電気信号は、可能な転送先回路基板の一部或いは全てへ電気信号を一斉通信する電気バックプレーン全体に送信することが可能である。転送先回路基板は、単に電気バスを介して電気バックプレーン内に分岐接続して電気信号を読み取るに過ぎない。電気信号が特定の回路基板に対し行き先指定されているかどうかを判定するには、電気アドレスが用いられている。
より高いデータレートや高速通信をかなり必要としてきた一つの領域は、コンピュータ内の並列プロセッサ間にある。並列プロセッサとこの種の並列処理コンピュータの関連メモリは、データを各プロセッサ間で非常に高速に流す方法で、短い待ち時間をもって相互接続されていなければならない。通信網内での高速のデータ転送もまた、パーソナルコンピュータや互いにリンクさせる必要のある他のコンピュータ装置の広範囲の増大に基づきますます重要になりつつある。
プロセッサ間の電気通信のための様々なシステム構成が、この種の高速データ流と短い待ち時間を容易にすべく提案されてきた。しかしながら、これらの光相互接続装置及び方法の多くは、送信器と受信器に関連するやや拡張的かつ複雑なタイミングの競合解決システムを必要とするものである。
本発明に係る光相互接続システムは、光バックプレーンに連結された複数の光回路基板を備えている。光送信器には、複数の光回路基板の一部或いは全部が実装されていてもよい。各光送信器は、波長多重光信号を送信するように構成されている。複数の光受信器のそれぞれは、複数の光回路基板と個別に関連付けられている。
本発明の上記及び他の態様や特徴及び利点は、添付図面と併せて好適な実施形態の以下の説明を考察することでより明らかとなろう。以下の説明では添付図面を参照するが、それらは本発明の特定の実施形態の一部をなしており、それを例示により示すものである。本技術分野の当事者には、他の実施形態を利用することができ、本発明の範囲から逸脱することなく、手順的のみならず構造的或いは電気的な変更が可能であることを理解されたい。
図1と図2は、それぞれ電子−光バックプレーン23及び電子装置26の一構成要素として構成された光バックプレーン20の斜視図と背面図である。電子装置26は、通常、電気バックプレーン32と電気回路基板35を収容した金属ケーシング29(点線で図示)を備えている。光バックプレーン20は、回路基板35の背面38に連結合されており、複数の電子光回路基板41は、回路基板35の前面44に取り付けられている。回路基板41は、前面44から垂直に延出し、ケーシング29内で並列に離間して配設されている。電子光回路基板41は、任意の適当な技術を用いて回路基板35に接続されている。図示の如く、各回路基板41は、エッジタブ50における複数の電気接点47と、これに嵌合する電気バックプレーンコネクタストリップ53を備えている。必要に応じて、回路基板41は、光コネクタ56,59によって光バックプレーン20に作動的に連結されていてもよい。
回路基板41は、それぞれ、電気−光変換器/送信器62と、光−電気変換器/受信器65を備えている。変換器/送信器62は、単一の送信ファイバ68を介して光コネクタ56に光学的に接続して図示されており、その一方で変換器/受信器65は、4素子ファイバ配列71を介して光コネクタ56に光学的に接続されている。変換器/送信器62及び変換器/受信器65は、それぞれ、電気配線路77,80により従来の電子回路網74に電気的に接続されている。電子回路網74は、例えば、集積回路プロセッサ83やメモリチップ86等の装置を備えていてもよい。
図2に示す如く、光バックプレーン20は、回路基板35の背面38に取り付けられた多重解除装置89を備えている。図3でより詳細に説明するが、多重解除装置89は、回路基板41を用いて構成された様々な変換器/送信器62及び変換器/受信器65にそれぞれ関連付けられている個別の多重解除器を備えている。多重解除装置89は、送信ファイバ95,101,107,113と、受信ファイバ配列92,98,104,110を用いて回路基板41の様々な光コネクタ59に連結されている。これら送信ファイバ及び受信ファイバ配列のそれぞれは、電気回路基板の関連する孔対116,119,122,125を貫通して示されている。図示の如く、回路基板41は、光バックプレーン20により光学的に相互接続され、電気バックプレーン32により電気的に相互接続されており、様々な回路基板41間での高速データ通信を可能にしている。
図3は、光バックプレーン20の多重解除装置89と、電気−光変換器/送信器62及び光−電気変換器/受信器65との間の一般的な結合構成を示す概略図である。図示の如く、変換器/送信器62は、符号化器(エンコーダ)128、レーザ134、及び波長分割多重器137を備えている。垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)は、レーザ134のために用いることが可能な一つの特定タイプのレーザである。
