JP2008090093A - 一心双方向光送受信トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】実装コストを低減すると共に高周波における制御特性に優れた一心双方向光送受信トランシーバを提供する。
【解決手段】ＬＤ４、ＭＰＤ１３、ＰＤ５及びプリアンプ１４と電気的に接続される複数のピン７を、光モジュール１の筐体３の１つの面に設けると共に、ＬＤドライバ１０及びポストアンプ１１と電気的に接続されるインターフェース９を、複数のピン７に対応させて回路基板７に設け、複数のピン７をインターフェース９に接続して、光送受信モジュール１を回路基板８に実装した一心双方向光送受信トランシーバ。
【選択図】図１

Description

本発明は、双方向通信を行う光伝送システムにおいて、光信号の送受信に用いる一心双方向光送受信トランシーバに関する。

双方向通信を行う光伝送システムにおいては、光送信機、光受信機及び電気信号処理回路を有する光送受信トランシーバが用いられている。光送受信トランシーバには、送信用と受信用の異なる２つの波長の光信号を一本の光ファイバを用いて双方向通信を行う一心双方向光送受信トランシーバがあり、一心双方向光送受信トランシーバにおける光送受信機として、従来は、ＢＩＤＩ（bi-directional）型と呼ばれる一心双方向光送受信モジュールが用いられてきた（非特許文献１）。

図３（ａ）は、従来のＢＩＤＩ型一心双方向光送受信モジュール（以降、ＢＩＤＩ型モジュールと呼ぶ。）の構成を示す断面図である。
ＢＩＤＩ型モジュール100は、図３（ａ）に示すように、送信用のレーザダイオード101を搭載したＴＯ（トランジスタアウトライン）−ＣＡＮ102と、受信用のフォトダイオード103を搭載したＴＯ−ＣＡＮ104とを有するものである。ＴＯ−ＣＡＮ102は、ステム108にレーザダイオード101と共にモニタ用フォトダイオード109を搭載し、レンズキャップ110で封止された１つの独立した筐体のものである。又、ＴＯ−ＣＡＮ104も、ステム111にフォトダイオード103と共に受信ＩＣ112を搭載し、レンズキャップ113で封止された１つの独立した筐体のものである。なお、ＴＯ−ＣＡＮとは、回路素子を収納する円筒状の金属筐体であり、図３（ａ）に示したＴＯ−ＣＡＮ102、104は、レンズを内蔵したものである。

これらのＴＯ−ＣＡＮ102、104は、フェルール114により光ファイバ105が取り付けられると共にＷＤＭフィルタ106が内蔵された筺体107に、調芯されて固定される。具体的には、筺体107の互いに対向する端面において、その一方側の端面にＴＯ−ＣＡＮ102が、その他方側の端面に光ファイバ105が、互いに調芯されて固定されている。又、ＴＯ−ＣＡＮ102及び光ファイバ105が固定された端面と直交する面には、ＴＯ−ＣＡＮ104が調芯されて固定されている。上記構成のＢＩＤＩ型モジュール100では、送信する光信号が実線で示した矢印方向へ伝送され、受信する光信号が破線で示した矢印方向へ伝送されており、このことにより、一本の光ファイバ105を用いて双方向通信を行うことになる。

「アクセス用光送受信モジュール」、OPTRONICS(2004) No.1、P172〜176

上述したように、ＢＩＤＩ型モジュール100は、送信用と受信用に独立した筐体からなるＴＯ−ＣＡＮ102、104を有し、ＴＯ−ＣＡＮ102、104は、ＷＤＭフィルタ106を交点として略直交する位置に離れて配置されて、固定されていた。このような配置構造の場合、各筐体の内部に配置した光素子（レーザダイオード101、フォトダイオード103）と電気的接続を行うピン115、116も、互いに直交する方向に離れて配置されることになる。従って、このようなモジュールを、電気信号処理回路を有する回路基板へ実装して、一心双方向光送受信トランシーバとして構成する際には、複雑な構造の回路基板を用意する必要があったり、自動実装に適した基板設計が困難であったり、自動実装が困難であるため、生産効率が低かったりする等、種々の問題点があった。

