JP2016119375A - 光電変換モジュール及びアクティブ光ケーブル - Google Patents
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Abstract
【課題】電気信号の伝送ロスを発生させることなくＥＭＩ対策を施した光電変換モジュール及びアクティブ光ケーブルを提供する。【解決手段】光電変換モジュール１０は、基板１２と、基板１２に実装された光電変換部品１８、２０と、基板１２の上に形成され、光電変換部品１８、２０と電気的に接続されている配線パターン１６と、光電変換部品１８、２０を覆うシールドカバー２８と、配線パターン１６のうち光電変換部品１８、２０に電源を供給する電源ライン１６ａに、直列に挿入された第１フィルタ２２と、を備える。【選択図】図３
Description
本発明は、光電変換モジュール及びアクティブ光ケーブルに関する。
機器間で伝送される信号の高速化の要求に伴い、ノイズや消費電力の問題がある電気信号による伝送から、光信号による伝送が増加している。また、光信号により伝送されるデータ量の増加に伴い、同一のクラッド内に複数のコアを備えた光ファイバであるマルチコアファイバが光通信線路として用いられてきている。さらに、光信号と電気信号との変換を高速に行うべく、マルチコアファイバの端部と光結合するレーザーダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子に関する技術開発も活発に行われている。
特許文献１に開示されている光電変換モジュールは、裏面に電極端子を有するＦＰＣ基板と、ＦＰＣ基板の表面に実装されたミラー部材と、該ミラー部材のミラー面に対向するように配置された４本のコアを有する光ファイバと、ミラー面を介して光ファイバと光学的に結合するようにＦＰＣ基板の裏面に実装された光電変換アレイ素子と、アレイ素子を駆動するＩＣチップとを備えている。
光信号は電磁波等の影響を受けることはないので、外部からの電気的ノイズ（以下、単に「ノイズ」と称する）に対して通信の品質が影響を受けることはほとんどない。しかし、光信号を光電変換して得られた電気信号、又は、光信号に光電変換する前の電気信号についてはノイズの影響を受けやすいため、電磁妨害（ＥＭＩ）対策が求められる。しかし、特許文献１の光電変換モジュールは、ＥＭＩ対策はなされていない。
ＥＭＩ対策が施された光電変換モジュールの例として、特許文献２に開示されている光受信モジュールが挙げられる。この光受信モジュールは、光ファイバから出射された光信号を電気信号に変換する受光デバイスと、受光デバイスの出力に接続され、増幅部とトランスインピーダンスとで構成された前置増幅器、抵抗とコンデンサとで構成されたローパスフィルタと、主増幅器とを有している。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）により、光信号から変換された電気信号に重畳されている高調波ノイズ成分を取り除いている。これによりＥＭＩ対策を行っている。
しかし、特許文献２の光受信モジュールにおいて、ＬＰＦは光信号が受光デバイスで光電変換された後の電気信号の信号ラインの途中に挿入されている。このように信号を高速で伝送する信号ライン内にＬＰＦを挿入すると、電気信号の伝送のロスが発生してしまうという問題が生じる。また、伝送速度帯域が１００Ｇｂｐｓのような広帯域伝送においては、ノイズ除去可能なフィルタが存在しない。
上記問題に鑑み、本発明は、電気信号の伝送ロスを発生させることなくＥＭＩ対策を施した光電変換モジュール及びアクティブ光ケーブルを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る光電変換モジュールの特徴構成は、基板と、前記基板に実装された光電変換部品と、前記基板の上に形成され、前記光電変換部品と電気的に接続されている配線パターンと、前記光電変換部品を覆うシールドカバーと、前記配線パターンのうち前記光電変換部品に電源を供給する電源ラインに、直列に挿入された第１フィルタと、を備えている点にある。
一般に、アクティブ光ケーブルにおいて電磁妨害（ＥＭＩ）が発生する要因の１つは、電源ラインや接地ラインのノイズが信号ラインに乗ったり、信号ラインの高調波ノイズが電源ラインや接地ラインに乗ることである。そのため、このような特徴構成とすれば、電源ライン上のノイズが第１フィルタにより除去されて信号ラインに乗ることを抑制することができる。また、信号ラインから電源ラインに乗った高調波ノイズを、電源ライン上に挿入した第１フィルタにより除去することができる。