作動期間中、符号化器128は、電子回路網74(図1に示されている)から電気信号を受信し、そこでこれらの電気信号を変換し、それらが複数の導電体131を介して通信できるようにするものである。例えば、通信された電気信号は、4個の個別離散電気駆動信号として通信され、関連するレーザ134へ導かれるようになっている。各レーザは、それぞれW1,W2,W3,W4と標識付けした個別波長光ビームを生成し、関連する光ファイバ135を介して導かれるように構成されている。一部実施形態では、波長分割多重器137が個別多重波長光ビームW1〜W4を合成し、これにより単一の送信ファイバ68を介してこれらのビームを光コネクタ56,59に通信できるようにしている。波長多重送信ファイバを用いる一つの理由は、各回路基板41に必要な送信ファイバの数を低減させることにある。
光コネクタ56,59を通過した後、送信ファイバ95は、波長多重光ビームを多重解除装置89の関連する多重解除器に導いている。波長多重光ビームは、波長に基づいて多重解除することが可能であり、かくして4個の個別分割出力W1〜W4を供給することになる。この構成では、波長W1の多重解除器出力が4個の回路基板41のうちの第1の基板に位置する変換器/受信器65へ導かれるようになっている。同様に、波長W2,W3,W4の多重解除器出力は、第2、第3、第4の回路基板41にそれぞれ位置する変換器/受信器65へ導かれるようになっている。
多重解除装置89の4個の多重解除器のそれぞれは、波長W1の出力を有するものとして示されている。これら4個の波長W1の出力のそれぞれは、個別光送信ファイバから光コネクタ59,56を介して回路基板41の変換器/受信器65へ導かれるようになっている。第1の送信/受信回路基板の変換器/受信器65の4個の入力のそれぞれが同一の波長(W1)を有することは、理解されたい。
4個の回路基板の様々な送信器及び受信器は、図1〜図3に示された方法で連結することにより、システムにおける受信信号の起源、すなわち信号源を突き止めることが可能となる。例えば、第1の変換器/受信器65の4個の入力(W1)のそれぞれは、特定の送信器と関連付けられている。特に、コントローラ/受信器65(Rx1)上で最上部のファイバが受信した信号は、信号源が第1の回路基板(Tx1)のコントローラ/送信器であることを示している。同様に、Rx1上に残る受信ファイバのそれぞれで降順に受信した信号は、信号源が第2、第3、第4の回路基板41の送信器(Tx2,Tx3,Tx4)であると識別している。Rx1,Rx2,Rx3,Rx4に関連する光受信ファイバのいずれかで受信した任意の信号の送信源は、同様の態様で識別することが可能となる。
受信した光は、PIN光検出器配列等の適当な光検出器152内に給送され、各個別光信号は導電体155を介して復号器158へ通信できる個別電気信号に変換されることになる。復号器158は、一般に受信電気信号を例えば電子回路網74(図1)が使用可能な適当な電気信号に変換するのに用いられている。
図4及び図5は、本発明の代替実施形態に係る光バックプレーン200を示している。この特定の実施形態は、一般に点から点へのグループ内同報通信或いは一斉通信接続を選択的に実行するように構成される多チャネル送信器及び受信器を備えるよう規定されている。これらの図において、電子装置206は電気回路基板215を収容した金属ケーシング209(点線で示す)を用いて形成されている。電気回路基板の前面224は、電気バックプレーン212を備え、その一方で他側の背面218は光バックプレーン200を有している。
複数の電子−光回路基板221は、回路基板の前面224に取り付けられた状態で示されている。回路基板221は、前面224から垂直に延出し、ケーシング209内で間隔を置いた関係に配設されている。電子−光回路基板221は、任意の適当な技法を用いて電気回路基板215に接続されている。図示の如く、各電子−光回路基板221は、エッジタブ230において複数の電気接点227と、これに嵌合する電気バックプレーンコネクタストリップ233を備えている。一部実施形態において、回路基板221は、光コネクタ236,239を用いて光バックプレーン200に接続されている。
回路基板221は、それぞれ、電気−光変換器/送信器242と、光−電気変換器/受信器245を備え、それらは4本の光送信ファイバ248と、4本の光受信ファイバ251を用いて、光コネクタ236に光学的に接続された状態で示されている。必要に応じて、変換器/送信器242及び変換器/受信器245は、それぞれの電気配線路257,260により従来の電子回路網254に電気的に接続されていてもよい。電子回路網254は、集積回路プロセッサ263やメモリチップ266等の装置を備えていてもよい。
