JPH05335617A

JPH05335617A - 光伝送モジュール

Info

Publication number: JPH05335617A
Application number: JP13534292A
Authority: JP
Inventors: Kohei Ishizuka; 幸平石塚; Masaya Nakada; 雅也中田; Akihisa Azumaguchi; 晃久東口; Noriki Takeda; 准樹武田; Hironori Irie; 裕紀入江; Atsushi Miura; 篤三浦; Tamio Takeuchi; 民雄竹内; Tsutomu Kono; 勉河野; Akisada Moriguchi; 明定森口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1993-12-17
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: US5479288A; DE4307239C2; JP2986613B2; DE4307239A1

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で低雑音な光伝送装置を提供する。【構成】フォトダイオードと前記フォトダイオードと第
１の光ファイバとの結合部を気密封止した受光素子モジ
ュール２０１と、電気信号により駆動されるレーザダイ
オードと前記レーザダイオードと前記第２の光ファイバ
との結合部を気密封止した発光素子モジュール２０３
と、送信系と受信系の電気回路を電気的に分離して両面
に実装した両面プリント基板４０１とを、モ−ルド４０
２、４０３によって一体化して封止し、ケ−ス４０５、
４０９に収容した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光伝送を行う伝送装置
に関し、特に、伝送装置において光送信および光受信を
担うモジュ−ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の進展により通信ネッ
トワークの充実は、非常に重要なものになってきてい
る。

【０００３】そこで、たとえばＮＴＴ技術ジャーナル
（１９９２．１）「伝送路網の構築と運用性向上に寄与
するシステムの開発動向」等にも述べられている、ＣＣ
ＩＴＴ勧告に準拠したネットワーク・ノードインタフェ
ース（ＮＮＩ）を有する新しい同期端局装置により構成
される、１５６Ｍｂ／ｓ×ｎの光伝送パスを主体とした
新ディジタルハイアラーキ網よりなるＳＤＨ伝送システ
ム等が導入されつつある。

【０００４】ところで、このようなシステムにおいて用
いられる各伝送装置は、図１６に示すように、複数の低
速信号を高速の信号にまとめる「多重化機能」や、多重
化された信号を分離・集束する「クロスコネクト（回線
パスの編集）機能」や、既存低速インタフェースとＳＤ
Ｈインタフェース間での「信号変換機能」等を有するこ
とが必要である。そして、このような「多重化機能」、
「クロスコネクト（回線パスの編集）機能」、「信号変
換機能」の実現のために、各伝送装置は、電気ー光変換
処理を含む送信処理を行う送信回路と、光ー電気変換処
理を含む受信処理を行う受信回路とを備える必要があ
る。

【０００５】そこで、このような送信回路をモジュール
化した送信モジュールと、これとは独立に受信回路をモ
ジュール化した受信モジュールが、従来より、伝送ノー
ドに用いられていた。

【０００６】なお、この種の光伝送モジュールに関連す
る技術としては、たとえば、特開昭５９ー１８０５１４
号公報記載の技術が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
は、集積化の困難性や送信回路から受信回路への信号の
漏れ込み防止等の観点より、送信回路と受信回路を別々
のモジュールとして構成していた。

【０００８】しかし、送信モジュールと受信モジュール
とを独立に構成すると、多くの光伝送パスを収容する伝
送装置においては装置規模が増大してしまう。

【０００９】そこで、本発明は、小型化に適し、かつ、
送信回路から受信回路への信号の漏れ込みを低減できる
構成によって、送信回路と受信回路とを一体としてモジ
ュール化した光伝送モジュールを提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的達成のために、
本発明は、受信用光ファイバより受信した光信号を受信
データに変換して出力し、入力された送信データを光信
号に変換して送信用光ファイバに出力する光伝送モジュ
ールであって、イ）光電変換素子と前記光電変換素子
と前記第１の光ファイバとの結合部を気密封止した受光
素子モジュールと、ロ）電気信号により駆動される発
光素子と前記発光素子と前記第２の光ファイバとの結合
部を気密封止した発光素子モジュールと、ハ）前記入
力する送信データの値に応じて前記発光素子を駆動する
送信回路と、前記光電変換素子が変換した電気信号より
受信データを再生し出力する受信回路とを電気的に分離
して両面に実装した両面プリント基板と、ニ）前記受
光素子モジュールと発光素子モジュールと前記両面基板
とを、一体化して封止したモールドとを有することを特
徴とする光伝送モジュールを提供する。

【００１１】

【作用】本発明に係る光伝送モジュールによれば、光電
変換素子と前記光電変換素子と前記第１の光ファイバと
の結合部と、発光素子と前記発光素子と前記第２の光フ
ァイバとの結合部とを、それぞれ気密封止してモジュー
ル化し、送信回路と受信回路とを電気的に分離して両面
プリント基板の両面に実装し、前記モールドによて、前
記受光素子モジュールと発光素子モジュールと前記両面
基板とを一体化した。