また、本発明に係る光電変化モジュールにおいて、前記第１フィルタは前記シールドカバーで覆われていると好適である。
このような構成とすれば、シールドカバーの内側で放射されたノイズがシールドカバーの外側に漏れることなく電源ラインに乗るので、第１フィルタによりこれらのノイズを除去することができる。さらに、シールドカバーの外側で電源ラインにつながるラインに乗ったノイズも第１フィルタで除去されるので、ノイズが信号ラインに乗ることがなく、光電変換部品にノイズの影響が及ぶのを抑制することができる
また、本発明に係る光電変化モジュールにおいて、前記配線パターンのうち前記光電変換部品を接地する接地ラインに、直列に挿入された第２フィルタをさらに備えると好適である。
このような構成とすれば、電源ライン上のノイズだけでなく、接地ライン上のノイズが第２フィルタにより除去されて信号ラインに乗ることを抑制することができる。また、信号ラインから接地ラインに乗った高調波ノイズを、接地ライン上に挿入した第２フィルタにより除去することができる。
また、本発明に係る光電変化モジュールにおいて、前記第２フィルタは前記シールドカバーで覆われていると好適である。
このような構成とすれば、シールドカバーの内側で放射されたノイズがシールドカバーの外側に漏れることなく接地ラインに乗るので、第２フィルタによりこれらのノイズを除去することができる。さらに、シールドカバーの外側で接地ラインにつながるラインに乗ったノイズも第２フィルタで除去されるので、ノイズが信号ラインに乗ることがなく、光電変化部品にノイズの影響が及ぶのを抑制することができる。
本発明に係るアクティブ光ケーブルの特徴構成は、光ファイバの少なくとも一方の端部と光結合するように上記いずれかの光電変換モジュールが接続された点にある。
このような特徴構成であれば、信号の伝送ロスを発生させることなく、信号ラインや電源ライン、接地ラインに乗ったノイズを効果的に除去することができる。
以下、本発明の実施形態に係る光送信器１０、光受信器３０、及び、アクティブ光ケーブル１について、図面を用いて詳細に説明する。光送信器１０と光受信器３０は、光電変換モジュールの一例である。
図１に示すように、アクティブ光ケーブル１は、４本のコアが１つに束ねられた４芯マルチモードの光ファイバアレイ５０の一方の端部に光送信器１０が接続され、他方の端部に光受信器３０が接続されて構成されている。光送信器１０と光受信器３０の光ファイバアレイ５０と反対側の端部には、不図示の機器と電気的に接続される電極端子１４、３４がそれぞれ形成されている。なお、光ファイバアレイ５０は光ファイバの一例である。
図２に示すように、光送信器１０には、樹脂等の絶縁体からなる基板１２の上に銅等の導電性の金属からなる複数の電極端子１４がエッチング等の公知の方法により形成されている。また、基板１２の上には、電気信号を光信号に変換するレーザーダイオード（ＬＤ）が４個内蔵されたＬＤアレイ１８とＬＤアレイ１８を駆動するドライバ２０が実装されている。光ファイバアレイ５０の４本のコアの一方の端部は、ＬＤアレイ１８と光学的に結合している。
ＬＤアレイ１８とドライバ２０との間、及び、ドライバ２０と各電極端子１４との間は、エッチング等の公知方法により基板１２の上に形成された導電性の金属からなる配線パターン１６によって電気的に接続されている。なお、ＬＤアレイ１８とドライバ２０は光電変換部品の一例である。本実施形態においては、ＬＤアレイ１８とドライバ２０は別部品であるが、１つのパッケージ内に両方の部品が内蔵されたものであってもよい。
基板１２上には、光ファイバアレイ５０が実装されている。光ファイバアレイ５０の先端はコアが露出しており、ファイバ保持部材２６により各コアが平行になるように固定されている。
図２、図３に示すように、基板１２のＬＤアレイ１８やドライバ２０が実装された側の面は、鉄等の金属からなるシールドカバー２８により覆われている。シールドカバー２８は接着等の公知の方法により基板１２に固定されている。シールドカバー２８により、外部からのノイズがＬＤアレイ１８とドライバ２０に悪影響を与えたり、シールドカバー２８の内部で発生したノイズが外部に放射されるのを抑制することができる。