例えば、ＢＩＤＩ型モジュール100を実装する際には、図３（ｂ）に示すように、直角の切り欠き部分を設けた回路基板120を予め用意しておき、その切り欠き部分に、ＢＩＤＩ型モジュール100のピン115、116を当接するように配置させて、実装を行えばよいが、このような構造では、上述したように、複雑な構造の回路基板120が必要であり、又、自動実装も困難であった。又、図３（ｃ）に示すように、通常の四角形状の回路基板121を用いる場合には、別途、形状の変形が可能なフレキシブル基板122を設け、回路基板121とフレキシブル基板122を用いて、ＢＩＤＩ型モジュール100のピン115、116の実装を行えばよいが、このような構造では、複雑な構造の回路基板は不要であるが、フレキシブル基板122が必要となり、やはり、自動実装は困難であった。

又、図３（ｂ）、（ｃ）に示す構造においては、回路基板上の電気信号処理回路からＢＩＤＩ型モジュール100内の光素子までの配線長が長くなってしまい、特に、高ビットレートの光通信に適用する場合には、所望の送受信特性が得られないおそれがあった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、実装コストを低減すると共に高周波における制御特性に優れた一心双方向光送受信トランシーバを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る一心双方向光送受信トランシーバは、
１本の光ファイバにて光信号の送受信を行う一心双方向光送受信トランシーバであって、
電気信号を光信号へ変換して前記１本の光ファイバへ送信する送信素子と、前記送信素子から出力される光信号の強度を測定して電気信号に変換する測定素子と、前記１本の光ファイバから光信号を受信して電気信号に変換する受信素子と、前記受信素子から出力される電気信号を増幅する増幅素子とを、１つの筐体内に有する光送受信モジュールと、
少なくとも、前記送信素子への電気信号を制御すると共に前記測定素子からの電気信号に基づいて前記送信素子における光信号の強度を制御する駆動回路と、前記増幅素子により増幅された前記受信素子からの電気信号を更に増幅する増幅回路とを有する回路基板とを備え、
前記送信素子、前記測定素子、前記受信素子及び前記増幅素子と電気的に接続される複数の第１接続端子を、前記光送受信モジュールの筐体の１つの面に設けると共に、
前記駆動回路及び前記増幅回路と電気的に接続される複数の第２接続端子を、前記複数の第１接続端子に対応させて前記回路基板に設け、
前記第１接続端子を前記第２接続端子に接続して、前記光送受信モジュールを前記回路基板に実装したことを特徴とする。
例えば、複数の第１接続端子は、光送受信モジュールの筐体の１つの面となるステムに、全て同じ方向に向けて配置することが例示される。

上記課題を解決する第２の発明に係る一心双方向光送受信トランシーバは、
上記第１の発明に記載の一心双方向光送受信トランシーバにおいて、
複数の前記第１接続端子は、送信側と受信側の２つの群に分けて配置されたピン形状のものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る一心双方向光送受信トランシーバは、
上記第１の発明に記載の一心双方向光送受信トランシーバにおいて、
複数の前記第１接続端子は、送信側と受信側の２つの列に分けて配置されたピン形状のものであることを特徴とする。

本発明に係る一心双方向光送受信トランシーバによれば、光送受信モジュールの筐体の１つの面に複数の第１接続端子設けたので、光送受信モジュール自体の部品点数を低減すると共に、光送受信モジュールを実装する回路基板の構造も簡単にして、実装コストを低減することができる。又、回路基板〜光送受信モジュール間の配線長を短くすることができ、高ビットレートにおける送受信特性を向上させて、クロストークを低減させることができる。

又、光送受信モジュールの接続端子を、送信側、受信側に各々対応して、１列毎、或いは、１つの群毎にまとめて配置したので、光送受信モジュールを回路基板に実装する際、駆動回路、増幅回路を、回路基板の表裏又は上下（左右）に分離して配置することができ、又、駆動回路、増幅回路と光送受信モジュールとの配線距離を短くすることができ、送受信間のクロストークを大きく低減させることができる。