図5では、4個の回路基板221にそれぞれ関連付けられたインタフェース320,323,326,329を有する光バックプレーン200が示されている。各インタフェースは、4本の光送信ファイバ272と、4本の光受信ファイバ275を有した状態で示されている。光送信ファイバ及び光受信ファイバは、回路基板221間の光相互接続を提供するものである。例えば、第1の送信器の第1の光送信ファイバは、第1の受信器(Rx1)の第1の受信部に連結して示されている。同様に、第1の送信器(Tx1)の第2、第3、第4の送信ファイバは、それぞれ第2、第3、第4の受信器(Rx2,Rx3,Rx4)の第1の受信部に連結されている。残る受信器と送信器は、同様の態様で接続して示されている。
このように、4個の回路基板の様々な送信器及び受信器を連結することにより、受信信号の起源すなわち信号源を突き止めることが可能になる。例えば、4個の回路基板221のそれぞれは、図5中でRx1,Rx2,Rx3,Rx4として識別した4個の明瞭な個別グループ分けした光受信ファイバに連結されている。Rx1上の最上部のファイバで受信した信号は、信号源が第1の回路基板221の送信器であると識別するようになっている。同様に、Rx1上に残る受信ファイバのそれぞれで昇順に受信した信号は、信号源が第2、第3、第4の回路基板221の送信器(Tx2,Tx3,Tx4)であると識別するようになっている。Rx1,Rx2,Rx3,Rx4に関連付けられた任意の受光ファイバが受信する任意の信号の送信源は、同様の態様でもって識別することが可能となる。
図5に示した相互接続設計は、点から点へのグループ内同報通信或いは一斉通信をサポートするものである。このことは、一つの単一送信チャネルや複数の送信チャネル或いは4個全てのチャネル上で選択的に送信させることで達成することができる。また、多チャネル光送信及び受信設計は、並列光モジュールとも呼ばれている。図示した相互接続設計が信号通信期間中に生ずる回線争奪問題を除去することに、さらに留意されたい。従って、電子−光回路基板221は、光バックプレーン200により光学的に、また電気バックプレーン212により電気的に相互接続することができ、様々な回路基板221間での高速データ通信が可能となる。
図6は、光バックプレーン200と複数の回路基板221に関連付けた電気−光変換器/送信器242及び光−電気変換器/受信器245との間の一般的な連結構成を示す概略図である。この図は、図4及び図5に描かれた部品を時々参照して説明することにする。
他の実施形態と同様、変換器/送信器242は、符号化器128及び関連するレーザ134を備えている。しかしながら、本実施形態では、各送信チャネルが専用の光送信ファイバを有するから、波長を変化させる必要はなくなる。他の実施形態が複数の可変波長信号を単一の信号送信ファイバへ多重することを、思い起こされたい。
作動期間中、符号化器128は、電子回路254(図4に示されている)から電気信号を受信し、これらの電気信号を変換し、それらが複数の導電体131を介して通信できるようにするものである。例えば、電気信号は4個の個別離散電気駆動信号として通信され、関連するレーザ134へ導かれるようになっている。各レーザは光ビームを生成し、この光ビームが関連する光送信ファイバ248を介して導かれるように構成されている。そして、発生した光ビームは、光コネクタ236,239を介して導かれることになる。
光コネクタ236,239を通過した後、光送信ファイバ272は光バックプレーン200へ導かれ、そこで各ファイバは複数ファイバリボンケーブルや他の適当なファイバ経路指定構成を用いて適当な受信器へ導かれることになる。例えば、光バックプレーン200において、第1の送信器(Tx1)の第1の光送信ファイバは、第1の変換器/受信器245(Rx1)の第1の受信部に連結して示されている。同様に、第2、第3、第4の変換器/送信器128(Tx2,Tx3,Tx4)の第1の光送信ファイバはそれぞれ第1の変換器/受信器245(Rx1)の第2、第3、第4の受信部に連結されている。第1の変換器/受信器245(Rx1)への4個の入力は全て、各送信器(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4)の第1のチャネルから生じている。明らかになるように、残りの受信器及び送信器の一部は省略されているが、当事者にはこれらの部品を同様に接続できることが理解されよう。
さらに、図6を参照すると、受光ファイバ275は光コネクタ236,239を介して第1の電気−光回路基板221の光−電気変換器/受信器235(Rx1)へ導かれている。4個の入力のそれぞれは、各個別光信号を個別電気信号へ変換する適当な光検出器152へ導き入れられている。一般に、これらの電気信号は、導電体155を介して復号器158へ通信されている。必要に応じて、前述(図4)の如く、復号器158は、電子回路網254により使用可能な適切な電気信号を生成することができる。