光送信器１０においては、配線パターン１６のうち、ドライバ２０に電源を供給する電源ライン１６ａに直列に第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２が挿入されている。第１ＬＰＦ２２はシールドカバー２８で覆われる範囲内に実装されている。なお、第１ＬＰＦ２２は第１フィルタの一例である。
また、光送信器１０においては、配線パターン１６のうち、ドライバ２０を接地する接地ライン１６ｂに直列に第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４が挿入されている。第２ＬＰＦ２４もシールドカバー２８で覆われる範囲内に実装されている。第１ＬＰＦ２２と第２ＬＰＦ２４の構造は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、第２ＬＰＦ２４は第２フィルタの一例である。
図４は、光受信器３０の概略構成を表す平面図を示す。光受信器３０の構成は光送信器１０と類似している。光受信器３０には、樹脂等の絶縁体からなる基板３２の上に銅等の導電性の金属からなる複数の電極端子３４がエッチング等の公知の方法により形成されている。また、基板３２の上には、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）が４個内蔵されたＰＤアレイ３８とＰＤアレイ３８から出力された電気信号を増幅するアンプ４０が実装されている。光ファイバアレイ５０の４本のコアの他方の端部は、ＰＤアレイ３８と光学的に結合している。
ＰＤアレイ３８とアンプ４０との間、及び、アンプ４０と各電極端子３４との間は、エッチング等の公知方法により基板３２の上に形成された導電性の金属からなる配線パターン３６によって電気的に接続されている。なお、ＰＤアレイ３８とアンプ４０は光電変換部品の一例である。本実施形態においては、ＰＤアレイ３８とアンプ４０は別部品であるが、１つのパッケージ内に両方の部品が内蔵されたものであってもよい。
基板３２上には、光ファイバアレイ５０が実装されている。光ファイバアレイ５０の先端はコアが露出しており、ファイバ保持部材２６により各コアが平行になるように固定されている。
基板３２のＰＤアレイ３８やアンプ４０が実装された側の面は、鉄等の金属からなるシールドカバー２８により覆われている。シールドカバー２８は接着等の公知の方法により基板３２に固定されている。
光受信器３０においては、配線パターン３６のうち、アンプ４０に電源を供給する電源ライン３６ａに直列に第３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２が挿入されている。第３ＬＰＦ４２はシールドカバー２８で覆われる範囲内に実装されている。なお、第３ＬＰＦ４２は第１フィルタの一例である。
また、光受信器３０においては、配線パターン３６のうち、アンプ４０を接地する接地ライン３６ｂに直列に第４ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４４が挿入されている。第４ＬＰＦ４４もシールドカバー２８で覆われる範囲内に実装されている。第３ＬＰＦ４２と第４ＬＰＦ４４の構造は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、第４ＬＰＦ４４は第２フィルタの一例である。
一般に、アクティブ光ケーブル１において電磁妨害（ＥＭＩ）が発生する要因の１つは、電源ライン１６ａ、３６ａや接地ライン１６ｂ、３６ｂのノイズが信号ラインに乗ったり、信号ラインの高調波ノイズが電源ライン１６ａ、３６ａや接地ライン１６ｂ、３６ｂに乗ることである。そこで、本実施形態の光送信器１０のように第１ＬＰＦ２２と第２ＬＰＦ２４を電源ライン１６ａと接地ライン１６ｂとにそれぞれ挿入すると共に、光受信器３０のように第３ＬＰＦ４２と第４ＬＰＦ４４を電源ライン３６ａと接地ライン３６ｂとにそれぞれ挿入する。これにより、電源ライン１６ａ、３６ａや接地ライン１６ｂ、３６ｂ上のノイズが第１ＬＰＦ２２、第２ＬＰＦ２４、第３ＬＰＦ４２及び第４ＬＰＦ４４によって除去されて信号ラインに乗ることが抑制される。また、信号ラインから電源ライン１６ａ、３６ａや接地ライン１６ｂ、３６ｂに乗った高調波ノイズも、第１ＬＰＦ２２、第２ＬＰＦ２４、第３ＬＰＦ４２及び第４ＬＰＦ４４により除去される。