本発明に係る一心双方向光送受信トランシーバの実施形態について、以下の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る一心双方向光送受信トランシーバの実施形態の一例を説明する図であり、図１（ａ）は、概略構成図であり、図１（ｂ）は概略ブロック図である。
本実施例の一心双方向光送受信トランシーバ（以降、光トランシーバと略す。）は、送信用と受信用の異なる２つの波長の光信号を１本の光ファイバ２を用いて伝送するものであり、一心双方向光送受信モジュール（以降、光モジュールと略す。）１と、光モジュール１を制御する回路基板８を有するものである。

光モジュール１は、図１（ａ）に示すように、１つの筐体３から構成され、筐体３にフェルール等により光ファイバ２を接続している。筐体３の内部には、電気信号を光信号に変換して光ファイバ２へ送信するレーザダイオード４（送信素子；以降、ＬＤと略す。）と、光ファイバ２からの光信号を受信して電気信号へ変換するフォトダイオード５（受信素子；以降、ＰＤと略す。）が、波長多重分割フィルタ６（以降、フィルタと略す。）を交点として略直交する位置に配置されている。

更に、図１（ｂ）に示すように、筐体３の内部には、ＬＤ４から出力される光信号の強度を測定して電気信号に変換するモニタフォトダイオード１３（測定素子；以降、ＭＰＤと略す。）と、ＰＤ５から出力される電気信号を増幅するプリアンプ１４（増幅素子）も設けられている。これらの素子は、複数（本実施例では８本）のピン７（第１接続端子）に電気的に接続されており、ピン７を介して、回路基板８と電気的に接続されている。

なお、フィルタ６は、所謂、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）フィルタと呼ばれるものであり、波長の異なる送信光と受信光とを分離するものである。本実施例においては、ＬＤ４からの送信光はフィルタ６で反射され、図示しない集光光学系（レンズ等）を介して光ファイバ２へ導かれ、光ファイバ２からの受信光は、集光光学系で集光された後、フィルタ６を透過して、ＰＤ５へ導かれるようになっている。

回路基板８は、光モジュール１のピン７に対応した位置、形状等に形成され、複数の接続端子（第２接続端子）からなるインターフェース９を有している。この回路基板８自体の形状は、通常の四角形状のものでよく、又、インターフェース９は、光モジュール１のピン７に対応して、ピン７と接続する複数の接続端子を１箇所に集約したものである。

又、回路基板８は、ＬＤ４への電気信号を制御すると共にＭＰＤ１３からの電気信号に基づいてＬＤ４から送信される光信号の強度を制御するＬＤドライバ１０（駆動回路）と、プリアンプ１４により増幅されたＰＤ５からの電気信号を、デジタル処理可能な電圧に更に増幅するポストアンプ１１（増幅回路）とを有しており、これらの回路がインターフェース９に電気的に接続され、インターフェース９を介して、光モジュール１の各素子に電気的に接続されている。

更に、回路基板８は、外部装置と接続されるインターフェース１２を有しており、インターフェース１２を介して、外部装置からの送信データ、送信クロックを回路基板８が受信し、これらの送信データ、送信クロック等に基づいて、光モジュール１を制御すると共に、光モジュール１からの電気信号を回路基板８のポストアンプ１１で増幅した後、増幅した電気信号を受信データ、受信クロックとして、インターフェース１２を介して、外部装置に送信している。

このように、光モジュール１の接続端子７を回路基板８のインターフェース９に接続することにより、光モジュール１を回路基板８に実装しており、更に、光モジュール１を実装した回路基板８を筐体１５の内部に配置することにより、本実施例の光トランシーバを構成している。なお、筐体１５には、光ファイバ２が挿通可能な開口部が設けられると共に、外部装置からの配線等をインターフェース１２に取り付け可能な構造となっている。

ここで、光モジュール１の内部構成及びピン７の具体的な構成等を図２に示し、更に説明を行う。なお、図２（ａ）は光モジュール１の筐体内部の斜視図、（ｂ）、（ｃ）はピンの配置例、（ｄ）はＬＤ、ＭＰＤの配線例である。

