JP5081837B2 - フィードバックを制御する光受信機アセンブリ、光送受信モジュール及び光電受信パッケージ - Google Patents

フィードバックを制御する光受信機アセンブリ、光送受信モジュール及び光電受信パッケージ Download PDF

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Description

本発明は概して、光通信ネットワークにおける光信号の検出に使用される受信機に関する。詳細には、本発明は、光受信機によって受け取られる信号のフィードバックの発生を抑える光受信機のためのディスクリート・ブートストラップ構成に関する。
光ファイバおよびオプトエレクトロニクスは、ネットワーク・システムにおける様々な構成要素間の光データを効率的に、正確に、かつ迅速に伝送することを可能にする現代の光ネットワークの重要な側面である。光送受信モジュール（「送受信機」）は、光ネットワークで使用されるモジュラ構成要素の一例である。このようなモジュラ構成要素は、光ネットワークおよび他の光ファイバ・システムでは、システムを製造する費用（システムがカスタマイズされるほど増加する）を抑える目的から、望ましいものである。
送受信機は通常、入力受信用光サブアセンブリ（「ＲＯＳＡ」）および出力送信用光サブアセンブリ（「ＴＯＳＡ」）を含む。ＲＯＳＡは、光信号を検出するためのフォトダイオードまたは他の光学検出器と、光信号を他のネットワーク構成要素と互換性のある電気信号に変換するための検知回路とを含む。ＴＯＳＡは、光信号を送信するためのレーザまたは他の適切な光源を含む。また、ＴＯＳＡは、入力デジタル・データ信号によってレーザを変調するための制御回路、およびレーザ・パワーを監視するための光検出器を含むことができる。
ＴＯＳＡは、ＴＯＳＡのレーザからの光信号を光ファイバに合焦するための光学レンズを有する。同様にＲＯＳＡは、入力光信号をフォトダイオード上に合焦するためのレンズを含むことが多い。加えて、送受信機の一方の端部は、ＴＯＳＡおよびＲＯＳＡを光ファイバ・ネットワーク内の他の構成要素と光学的に接続するためのプラグ着脱可能レセプタクル、ピグテール接続部、または他の適切な手段を含み、その一方で送受信機の反対側の端部は、その送受信機の通信相手であるホスト・システムまたはデバイスの電気構成要素と接続するためのコネクタを含む。
ＲＯＳＡにおけるフォトダイオードおよびＴＯＳＡにおけるレーザは、光電半導体構成要素の例である。一般に、これらの光電半導体構成要素は、機械的および環境的な保護が求められる高感度デバイスである。そのようなものとして、これらの光電構成要素は、そのような保護を行うために、またＴＯＳＡおよびＲＯＳＡなどのより高いレベルのデバイス内に組み込みやすくなるように、通常はパッケージで製造される。
このようなパッケージ・アセンブリの１つが、トランジスタ・アウトライン・パッケージとして知られており、本明細書ではこれを「ＴＯパッケージ」と呼ぶ。ＴＯパッケージは、オプトエレクトロニクスの分野で広く使用されており、様々な用途に利用可能である。そのようなものとして、ＴＯパッケージは、送受信機などの構成要素内に組み込みやすくなるように標準化されることが多い。ＴＯパッケージは、その中に含まれる高感度電気デバイスを保護し、そのようなデバイスをプリント回路基板（「ＰＣＢ」）などの外部構成要素に電気的に接続する。
それらのパッケージの構造について、ＴＯパッケージは、ヘッダとしても知られている円筒状金属製基盤（ｂａｓｅ）を含むことが多く、いくつかの導電性リードが、その基盤を完全に通って、その基盤にほぼ垂直に延在する。基盤サイズは、特定のＴＯ標準サイズおよびリード構成内に適合するサイズであることが多く、その例としては、ＴＯ−５やＴＯ−４６が含まれる。リードは、ＴＯパッケージ内に含まれる構成要素について機械的および環境的な保護を行うために、および導電性リードを基盤の金属材料から電気的に絶縁するために、通常は基盤内に密封されている。一般に、導電性リードのうちの１つは、直接基盤に電気的に接続できる接地リードである。
フォトダイオードやレーザ・デバイスなどの様々なタイプの電気デバイスおよび光学構成要素が、動作可能となるように、基盤の内側部分上に取り付けられ、リードに接続されている。一般には、デバイスへの汚染または損傷の抑止に役立つ密封チャンバを形成するために、そのような電気デバイスが取り付けられた基盤の内側部分を、カン（ｃａｎ）としても知られているキャップを使用して囲む。ＴＯパッケージの具体的な設計は、基盤上に取り付けられている光電構成要素、およびＴＯパッケージと共に使用されることになるモジュラ構成要素によって決まる。例えば、基盤上に取り付けられている光電構成要素が、光学構成要素すなわちレーザまたはフォトダイオードである適用例では、キャップは、光学構成要素によって生成されたり受け取られたりする光学信号をＴＯパッケージとの間で伝送できるように、少なくとも部分的に透過的である。これらの光学ＴＯカン・パッケージは、ウィンドウ・カンとしても知られている。