本発明の多くの実施形態では、レーザを光源として説明してきたが、これは要件ではなく、送信器ごとに唯一無二の波長を生成すべく関連するスペクトルフィルタ付きの発光ダイオード(LED)等の様々な他の様々な光源を用いることもできる。必要に応じて、特定の応用分野ごとに必要とされる如く、光波長、送信光信号、送信光信号の送信順位及び受信順位の制御のために、様々な制御システムを追加することができる。
開示した実施形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明の範囲内で様々な改変は本技術分野の当事者には明白となろう。一実施形態に関して記載した特徴が一般に他の実施形態に当てはめ得ることは理解されて然るべきである。したがって、本発明は、請求項を参照して適切に解釈されなければならない。
本発明の一実施形態に係る光バックプレーンの一部斜視図である。 図1の光バックプレーンの背面図である。 図2の光バックプレーンの多重解除装置と図1の変換器/送信器及び変換器/受信器との間の一般的な連結構造の概略図である。 本発明の代替実施形態に係る光バックプレーンの一部斜視図である。 図4の光バックプレーンの背面図である。 図5の光バックプレーンの分配装置と図4の変換器/送信器及び変換器/受信器との間の一般的な連結構造の概略図である。
符号の説明
20 光バックプレーン
23 電子−光バックプレーン
26 電子装置
29 金属ケーシング
32 電気バックプレーン
35 電気回路基板
38 背面
41 電子光回路基板
44 前面
47 電気接点
50 エッジタブ
53 電気バックプレーンコネクタストリップ
56,59 光コネクタ
62 電気−光変換器/送信器
65 光−電気変換器/受信器
68 送信ファイバ
71 4素子ファイバ配列
74 電子回路網
77,80 電気配線路
83 集積回路プロセッサ
86 メモリチップ
89 多重解除装置
92,98,104,110 受信ファイバ配列
95,101,107,113 送信ファイバ
116,119,122,125 孔対
128 符号化器
131 導電体
134 レーザ
135 光ファイバ
137 波長分割多重器
200 バックプレーン
206 電子装置
209 金属ケーシング
212 電気バックプレーン
215 電気回路基板
218 背面
221 電子−光回路基板
224 前面
227 電気接点
230 エッジタブ
233 電気バックプレーンコネクタストリップ
236,239 光コネクタ
242 変換器/送信器
245 変換器/受信器
251 光受信ファイバ
257,260 電気配線路
272 光送信ファイバ
275 光受信ファイバ
320,323,326,329 インタフェース

Claims (15)

  1. 高速通信用の光相互接続システムであって、
    光バックプレーンと、
    前記光バックプレーンに連結された複数の光回路基板と、
    前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられ、波長多重光信号を送信するように適合された少なくとも1つの光送信器と、
    それぞれ前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられた複数の光受信器と、
    前記少なくとも1つの光送信器及び前記複数の光受信器に作動的に関連付けられた少なくとも1つの多重解除装置であり、前記波長多重光信号を個別波長に多重解除し、前記多重解除光信号の各個別波長を前記複数の光受信器のうちの特定の光受信器へ選択的に導くように適合された前記多重解除装置を備えている、
    ことを特徴とするシステム。
  2. 前記少なくとも1つの光送信器は、前記複数の光回路基板の個別光回路基板にそれぞれ作動的に関連付けられた複数の光送信器を備え、前記複数の光送信器の各光送信器は、波長多重光信号を送信するよう適合されていることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記少なくとも1つの多重解除装置は、前記複数の光送信器の特定の光送信器及び前記複数の光受信器のそれぞれに、作動的に関連付けられた複数の多重解除装置を備え、前記複数の多重解除装置の前記各多重解除装置は、前記波長多重光信号を個別波長に多重解除し、該多重解除光信号の各個別波長を前記複数の光受信器の1以上の光受信器へ選択的に導くよう適合されていることを特徴とする、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記少なくとも1つの光送信器は、符号化器と少なくとも1つの光源を備え、前記少なくとも1つの符号化器は関連する光回路基板のプロセッサから電気出力信号を受信し、該電気出力信号を前記少なくとも1つの光源に個別離散波長の光信号を生成させる駆動信号へ変換するよう適合され、前記個別離散波長の前記光信号を多重化して前記波長多重光信号を形成していることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記複数の光受信器のそれぞれは、復号器と少なくとも一つの光検出器を備え、前記少なくとも一つの光検出器は送信光信号を受信し、光検出器電気信号を前記復号器へ出力し、前記復号器が前記光検出器電気信号を前記複数の光回路基板の関連する1つにより使用可能な電気信号に変換するようになっていることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  6. 光バックプレーンに連結された複数の光回路基板間での高速通信のための方法であって、