図２（ａ）に示すように、筐体３の内側となるステム３ａの内面上には、直方体状のスペーサを介して、ＬＤ４、ＰＤ５が設けられると共に、ＬＤ４の近傍にＭＰＤ１３が設けられ、ＰＤ５の近傍にプリアンプ１４が設けられており、更に、図示しない支持部材を介して、フィルタ６が設けられている。ＰＤ５は、フィルタ６を間に挟んで、光ファイバ２（図示省略）の端面に対向する位置に配設されており、フィルタ６を交点として、ＰＤ５と略直交する位置にＬＤ４が配設されており、そのＬＤ４の背面側に、ＬＤ４の光信号の強度（背面光の強度）を測定するＭＰＤ１３が配設されている。

上記構成により、ＬＤ４からの信号光が、フィルタ６を反射して光ファイバ２へ送信され、又、光ファイバ２からの信号光がフィルタ６を透過してＰＤ５で受信されることになる。なお、ＬＤ４とＰＤ５等の配設位置は、逆の配置位置することも可能である。

又、ステム３ａには、ステム３ａを貫通して、複数のピン７（本実施例では８本）が設けられている。複数のピン７は、筐体３の一部（一つの面）を構成するステム３ａに全て配置されており、更に、全て同じ方向となるように形成されている。なお、ピン７とステム３ａとの隙間は、封止、絶縁されている。但し、ピン７のうち２本（Ｐ２及びＰ８）は、ステム３ａと電気的に接続されており、これらの２本のピン（Ｐ２及びＰ８）は、ケースグランドの役割も果たす。そして、ＬＤ４、ＰＤ５、ＭＰＤ１３及びプリアンプ１４から各ピン７へは、ワイヤボンディング等にて電気的に接続され、さらに、ピン７を介して、筐体３の内部のＬＤ４、ＰＤ５、ＭＰＤ１３及びプリアンプ１４が、回路基板８のＬＤドライバ１０、ポストアンプ１１へ電気的に接続されている。

複数のピン７の配置構成としては、図２（ｂ）、（ｃ）のような構成が例示される。例えば、図２（ｂ）は、図２（ａ）を参照するとわかるように、複数のピン７が、受信側のＰＤ５、プリアンプ１４と、送信側のＬＤ４、ＭＰＤ１３との２つの群に分けて、Ｐ１〜Ｐ４は受信側に、Ｐ５〜Ｐ６は送信側に配置された構成である。又、図２（ｃ）は、複数のピン７が、送信側と受信側の２つの列に分けて、一方の列を構成するＰ１〜Ｐ４は受信側として、他方の列を構成するＰ５〜Ｐ８は送信側として配置された構成である。

ここで、各ピンＰ１〜Ｐ８を説明すると、Ｐ１はＶｃｃライン（電源ライン）、Ｐ２はグランドライン、Ｐ３は受信データ出力ライン（正相）、Ｐ４は受信データ出力ライン（逆相）、Ｐ５はＬＤカソードライン、Ｐ６はＬＤアノード及びＭＰＤカソード兼用ライン、Ｐ７はＭＰＤアノードライン、Ｐ８はグランドラインとなっている。なお、Ｐ６は、図２（ｄ）に示すような接続構成により、ＬＤアノードとＭＰＤカソードとを兼用としている。

従って、上述したピン７の配置構成を用いることにより、光モジュール１の各素子から回路基板８内部の各回路との配線長を短くすることができ、特に、高周波での制御信号の制御特性を向上させることができる。又、ＬＤ４、ＰＤ５への電源ラインを共用化し、ピン７の数を減らすことも可能となり、従来のＢＩＤＩ型と比較して、部品点数の低減が可能となる。又、ピン７の数を従来と同じにする場合には、グランドラインのピンの数を増やすことにより、クロストークの低減も可能である。

更に、ピン７がステム３ａから一方向のみに延設されて配置されているため、図１（ａ）に示すように、回路基板８は単純な形状でよく、又、実装する際の作業工程も簡素化され、自動実装が可能となる。

なお、上記構成の光モジュール１において、光ファイバ２は、ＳＭＦ(Single Mode Fiber)、ＭＭＦ(Multi Mode Fiber)、ＰＯＦ(Plastic Optical Fiber)等が適用可能であり、光ファイバ２の筐体３への接続構造は、ＳＣ、ＭＵ、ＬＣ、ＭＴ等の光コネクタが適用可能である。