上述のように、光受信機は、具体的には、光信号を受け取って変換する目的で作られている。光受信機は一般に、入射光信号のパワーの変化に応答して電流または電圧を生成することが可能なある種の検出器を含む。光ファイバ受信機が、光ファイバを介して受け取った光信号を電気信号に変換すると、光受信機は、その電気信号を増幅し、電気デジタル・データ・ストリームに変換する。
光受信機において検出器として使用されている一般的なデバイスの１つは、フォトダイオードである。フォトダイオードは、入射光に応答して電流を生成することによって機能する。入射光の光パワーにより、フォトダイオード内を流れる電流が決定される。実際には、光信号は、光ファイバによって運ばれるデジタル・データに対応する電流をフォトダイオード内に生成する。
フォトダイオードや他の光学検出器を格納するＴＯパッケージなどのパッケージでは、それらの有用性にもかかわらず、性能に関連する問題に悩まされることがある。それらの問題の１つは、信号フィードバックである。光受信パッケージの場合、先に説明したように、フィードバックは、フォトダイオードによって受け取られた光信号から変換される電気信号の増幅の結果である。この増幅は、トランスインピーダンス増幅器などの信号増幅器によって行われ、その増幅器によってもたらされる出力信号の増幅は、変換されたフォトダイオード信号の元の強さに比べて大きい可能性があり、一定の量のフィードバックを引き起こす可能性がある。さらには、フォトダイオードによって変換された信号は、１０ＧＨｚ以上の高周波数信号であることが多く、さらにフィードバックを引き起こす可能性がある。
したがって、大きな信号増幅は、増幅信号の高周波数とあいまって、フォトダイオードおよび増幅器が内部に見受けられるシステム内にフィードバックをもたらす傾向がある信号を生成する。このフィードバックは、ヘッダ面、電源および接地の接続部、ボンド・ワイヤなどを含む様々な構造を介して増幅器入力へ逆流する増幅器接地からの信号の一部として示される。このようなフィードバックは、意図されていないものであり、パッケージの性能、例えば周波数応答の点で大きな制限を生じさせる可能性がある。もしもフィードバックが最低レベルを超えれば、振動が起きる可能性があり、これは、パッケージのあらゆる機能性を破壊し、その部品を廃棄する必要が生じるため、望ましくない。
上記の観点で、デバイスの動作を最適化するためには、フォトダイオードを格納する光電パッケージなど、光受信システムにおけるフィードバックを制御する必要がある。いかなる解決法も、デバイスの精巧さや複雑さを実質的に増大させない形で、かつ信号品位を落とさない形で実施されるべきである。
本発明は、当技術分野における上述および他の必要性に応えて開発されてきた。簡潔に要約すると、本発明の実施形態は、アセンブリによって変換される電気信号内にフィードバックが取り込まれるのを回避するように構成された光受信機アセンブリを対象にしている。一実施形態では、コンデンサと、コンデンサ上に設けられ、電源が供給される光検出器と、基準面の上面電極に設けられた増幅器とを含む光受信機アセンブリを開示する。この光受信機アセンブリは、基準面とコンデンサとの間に介在するアイソレータをさらに含む。このアイソレータは、基準面の一部に設けられた誘電材料の底面層と、増幅器の接地およびコンデンサの双方と電気的に接続された金属上面プレートとを含む。この構成は、増幅器接地に存在しているフィードバック信号を、フォトダイオードを介して増幅器入力に伝送すべく、フォトダイオードおよびコンデンサの上面電極を介して増幅器接地を増幅器入力と接続する電気経路を構成する（「ブートストラップ」と呼ぶことがある）。その結果、回路内のフィードバック信号が打ち消される。
一実施形態における上述した光受信機アセンブリの構成は、アセンブリの回路内に一般に存在し得る寄生キャパシタンスおよびインダクタンスをさらに抑える。
一実施形態における光受信機アセンブリは、例えば、光送受信モジュール内で使用するための光サブアセンブリ内に格納されている光電パッケージの部分を形成する。そのようなものとして、光受信機は、光通信ネットワークの不可欠な部分を形成することが可能である。
本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の説明および添付の特許請求の範囲から、より完全に明らかになり、または以下に記載されている本発明の実施形態によって理解することができる。
本発明の上述ならびに他の利点および特徴をさらに明確にするために、本発明のさらに詳細な説明を、添付の図面に示すその具体的な実施形態を参照することによって提供することにする。添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を限定するものとみなすべきでないことを理解されたい。添付の図面を使用することによって、本発明をさらに具体的および詳細に記載し説明する。
図を参照するが、これらの図では、同様の構造に同様の参照表示が与えられている。これらの図は、本発明の例示的な実施形態を図解してその概略を示したものであり、本発明を限定するものではなく、また必ずしも正確な縮尺で描かれていないことを理解されたい。