【００１２】これにより、小型であって、かつ、送信系
と受信系との間信号の漏れ込みを防止できる光伝送モジ
ュールを提供することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る光伝送モジュールの実施
例を説明する。

【００１４】前述したような伝送装置は、一般に、筐体
中に複数のプリント基板を横並びに収容した、いわゆる
架構造によって構成される。

【００１５】本実施例に係る光伝送モジュールは、光ー
電気変換処理を含む処理を行う受信回路と電気ー光変換
処理を含む処理を行う送信回路とを単一モジュールとし
てモジュール化したものであり、伝送装置を構成するプ
リント基板上に実装する。

【００１６】そこで、まず、光伝送モジュールのプリン
ト基板への実装例を図１に示す。

【００１７】図示した例は、プリント基板１０４に、光
伝送モジュールを４ヶ実装したものである。

【００１８】図中、１０１は光伝送モジュール、１０２
は送信用光ファイバ、１０３は光コネクタ、１０５はコ
ネクタ、１０６は受信用光ファイバである。また、送信
用光ファイバ１０２はシングルモードファイバを用い、
受信用光ファイバ１０６はシングルモードファイバ、も
しくは、マルチモードファイバを用いる。また、光伝送
モジュール１０１には、プリント基板上の配線が接続し
ており、これらを介して、装置内他部との間の、送信デ
ータの入力や受信データの出力等を電気信号を用いて行
う。本実施例に係る光伝送モジュ−ルが扱うデータの伝
送レ−トとしては、５２Ｍｂ／ｓと１５６Ｍｂ／ｓを想
定する。

【００１９】さて、このように、プリント基板に実装さ
れた各光伝送モジュール１０１には、送信用と受信用の
２本の光ファイバ１０２、１０６が接続されており、光
ファイバ１０２の他端には光コネクタ１０３を取り付け
てられている。

【００２０】プリント基板のコネクタ１０５は、電源を
含む電気信号の架のバックボードとの接続用のコネクタ
であるが、光コネクタ１０３用のスペ−スおよび挿入孔
が特に設けられている。光コネクタ１０３は、この挿入
孔よりプリント基板のコネクタ１０４中に挿入され、固
定されており、架のバックボードの対応個所に設けられ
ている光コネクタと接続される。このように、本実施例
においては、プリント基板のコネクタ１０５は、光コネ
クタ１０３のガイドとしての役割をも果たしている。こ
のピッグテール方式を用いることによりプリント基板上
の実装密度を上げることができる。

【００２１】なお、図１には、光伝送モジュール１０１
を４ヶ実装したものを示したが、装置の要求に応じて、
各プリント基板に許容される温度条件を満足できる範囲
で、１つのプリント基板上に実装する光伝送モジュール
の個数を、さらに増加するようにしてもよい。

【００２２】次に、各光伝送モジュールの外部入出力信
号の一覧を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】なお、表１中の、「送信部」の「光出力」
は送信用光ファイバ１０２への光信号出力を示し、「受
信部」の「光入力」は受信用光ファイバ１０６よりの光
信号の入力を示す。この２つの光信号の以外の入出力信
号は全て、電気信号である。たとえば、「送信部」の
「データ入力」は電気信号として入力される、送信用光
ファイバ１０２より送信すべきデータを、「受信部」の
「データ出力」は、電気信号に変換された、受信用光フ
ァイバ１０６より受信したデータの出力を示す。また、
「送信部」の「光出力断制御」は、「データ入力」の有
無にかかわらずに、送信用伝送路である光ファイバへの
光出力を強制的に無とするように指示する入力信号であ
る。また、「送信部」の「アラーム出力」は、送信用光
ファイバ１０２への光信号の出力のために、電気ー光変
換を行うレーザダイオードの光出力電力等より異常を検
出し、検出した異常の状態を出力する信号である。ま
た、「受信部」の「アラーム出力」は、受信用光ファイ
バ１０６よりの光入力が無くなったことを検出し、アラ
ームを出力するものである。

【００２５】なお、これらのインタフェースに、さらに
細分化した監視信号を付加するようにしてもよい。ま
た、逆に、監視信号の一部もしくは全部を省き光伝送モ
ジュールの回路構成を簡素化するようにしてもよい。

【００２６】次に、本実施例に係る光伝送モジュール１
０１の構造を図２に示す。

【００２７】図２に示すように、光伝送モジュールは、
ケース（Ａ）４０５、ケース（Ｂ）４０９、モールド
（Ａ）４０２、モールド（Ｂ）４０３、発光素子モジュ
ール２０１、受光素子モジュール２０２、回路基板４０
１、シールドケース（Ａ）４１１、シールドケース
（Ｂ）４０７を有している。

【００２８】発光素子モジュール２０１、受光素子モジ
ュール２０２、回路基板４０１は、モールド（Ａ）４０
２、モールド（Ｂ）４０３に挾持される。モールド
（Ｂ）は、モールド（Ａ）４０２に取付けられる。モー
ルド（Ａ）４０２は、ケース（Ａ）４０５、ケース
（Ｂ）に収容される。