また、第１ＬＰＦ２２、第２ＬＰＦ２４、第３ＬＰＦ４２及び第４ＬＰＦ４４をシールドカバー２８の内側に実装することで、シールドカバー２８の内側で放射されたノイズがシールドカバー２８の外側に漏れることなく電源ライン１６ａ、３６ａや接地ライン１６ｂ、３６ｂに乗るので、第１ＬＰＦ２２、第２ＬＰＦ２４、第３ＬＰＦ４２及び第４ＬＰＦ４４によりこれらのノイズは除去される。さらに、シールドカバー２８の外側で電源ライン１６ａ、３６ａや接地ライン１６ｂ、３６ｂにつながるラインに乗ったノイズも第１ＬＰＦ２２、第２ＬＰＦ２４、第３ＬＰＦ４２及び第４ＬＰＦ４４で除去されるので、ノイズが信号ラインに乗ることがなく、ドライバ２０、ＬＤアレイ１８、アンプ４０及びＰＤアレイ３８にノイズの影響が及ぶことが抑制される。
このような光送信器１０と光受信器３０とが接続されたアクティブ光ケーブル１においては、信号の伝送ロスを発生させることなく、信号ラインや電源ライン１６ａ、３６ａ、接地ライン１６ｂ、３６ｂに乗ったノイズを効果的に除去することができる。
本実施形態において、第１ＬＰＦ２２、第２ＬＰＦ２４、第３ＬＰＦ４２及び第４ＬＰＦ４４としてローパスフィルタを用いたがこれに限られるものではない。ローパスフィルタに代えて、バンドパスフィルタを用いてもよい。
本実施形態においては、光送信器１０と光受信器３０の両方にローパスフィルタを挿入したがこれに限られるものではない。光送信器１０及び光受信器３０の何れか一方だけにローパスフィルタを挿入してもよい。
本実施形態においては、電源ライン１６ａ、３６ａと接地ライン１６ｂ、３６ｂの両方にローパスフィルタを挿入したがこれに限られるものではない。電源ライン１６ａ、３６ａと接地ライン１６ｂ、３６ｂの何れか一方だけにローパスフィルタを挿入してもよい。また、光送信器１０に第１ＬＰＦ２２を挿入し、光受信器３０に第４ＬＰＦ４４を挿入する構成でもよいし、光送信器１０に第２ＬＰＦ２４を挿入し、光受信器３０に第３ＬＰＦ４２を挿入する構成でもよい。
本発明は、光電変換モジュール及びアクティブ光ケーブルに利用することが可能である。
１ アクティブ光ケーブル
１０ 光送信器（光電変換モジュール）
１２、３２ 基板
１６、３６ 配線パターン
１６ａ、３６ａ 電源ライン
１６ｂ、３６ｂ 接地ライン
１８ ＬＤアレイ（光電変換部品）
２０ ドライバ（光電変換部品）
２２ 第１ローパスフィルタ（第１フィルタ）
２４ 第２ローパスフィルタ（第２フィルタ）
２８ シールドカバー
３０ 光受信器（光電変換モジュール）
３８ ＰＤアレイ（光電変換部品）
４０ アンプ（光電変換部品）
４２ 第３ローパスフィルタ（第１フィルタ）
４４ 第４ローパスフィルタ（第２フィルタ）
５０ 光ファイバアレイ（光ファイバ）
１０ 光送信器（光電変換モジュール）
１２、３２ 基板
１６、３６ 配線パターン
１６ａ、３６ａ 電源ライン
１６ｂ、３６ｂ 接地ライン
１８ ＬＤアレイ（光電変換部品）
２０ ドライバ（光電変換部品）
２２ 第１ローパスフィルタ（第１フィルタ）
２４ 第２ローパスフィルタ（第２フィルタ）
２８ シールドカバー
３０ 光受信器（光電変換モジュール）
３８ ＰＤアレイ（光電変換部品）
４０ アンプ（光電変換部品）
４２ 第３ローパスフィルタ（第１フィルタ）
４４ 第４ローパスフィルタ（第２フィルタ）
５０ 光ファイバアレイ（光ファイバ）
Claims (5)
- 基板と、
前記基板に実装された光電変換部品と、
前記基板の上に形成され、前記光電変換部品と電気的に接続されている配線パターンと、
前記光電変換部品を覆うシールドカバーと、
前記配線パターンのうち前記光電変換部品に電源を供給する電源ラインに、直列に挿入された第１フィルタと、を備える光電変換モジュール。 - 前記第１フィルタは前記シールドカバーで覆われている、請求項１に記載の光電変換モジュール。
- 前記配線パターンのうち前記光電変換部品を接地する接地ラインに、直列に挿入された第２フィルタをさらに備える、請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。
- 前記第２フィルタは前記シールドカバーで覆われている、請求項３に記載の光電変換モジュール。
- 光ファイバの少なくとも一方の端部と光結合するように請求項１〜４の何れか一項に記載の光電変換モジュールが接続された、アクティブ光ケーブル。
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