図１〜５は、本発明の実施形態の様々な特徴を示している。本発明は概して、アセンブリによって変換される電気信号内にフィードバックが取り込まれることを回避するように構成されている光受信機アセンブリを対象にしている。光受信機アセンブリにおける信号フィードバックの抑制または除去により、例えば、通信ネットワーク内で使用するためにアセンブリを最適化すること、および許容可能な信号品位を保証することが可能になる。光受信機アセンブリの実施形態は光送受信モジュール用の光サブアセンブリの１つの構成要素を形成するＴＯパッケージなどの光電パッケージに含めることが可能である。そのようなモジュールは、光ファイバ技術を利用する光通信ネットワークを用いてコンピュータやルータなどの電子デバイスどうしをインターフェース接続することの中核をなす。加えて、フィードバックを抑制する光受信機アセンブリは、必要に応じて、他の動作環境にも使用可能である。
上述のように、本明細書に記載の光受信機アセンブリの例示的な実施形態は、光送受信モジュール（「送受信機」）のための受信用光サブアセンブリ（「ＲＯＳＡ」）の光電パッケージ内で具体化される。ＲＯＳＡ、および送受信機の送信用光サブアセンブリ（「ＴＯＳＡ」）は、送受信機に動作可能に接続されているホスト・システムとの間における光信号の受信および送信を可能にするための様々な構成要素を含む。ホスト・システムは、例えば光通信ネットワークにおけるノードとして含まれ、光信号を介してネットワークの他の構成要素と通信する際に送受信機を使用することが可能である。しかし、本発明の実施形態に関する以降の説明については、それらの実施形態が、光受信機に関するフィードバックを制御することに関連している場合、本発明をそのような実施形態だけに限定するものと解釈すべきでないことに留意されたい。実際、本発明の原理は、他の構成にも利用される光受信機にまで広げることが可能である。
まず図１を参照すると、図１は、一実施形態において通信ネットワーク（図示せず）に動作可能に接続されている外部ホストと接続して光信号を送信および受信する際に使用するための光送受信モジュール（「送受信機」）の斜視図を示しており、その光送受信モジュールの全体が、１００として示されている。図示されているように、図１に示されている送受信機は、受信用光サブアセンブリ（「ＲＯＳＡ」）２０として実装されている光受信機と、送信用光サブアセンブリ（「ＴＯＳＡ」）１０と、電気的インターフェース３０と、様々な電子構成要素４０と、プリント回路基板５０とを含む様々な構成要素を含む。詳細には、２つの電気的インターフェース３０が、送受信機１００内に含まれており、それらの１つずつを使用して、ＲＯＳＡ２０およびＴＯＳＡ１０を、ＰＣＢ５０上に位置する複数の導電パッドに電気的に接続している。電子構成要素４０も、ＰＣＢ５０に動作可能に取り付けられている。エッジ・コネクタ６０は、ＰＣＢ５０の端部上に位置しており、送受信機１００がホスト（ここには図示せず）と電気的にインターフェース接続することを可能にする。そのようなものとして、ＰＣＢ５０は、ＴＯＳＡ１０／ＲＯＳＡ２０とホストとの間における電気的な接続を容易にする。加えて、送受信機１００の上述の構成要素は、格納部分７０内に部分的に格納されている。図示していないが、外郭構造部が格納部分７０と協働して、送受信機１００の構成要素に対するカバー部を画定する。
図２は、本発明の実施形態を実装するための図１の例示的な環境に関するさらなる詳細を示している。詳細には、図２は、図１に示されているＲＯＳＡ２０およびＰＣＢ５０の電子構成要素４０内に見られる構成要素を含む光ファイバ受信機１０１をブロック形態で示している。受信機１０１は、光ファイバ１０２を介して、データを含む光信号（「光」）１０３を受け取る。光信号を変換するためのフォトダイオード１０４や他の光学デバイスが、その光信号を受け取り、電流として表される電気信号１０６に変換する。トランスインピーダンス増幅器（「ＴＩＡ」）１０８は、電気信号１０６を増幅して、増幅電気信号１１０を生成する。ＴＩＡ１０８は、広いダイナミック・レンジを有し、この広いダイナミック・レンジは、低パワーの信号を増幅する能力をほとんど損なわずに、大きなパワーの信号を増幅することが可能である。次いで増幅電気信号１１０は、ポスト増幅器１１２によって増幅されるか、またはクロックおよびデータ復元回路などの別の集積回路によって操作される。ポスト増幅器１１４の出力１１４は、変換モジュール１１６によって解釈され、電気デジタル信号１１８に変換される。次いでデジタル信号１１８は、ホストによって使用されるために送受信機の他の構成要素を介してホストに送られる。
次に図３を参照して、本発明の例示的な実施形態に関する詳細を説明する。詳細には、図３は、全体が１５０として示されている光受信パッケージの一部を示している。パッケージ１５０は、ＴＯパッケージであり、パッケージ１５０の他の構成要素を内部に備えた密封環境を形成するために、キャップ（図示せず）と嵌め合うように構成されている基盤１５２を含む。様々なリード１５４Ａ〜Ｄが、パッケージ構成要素と、パッケージ１５０の外側に位置付けられているデバイスとの間の電気的通信を可能にするために、基盤のガラス・シール１５６を通って延在する。ガラス・シールは、密封パッケージ環境の電気的短絡または汚染を抑止するために、リード１５４Ａ〜Ｄを環境的および電気的の双方に絶縁する。基準面１５８は、基盤上に含まれ、様々なパッケージ構成要素を取り付けるために、プラットフォームとして働く。キャップが基盤１５２上に設置された場合、基準面１５８およびその上に取り付けられたあらゆる構成要素は、パッケージ１５０の密封環境内に含まれる。基盤１５２は、金属物質から構成され、リード（図示せず）を介して接地されており、それにより、基準面は、パッケージ１５０の様々な構成要素について接地面として働く。