    前記光バックプレーンを介して前記回路基板を互いに光学的に連結するステップと、
    少なくとも一つの光送信器を用いて波長多重光信号を送信するステップと、
    前記波長多重光信号を個別離散波長に多重解除するステップと、
    前記多重解除した光信号の各個別離散波長を複数の光受信器のうちの特定の光受信器へ選択的に導くステップを含む、
    ことを特徴とする方法。
  7. 複数の光送信器を用いて複数の波長多重光信号を送信するステップであって、前記複数の光送信器のそれぞれが前記複数の光回路基板の個別の回路基板に作動的に関連付けられているステップと、
    前記複数の波長多重光信号を個別波長に多重解除するステップと、
    前記複数の多重解除光信号の各個別波長を1以上の複数の光受信器へ選択的に導くステップをさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 前記複数の光受信器の特定の光受信器にて、前記多重解除光信号を受信する入力チャネルに基づき、前記波長多重光信号の送信源を自動的に識別するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  9. 前記複数の光受信器の各光受信器は特定の波長の光に関連付けられており、前記少なくとも1つの光送信器の各光送信器は、前記複数の光受信器の特定の光受信器に関連する特定波長の光にて送信することにより、前記多重解除光信号を前記複数の光受信器のうちのどの光受信器に受信させるかを選択的に制御することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  10. 高速通信用の光相互接続システムであって、
    光バックプレーンと、
    前記光バックプレーンに連結された複数の光回路基板と、
    前記複数の光回路基板のうちの少なくとも1つの光回路基板に作動的に関連付けられ、関連する複数の光送信ファイバを用いて複数の光信号を送信するように適合された光送信器と、
    それぞれ前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられた複数の光受信器と、
    前記複数の光信号を前記複数の光受信器の各光受信器へ選択的に導くための光連結装置を備えている、
    ことを特徴とするシステム。
  11. それぞれ前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられており、それぞれが複数の光信号を送信するよう適合された複数の光送信器をさらに備えていることを特徴とする、請求項10に記載のシステム。
  12. それぞれが、前記光送信器のうちの特定の光送信器及び前記複数の光受信器の各光受信器に作動的に関連付けられており、前記複数の光信号を前記複数の光受信器のうちの1以上の光受信器へ導くように適合された複数の光連結装置をさらに備えていることを特徴とする、請求項11に記載のシステム。
  13. 光バックプレーンに連結された複数の光回路基板間での高速通信のための方法であって、
    前記光バックプレーンを介して前記光回路基板を互いに光学的に連結するステップと、
    関連する複数の光送信ファイバを用いて複数の光信号を送信するステップと、
    前記複数の光信号の各光信号を複数の光受信器のうちの特定の光受信器へ選択的に導くステップを含む、
    ことを特徴とする方法。
  14. 複数の光送信器を用いて複数の光信号を送信するステップであって、前記複数の光送信器の各光送信器が前記複数の光回路基板の個別光回路基板に作動的に関連付けられているステップと、
    前記複数の光信号を複数の光受信器のうちの1以上の光受信器へ選択的に導くステップをさらに含むことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
  15. 前記複数の光受信器の特定の光受信器にて、前記複数の光信号のうちの一つを受信する入力チャネル(251)に基づき、前記複数の光信号の送信源を自動的に識別するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項13に記載の方法。

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