又、筐体３の集光光学系は、レンズ、コリメート、集光等、光の入出力ができる構造であれば、どんなものでも適用可能である。

又、回路基板８に搭載する回路としては、ＬＤ４のＬＤドライバ１０、ＰＤ５のポストアンプ１１等が適用可能であるが、これに限らず、光モジュール１の温度制御が必要であれば、温度制御回路を搭載することも可能である。

又、回路基板８としては、挿入実装、ＳＭＴ、ＭＣＭ、ＷＳＩ等、種々の実装形態が使用可能であり、又、種々材料が使用できる。

又、複数のピン７は、送信ライン、受信ライン、電源ラインを含むものであり、その構造は、電源ライン用ピンとしては、同軸型、貫通コンデンサ型等、送受信ライン用ピンとしては、同軸型、平面線路型（コプレーナ線路、マイクロストリップ線路）等、種々の実装形態が使用可能である。

又、インターフェース１２としては、光モジュール１と回路基板８との間をスルーホール実装技術や表面実装技術等により直接接続する等、種々の汎用構造が適用可能である。

又、筐体１５としては、１×９タイプ、ＳＦＦタイプ、ＧＢＩＣ、300-pin standard、Ｘ２、ＸＰＡＫ、ＸＥＮＰＡＫ等など、種々のタイプで対応可能である。

本発明に係る一心双方向光送受信トランシーバの実施形態の一例を説明する図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は概略ブロック図である。 本発明に係る一心双方向光送受信トランシーバの実施形態の一例を詳細に説明する図であり、（ａ）は筐体内部の斜視図、（ｂ）、（ｃ）はピンの配置例、（ｄ）はＬＤ、ＭＰＤの配線例である。 従来の一心双方向光送受信モジュールの構造及びそれを用いた一心双方向光送受信トランシーバを説明する図である。

符号の説明

１ 一心双方向光送受信モジュール（光モジュール）
２ 光ファイバ
３ 筐体
３ａ ステム
４ レーザダイオード（ＬＤ）
５ フォトダイオード（ＰＤ）
６ フィルタ
７ ピン
８ 回路基板
９ インターフェース
１０ 駆動回路
１１ 増幅回路
１２ インターフェース
１３ モニタフォトダイオード（ＭＰＤ）
１４ プリアンプ
１５ 筐体

Claims (3)

1. １本の光ファイバにて光信号の送受信を行う一心双方向光送受信トランシーバであって、
   電気信号を光信号へ変換して前記１本の光ファイバへ送信する送信素子と、前記送信素子から出力される光信号の強度を測定して電気信号に変換する測定素子と、前記１本の光ファイバから光信号を受信して電気信号に変換する受信素子と、前記受信素子から出力される電気信号を増幅する増幅素子とを、１つの筐体内に有する光送受信モジュールと、
   少なくとも、前記送信素子への電気信号を制御すると共に前記測定素子からの電気信号に基づいて前記送信素子における光信号の強度を制御する駆動回路と、前記増幅素子により増幅された前記受信素子からの電気信号を更に増幅する増幅回路とを有する回路基板とを備え、
   前記送信素子、前記測定素子、前記受信素子及び前記増幅素子と電気的に接続される複数の第１接続端子を、前記光送受信モジュールの筐体の１つの面に設けると共に、
   前記駆動回路及び前記増幅回路と電気的に接続される複数の第２接続端子を、前記複数の第１接続端子に対応させて前記回路基板に設け、
   前記第１接続端子を前記第２接続端子に接続して、前記光送受信モジュールを前記回路基板に実装したことを特徴とする一心双方向光送受信トランシーバ。
2. 請求項１に記載の一心双方向光送受信トランシーバにおいて、
   複数の前記第１接続端子は、送信側と受信側の２つの群に分けて配置されたピン形状のものであることを特徴とする一心双方向光送受信トランシーバ。
3. 請求項１に記載の一心双方向光送受信トランシーバにおいて、
   複数の前記第１接続端子は、送信側と受信側の２つの列に分けて配置されたピン形状のものであることを特徴とする一心双方向光送受信トランシーバ。

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