パッケージ１５０は、本発明の一実施形態により構成されている光受信機アセンブリをさらに含み、その全体が２００として示されている。アセンブリ２００は一般に、フォトダイオード（「ＰＤ」）２０２などの光検出器、およびトランスインピーダンス増幅器（「ＴＩＡ」）２０４などの信号増幅器を含む。一実施形態におけるＰＤ２０２は、アバランシェ・フォトダイオードであり、パッケージ１５０内に位置付けられて、図２に一般的に示されている形で入射光を光ファイバから受け取り、その光を電気信号に変換する。ＴＩＡ２０４は、ＰＤ２０２に動作可能に接続されており、図２に示されているように、ＰＤによって生成された電気信号を受け取り、その信号を増幅してから他の送受信構成要素に送る。
詳細には、ＴＩＡ２０４は、様々な他のパッケージ構成要素とＴＩＡの相互接続を可能にするための様々なボンド・パッド２０６を含む。ボンド・パッド２０６Ａの１つを利用して、ボンド・ワイヤ２０８を介してＰＤ２０２の上面２０２Ａ上で対応するボンド・パッドと電気的に接続する。この構成に加えて、他の代替構成を利用して、ＰＤ２０２とＴＩＡ２０４とを共に電気的に接続することが可能である。
コンデンサ２１０がパッケージ１５０内に含まれて、ＰＤ２０２によって生成される電気信号内へのノイズ注入を抑制する。図３に示すように、ＰＤ２０２はコンデンサ２１０の表面に取り付けられている。そのようなものとして、ＰＤ２０２の底面電極２０２Ｂが、コンデンサ２１０の上面を画定する電極２１０Ａと電気的に接続され、それにより、ＰＤとコンデンサとが共に電気的に接続される。コンデンサ２１０の底面が、コンデンサ２１０の底面電極２１０Ｂを画定し、その電極は、アイソレータ２５０の上面プレート２５４と電気的に接続されている。本実施形態では、コンデンサ２１０は、単一層コンデンサであるが、他の実施形態では、他の適切なコンデンサのタイプも利用可能である。
電源が、ＰＤ２０２およびＴＩＡ２０４の双方に、それらの機能性を可能にするために供給される。具体的には、リード１５４Ａが、ＰＤ２０２およびコンデンサ２１２Ａの電極２１０Ａの双方にボンド・ワイヤ２１４Ａを介して電源を供給し、そのコンデンサは、基盤１５２の基準面１５８上に位置付けられている。コンデンサの第２電極は、コンデンサの下側表面上にあり、その表面は、基準面１５８と接触し、基準面１５８と電気的に接続している。具体的には、ボンド・ワイヤ２１４Ａの１つは、コンデンサ２１２Ａと、ＰＤ２０２がその上に位置付けられているコンデンサ２１０の上面電極２１０Ａとに接合され、それらの間に延在する。このようにして、電力信号が、ボンド・ワイヤ２１４Ａを介してＰＤ２０２の底面電極２０２Ｂと、コンデンサ２１０の上面電極２１０Ａの双方とに供給される。加えて、コンデンサ２１２Ａは、コンデンサ２１２Ａの底面電極と基準面１５８との接続と共に、リード１５４Ａから延在しているボンド・ワイヤ２１４Ａによっても電源を供給される。
同様に、リード１５４Ｂは、ボンド・ワイヤ２１４Ｂを介して、ＴＩＡ２０４、および基準面１５８上に位置付けられている介在コンデンサ２１２Ｂの上面部分に電源を供給する。具体的には、ボンド・ワイヤ２１４Ｂの１つが、コンデンサ２１２Ｂの上面電極と、ＴＩＡ２０４のボンド・パッド２０６の１つとに接合され、それらの間に延在し、２つの付加的ボンド・ワイヤ２１４Ｂが、コンデンサ上面とリード１５４Ｂとの間に延在する。コンデンサの底面上に含まれるコンデンサ２１２Ｂの底面電極が、基準面１５８と電気的に接続されている。このようにして、電力信号が、ボンド・ワイヤ２１４Ｂを介してＴＩＡ２０４と、コンデンサ２１２Ｂの上面電極とに供給される。コンデンサ２１２Ａは、上述の本実施形態に使用され、それにより、その上面電極上に存在しているいずれの時間変動電圧も当該電極を介して基準面１５８に供給されるようになる。
既に述べたように、ＰＤ２０２は、それによって受け取られる光信号を示す電気信号を供給し、その電気信号を増幅のためのＴＩＡ２０４に送る。増幅されると、電気信号は、差分信号として、それぞれのボンド・ワイヤ２１６を介してパッケージのリード１５４Ｃおよび１５４Ｄに送られる。リード１５４Ｃおよび１５４Ｄは、ホストや他の適切な移動先に送られる前にさらに処理するため、図２に示すポスト増幅器１１２など、送受信機の他の構成要素に差分電気信号を伝達するように構成されている。ＴＩＡ２０４は、複数のボンド・ワイヤ２１８をさらに含む。これら各ワイヤは、ＴＩＡの一部について接地経路を形成するために、様々なボンド・パッド２０６から基準面１５８に延在する。
一実施形態によれば、パッケージ１５０の光受信アセンブリ２００は、コンデンサ２１０がその上に取り付けられているアイソレータ２５０をさらに含む。アイソレータ２５０は、同様に、パッケージ１５２の基準面１５８に取り付けられている。詳細には、アイソレータ２５０は、一実施形態では、１０未満の誘電率を有し、適切な気体放出特性を有する低誘電材料（すなわち、この材料は、光学受信機の動作に干渉する可能性がある気体を動作中に放出しない）から構成されている底面層２５２を含む。アイソレータ２５０は、底面層に嵌合され、任意の適切な金属などの導電性材料から構成されている上面プレート２５４をさらに含む。実際には、一実施形態では、底面層２５２は、酸化アルミニウム、すなわち、アルミナから構成されているが、上面プレート２５４は金である。アイソレータ底面層が構成可能である代替の材料は、溶融シリカおよび窒化アルミニウムを含む。しかし、アイソレータ構成要素の組成における変形形態は、本明細書に記載の要件に従って可能である。
より詳細には、アイソレータ２５０の底面層２５２は、パッケージ基盤１５２の基準面１５８に取り付けられている。同様に、コンデンサ２１０の底面電極２１０Ｂは、アイソレータの上面プレート２５４に取り付けられており、ＰＤ２０２の底面電極２０２Ｂはコンデンサに取り付けられている。加えて、ボンド・ワイヤ２５６は、ＴＩＡ２０４の接地ボンド・パッド２０６Ｂから上面プレート２５４に延在し、それにより、ＴＩＡ接地をアイソレータ上面プレートと電気的に接続するとともに、ＴＩＡ接地をコンデンサ２１０と接続しているＰＤ電源と接続する。このアイソレータ構成により、光受信機アセンブリ２００内に存在し得るフィードバックが効率的に打ち消される。
各ボンド・ワイヤ２５６は、ＴＩＡ２０４とアイソレータ２５０との間で非平行方向に延在することに留意されたい。これは、ボンド・ワイヤ２５６間の相互カップリングの抑止に役立ち、それは、同様に、望ましくない回路インダクタンスを抑制する。
次に、図３に示すように構成された光受信機アセンブリおよびパッケージの様々な構成要素および特徴を示す回路３００を含む図４を参照する。図示されているように、ＰＤ２０２、ＴＩＡ２０４、およびコンデンサ２１０は、互いの電気的関係を示している。ＴＩＡ２０４は、図３におけるＴＩＡボンド・パッド２０６に対応する２０４Ａと示す信号入力と、ＴＩＡボンド・パッド２０６Ｂに対応する２０４Ｂと示す接地とを含む。ＰＤ２０２に接続されている電源Ｖｐｄが示されている。光受信機アセンブリ構成のアーチファクトを示す残留キャパシタンスを差分電気信号と関連して３０２と示しており、その信号は、ＴＩＡ２０４によって放出され、ボンド・ワイヤ２１６ならびにリード１５４Ｃ，１５４Ｄ（図４参照）を介して伝送される。寄生キャパシタンス３０４もまた示されている。キャパシタンス３０２，３０４は、システム内に存在している漏れキャパシタンス、すなわち図３に示す光受信機アセンブリ２００のパッケージ基盤１５２の基準面１５８と構成要素との間に生じる非意図的キャパシタンスを示している。
様々な意図せぬインダクタンス３０６が図４に示されており、その各々は、図３の光受信機アセンブリ２００内に存在している様々なボンド・ワイヤ内に存在する固有インダクタンスを示している。ＰＤ２０２およびＴＩＡ２０４の間に存在する寄生インダクタンス３０８も示している。本発明の実施形態に照らして、光受信機アセンブリ２００のフィードバックを最小限に抑え、そのアセンブリの性能を最適化するために、寄生キャパシタンス３０４および寄生インダクタンス３０８の広がりを最小限に抑えることが望ましい。
引き続き、図３および４を参照すると、本発明の実施形態は、図３に示す光受信機アセンブリ２００によって生成され、処理される電気信号におけるフィードバックの存在を制御するための能力を特徴とする。光受信機アセンブリ２００の動作中、ＴＩＡ２０４のボンド・パッド２０６Ｃを介して出力され、リード１５４Ｃ，１５４Ｄを介して伝送するための増幅電気信号に関連する外部信号は、ＴＩＡ接地に対するＴＩＡのボンド・パッド２０６Ａの電圧として規定されるＴＩＡ入力に、パッケージ１５０内の様々な経路またはそのパッケージの構成要素を通じて伝えられる可能性があるので望ましくない。このような外部信号を伝える可能性のある経路および構成要素は、ＴＩＡ２０４の内部の接地経路、パッケージ基盤１５２の基準面１５８、電源コンデンサ２１２Ａ，２１２Ｂなどを含む。
この外部信号汚染は、システム配置およびＴＩＡ信号の高周波数および増幅強度によって、一部分において生じる。この外部信号が取り込まれると、ＴＩＡ内部接地に対するボンド・パッド２０６ＡにおいてＴＩＡ入力にネット信号、すなわちフィードバック信号が結果的に生じる。上述したように、この種のフィードバックは、光受信機アセンブリの動作を阻害し、そのアセンブリが生成する望ましい電気信号を妨害する可能性がある。
より詳細には、ＴＩＡ接地はそれ自体、ＴＩＡ接地の高導電性、短い長さ、および低経路インダクタンスのために、ＴＩＡボンド・パッド２０６ＣにおけるＴＩＡ出力からボンド・パッド２０６ＡにおけるＴＩＡ入力にフィードバック信号を逆流させるための効率的な経路を備える。２つの差動ＴＩＡ出力ボンド・パッド２０６Ｃに存在している負荷、またはＴＩＡ出力信号それら自体の不均衡により、ＴＩＡ接地において誘発されるネット信号が結果的に生じることになる。この種のＴＩＡ接地信号は、ボンド・パッド２０６ＡにおけるＴＩＡ入力に高効率で逆接続される。言い換えれば、ＴＩＡ入力信号は、ＴＩＡ接地に対して解釈されるので、ボンド・パッド２０６ＡにおけるＴＩＡ入力に対してＴＩＡ接地上に存在しているいずれの信号も、まるでその信号がＴＩＡ入力上に直接存在しているかのように同じ重要性を持つことになる。したがって、ＴＩＡ接地上に存在しているいずれのフィードバック信号も、補償されない場合には、ボンド・パッド２０６ＡにおけるＴＩＡ入力において受け取られる意図的信号を干渉することになる。ＴＩＡ入力上のＴＩＡ接地信号の効果を打ち消すためには、本発明の実施形態により、効率的な形で、ＴＩＡ接地信号をＴＩＡ入力ボンド・パッド２０６Ａそれ自体と逆接続することが望ましい。
図３および４に示す光受信機アセンブリ構成は、「ブートストラップ」電気経路構成の使用によって、この種の信号フィードバックを制御するように構成されており、それにより、ＴＩＡ２０４の接地がＰＤ２０２の接地、および最終的には、ＴＩＡ入力２０６Ａと電気的に接続されることになる。このブートストラップ経路は、内側ＴＩＡ接地と接続されているＴＩＡのボンド・パッド２０６Ｂによって図３に規定され、ボンド・ワイヤ２５６を介してアイソレータ２５０の上面プレート２５４と電気的に接続されている。アイソレータ底面層２５２により、このＴＩＡ接地が基準面１５８と電気的に接続されることが抑止されることに留意されたい。上述したように、アイソレータ上面プレート２５４は、同様に、ＰＤ２０２と接続されているコンデンサ２１０と電気的に接続されている。また、上述のように、ＰＤ２０２に電力を与えるための電源が、ボンド・ワイヤ２１４Ａを介して提供され、そのワイヤの１つが、コンデンサ２１０の上面電極２１０Ａと接続されている。
上述の構成により、パッケージ基盤基準面１５８とは独立した電気ブートストラップ経路がＴＩＡ接地からＰＤ接地まで設けられる。他の意味では、図４に示すように、ＴＩＡ接地２０４Ｂは、コンデンサ２１０を介して電源Ｖｐｄと接続されており、さらにＰＤ２０２を介してＴＩＡ接地２０４ＢとＴＩＡ入力２０４Ａとの間の接続を可能にする。なお、ブートストラップ構成は、本明細書に説明する構成の機能性を保持する他の構成要素および接続を介しても達成可能であることに留意されたい。
上述のブートストラップ構成により、上述のフィードバックについて明らかになり、光受信機アセンブリ２００によって生成され、増幅され、送られる増幅電気信号の品位が落ちることが抑止される。具体的には、上述のようにＴＩＡ接地によって不本意に得られるいずれの外部フィードバック信号も、上述のブートストラップ構成により、アイソレータ２５０の上面プレート２５４に取り付けられているコンデンサ２１０の底面に効率的に伝送される。このコンデンサ２１０は対象の周波数で大きなインピーダンスを持たないので、外部信号はコンデンサを通過し、ＰＤ２０２に到達する。次いで、外部信号は、光信号を受け取る間に、ＰＤによって典型的に生成される望ましい電気信号と共に、ＴＩＡ入力ボンド・パッド２０６Ａに、ＰＤ２０２によって送られる。したがって、ＴＩＡ接地に存在しているいずれの外部フィードバック信号も、ブートストラップ構成によってＴＩＡ入力に送られる。ＴＩＡ入力および接地の双方での外部フィードバック信号の存在により、その信号は、ＴＩＡ入力ストリームから効率的に打ち消される。これにより、ＴＩＡ２０４によって増幅され、送られるべき望ましい信号だけが残される。
アイソレータにより、ＰＤ２０２が接地源として基準面１５８と電気的に接続することが抑止されるとき、上述の打ち消し効果は、アイソレータ２５０の配置と共に、上述のブートストラップ構成によって可能となる。むしろ、ＰＤ２０２は、上述したように、ブートストラップ構成により、ＴＩＡ接地と電気的に接続される。また、アイソレータ２５０と共に、ブートストラップ構成は、それらの相互設計により、図４に示すようなアセンブリの寄生インダクタンス３０８および寄生キャパシタンス３０４を抑制し、またはなくすことができるので、有利である。同様に、これにより、コンデンサ２１０を介して２０６ＡにおけるＴＩＡ入力への２０６ＢにおけるＴＩＡ接地と、ＰＤ２０２との間を、信号が妨げられずに移動することが可能になる。その結果、外部フィードバック信号の打ち消し効果が生じることが可能になるので望ましい。
図５は、上述のフィードバック打ち消し効果の有益な結果を明らかにするモデル化された結果を示すグラフであり、グラフ５０２Ａ，５０２Ｂは、それぞれ、増幅器２０４から、増幅器の正および負の入力に逆移動する信号出力の量を示し、グラフ５０４は、増幅器によって受け取られ、増幅されるこれらの２つの移動信号の組合せを示している。グラフ５０４は、増幅フィードバックすなわちゲイン量が、通常起こるフィードバック量を下回っており望ましいことを示している。
アイソレータ２５０の特定の特徴は、その望ましい性能を行うように構成可能である。したがって、例えば、アイソレータ２５０の底面層２５２の上面の面積サイズ、誘電率、および厚さは、アイソレータの性能がそのキャパシタンスに反比例し、同様に、上面の面積サイズおよびその誘電率の双方に比例し、その厚さに反比例するという事実を踏まえると、上面プレート２５４について十分な絶縁を行うために、必要に応じて変更可能である。
上述したブートストラップ構成は、光受信機アセンブリにおけるフィードバックを制御することを考慮して、ＴＩＡ２０４などの増幅器の接地を、基準面とは独立した増幅器の入力と電気的に接続するための一つの例示的手段を開示している。しかし、上述のように、これらの構造は、この種の電気的接続についての一例の手段に過ぎない。実際には、他の構造および構成要素も、本明細書に述べたものと同じ機能性を達成するために実装可能である。したがって、上述の開示を、本発明の限定とみなすべきではない。
本発明は、その思想または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施可能である。上記実施形態は、全て例示的とみなされるべきであり、制限的とみなされるべきでない。したがって、本発明の範囲を、上述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示している。特許請求の範囲の等価の意味および範囲内に入るすべての変形形態は、その範囲内に包含される。
本発明を実施可能な一つの例示的実施形態としての光送受信モジュールの斜視図。 本発明の一実施形態によるＴＩＡインターフェースへのフォトダイオードを含む光受信機の簡略ブロック図。 一実施形態による光受信機アセンブリを含む光電パッケージの基盤部分の斜視図。 図３に示す光受信機アセンブリの様々な電気的態様を示す回路図。 本発明の一実施形態による光受信機アセンブリの動作に関連する様々なパラメータを示すグラフ。

Claims (20)

  1. フィードバックを制御する光受信機アセンブリであって、
    接地された基準面と、
    コンデンサと、
    前記コンデンサ上に設けられた光検出器であって、前記コンデンサの上面電極が、前記光検出器の底面電極と電気的に接続されている、光検出器と、
    前記基準面上に設けられ、前記光検出器によって生成された電気信号を受け取って増幅する増幅器と、
    前記基準面と前記コンデンサとの間に介在するように前記基準面に取り付けられたアイソレータであって、前記基準面の一部に取り付けられた誘電性底面層と、前記増幅器の接地用端子および前記コンデンサの底面電極の双方と電気的に接続された導電性金属上面プレートとを含む、前記アイソレータとを備え、
    前記アイソレータの前記誘電性底面層により前記増幅器の前記接地用端子と前記基準面との電気的接続を抑止するとともに、前記増幅器の前記接地用端子が、前記アイソレータの前記導電性金属上面プレートと前記コンデンサと前記光検出器とを介して、前記増幅器の入力用端子と電気的に接続されている、光受信機アセンブリ。
  2. 前記アイソレータの前記導電性金属上面プレート及び前記コンデンサを介して、前記増幅器の前記接地用端子に存在しているフィードバックを前記光検出器に伝送する、請求項１に記載の光受信機アセンブリ。
  3. 前記フィードバックの少なくとも一部が前記光受信機アセンブリから実質的に打ち消されるように、前記アイソレータの前記導電性金属上面プレートと前記コンデンサと前記光検出器とを介して、前記増幅器の前記入力用端子に前記フィードバックを伝送する、請求項２に記載の光受信機アセンブリ。
  4. 前記光検出器がアバランシェ・フォトダイオードである、請求項１に記載の光受信機アセンブリ。
  5. 前記基準面が光受信機パッケージの基盤の接地面である、請求項１に記載の光受信機アセンブリ。
  6. 前記アイソレータは、接地された前記基準面から前記光検出器を容量的に絶縁する、請求項５に記載の光受信機アセンブリ。
  7. 前記アイソレータは、前記光受信機アセンブリにおける寄生キャパシタンスおよび寄生インダクタンスを抑制する、請求項１に記載の光受信機アセンブリ。
  8. 光送受信モジュールであって、
    格納部分と、
    前記格納部分内に少なくとも部分的に含まれるプリント回路基板と、
    前記プリント回路基板と電気的に接続された送信用光サブアセンブリと、
    光受信パッケージを含み、前記プリント回路基板と電気的に接続された受信用光サブアセンブリと、
    を備え、前記光受信パッケージは、
    接地基準面を画定するパッケージ基盤と、
    光信号を受け取って電気信号に変換するように構成されたフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの第１電極と電気的に接続された第１電極を有するコンデンサと、
    前記フォトダイオードによって生成された電気信号を増幅するトランスインピーダンス増幅器であって、前記接地基準面上に設けられ、前記フォトダイオードの第２電極と電気的に接続されて前記フォトダイオードから前記電気信号を受け取る入力用端子を含むトランスインピーダンス増幅器と、
    アイソレータであって、
    前記接地基準面上に設けられた誘電材料層と、
    前記誘電材料層の上に位置し、前記コンデンサの第２電極に取り付けられた導電性金属層であって、前記トランスインピーダンス増幅器の接地用端子および前記コンデンサの前記第２電極の双方と電気的に接続された導電性金属層と、
    を含む、前記アイソレータとを備え、
    前記アイソレータの前記誘電材料層により前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子と前記接地基準面との電気的接続を抑止するとともに、前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子が、前記アイソレータの前記導電性金属層と前記コンデンサと前記フォトダイオードとを介して、前記トランスインピーダンス増幅器の前記入力用端子と電気的に接続されている、
    光送受信モジュール。
  9. 前記アイソレータの前記導電性金属層は、前記導電性金属層から前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子であるボンド・パッドまで延在する少なくとも１つのワイヤ・ボンドを介して前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子と電気的に接続されている、請求項８に記載の光送受信モジュール。
  10. 前記導電性金属層と前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子として機能する複数のボンド・パッドとの間で第１および第２のワイヤ・ボンドが非平行方向に延在する、請求項９に記載の光送受信モジュール。
  11. 前記コンデンサの前記第１電極を介して前記フォトダイオードに電源が供給される、請求項８に記載の光送受信モジュール。
  12. 前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子が、前記導電性金属層および前記コンデンサを介して前記電源と電気的に接続されている、請求項８に記載の光送受信モジュール。
  13. 光電受信パッケージであって、
    接地基準面を画定するパッケージ基盤と、
    第１のコンデンサに設けられ、光信号を受け取って電気信号に変換するように構成されたフォトダイオードであって、前記第１のコンデンサの第１電極が前記フォトダイオードの第１電極と電気的に接続されている、フォトダイオードと、
    前記フォトダイオードによって生成された電気信号を増幅するトランスインピーダンス増幅器であって、前記接地基準面上に設けられ、前記電気信号を受け取るべく前記フォトダイオードの第２電極と電気的に接続された入力用端子を含むトランスインピーダンス増幅器と、
    アイソレータであって、
    前記接地基準面上に設けられた誘電材料の底面層と、
    前記底面層上の導電性金属層であって、前記第１のコンデンサの第２電極に接続され、少なくとも１つのボンド・ワイヤを介して前記トランスインピーダンス増幅器の接地用端子と電気的に接続される導電性金属層と、
    を含むアイソレータとを備え、
    前記アイソレータの前記底面層により前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子と前記接地基準面との電気的接続を抑止するとともに、前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子が、前記アイソレータの前記導電性金属層と前記コンデンサと前記フォトダイオードとを介して、前記トランスインピーダンス増幅器の前記入力用端子と電気的に接続されている、
    光電受信パッケージ。
  14. 前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子と前記トランスインピーダンス増幅器の前記入力用端子との間に、前記アイソレータの前記導電性金属層と前記第１のコンデンサと前記フォトダイオードとを介した電気経路が確立されている、請求項１３に記載の光電受信パッケージ。
  15. 前記電気経路は、前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子に存在しているフィードバック信号を前記トランスインピーダンス増幅器の前記入力用端子に伝送する経路を提供することにより前記フィードバック信号の少なくとも一部を打ち消す、請求項１４に記載の光電受信パッケージ。
  16. 前記アイソレータの前記底面層により前記電気経路は前記接地基準面から容量的に絶縁されている、請求項１５に記載の光電受信パッケージ。
  17. 前記アイソレータおよび前記トランスインピーダンス増幅器は、各々前記アイソレータの前記導電性金属層と前記トランスインピーダンス増幅器の前記接地用端子として機能する複数のボンド・パッドとの間に延在する２つのボンド・ワイヤを介して電気的に接続され、前記２つのボンド・ワイヤは、互いに非平行な関係で位置している、請求項１６に記載の光電受信パッケージ。
  18. 前記フォトダイオードの電源が、前記パッケージ基盤のリードによって供給され、かつ前記第１のコンデンサの前記第１電極に与えられ、前記リードと前記第１のコンデンサとの間にデカップリング容量が介在する、請求項１７に記載の光電受信パッケージ。
  19. 前記光電受信パッケージが光送受信モジュール内に含まれる、請求項１８に記載の光電受信パッケージ。
  20. 前記光送受信モジュールが、少なくとも１０ＧＨｚの割合で光信号を受け取るように構成されている、請求項１９に記載の光電受信パッケージ。
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