【００２９】以下に、この構造の詳細を述べる。

【００３０】発光素子モジュール２０１、受光素子モジ
ュール２０２は、成形加工されたモールド（Ａ）４０２
およびモールド（Ｂ）４０３で保持固定される。すなわ
ち、小型化のために発光素子モジュール２０１、受光素
子モジュール２０２をモールド（Ａ）４０２およびモー
ルド（Ｂ）４０３で同時に固定できる構造としている。
またモールド（Ａ）４０２およびモールド（Ｂ）４０３
は絶縁体であって、発光素子モジュール２０１、受光素
子モジュール２０２の各々のケース間を絶縁する構造に
なっており、これによりケース間でのクロストークの発
生を防止している。また、このような構造を取ることに
より発光素子モジュール２０１、受光素子モジュール２
０２を、回路基板４０１と熱的にも分離させることがで
きる。なお、モールド（Ａ）４０２およびモールド
（Ｂ）４０３は、発光素子モジュール２０１、受光素子
モジュール２０２の外形に合わせて作成しているので、
発光素子モジュール２０１、受光素子モジュール２０２
の回転や抜けが起こることはない。

【００３１】また、図示するように、モールド（Ａ）４
０２は、発光素子モジュール２０１、受光素子モジュー
ル２０２の保持部と、回路基板４０１の保持部が一体化
した構造となっている。これにより光伝送モジュール１
０１の機械的強度を高めることができ、かつ、発光素子
モジュール２０１、受光素子モジュール２０２の保持部
と回路基板４０１との位置ずれを防止することができ
る。さて、モールド（Ａ）４０２は、回路基板４０１を
モジュール高さ８ｍｍのほぼ中央の位置に保持する。と
ころで、後述するように、回路基板には両面実装で電子
部品を実装する。そこで、モールド（Ａ）４０２の中央
部は、回路基板４０１に実装した部品が接触しないよう
に切り抜いている。また、回路基板４０１には、回路基
板に垂直にリ−ド端子４０４が両側に２列取付けられて
おり、モールド（Ａ）４０２には回路基板４０１のリー
ド端子４０４を挿入する穴が設けられている。また、モ
ールド（Ａ）４０２とモールド（Ｂ）４０３の嵌合の具
合を良くするために各々の部分の端は溝構造となってい
る。

【００３２】ここで、本実施例では、発光素子モジュー
ル２０１と回路基板４０１はフレキシブル基板４１０に
て接続する。このように、フレキシブル基板４１０を用
いることで、実装を容易にすると共に光伝送モジュール
を小型化することができる。

【００３３】受光素子モジュール２０２は、回路基板４
０１に半田付けによって直接接続する。また、この受光
素子モジュール２０２と回路基板４０１間はシールドケ
ース（Ｂ）４０７によって下方よりシ−ルドする。な
お、モールド（Ａ）４０２の受光素子モジュール２０２
側には、シールドケース（Ｂ）４０７を固定するための
突出ピンを設けてあり、この突出ピンを熱硬化させるこ
とによりシールドケース（Ｂ）を固定する。また、図
中、基板押さえ４０８はモールド（Ａ）４０２に保持さ
れた回路基板４０１を上より押さえ固定するものであ
り、回路基板４０１の四つの角を１部品で同時に押さえ
る。また、基板押さえ４０８は、回路基板４０１に実装
した部品が接触しないように中央部は切り抜かれてお
り、かつ、発光素子モジュール２０１、受光素子モジュ
ール２０２側の一辺は切り落されている。すなわち、基
板押さえ４０８は、「コ」の字型をしている。ところ
で、シールドケース（Ａ）４１１、シールドケース
（Ｂ）４０７は外来雑音の最も影響を受けやすい前置増
幅器（後に示す図３、符号２１５）の部分のシールドケ
ースである。シールドケース（Ａ）４１１は、回路基板
４０１に設けられたＧＮＤに接続するスルーホールにシ
ールドケース（Ａ）４１１の突出部を挿入することで位
置を固定し回路基板４０１に取り付ける。シールドケー
ス（Ａ）４１１は、この他に、２ヶ所で回路基板４０１
のＧＮＤパターンに半田付けする。

【００３４】さて、モールド（Ａ）４０２は、回路基板
４０１を搭載した後にケース（Ａ）４０５に組み込む。
ケース（Ａ）４０５には回路基板４０１のＧＮＤとの接
続のために切り起こし部が作られている。また、嵌合の
具合を良くするためにモールド（Ａ）４０２とケース
（Ａ）４０５の間には溝が設けられている。またサラネ
ジ４０６を固定するためのスタッドが挿入されるように
モールド（Ａ）４０２には円筒状の穴が設けられてい
る。これらの溝と穴を用いてモールド（Ａ）４０２とケ
ース（Ａ）４０５は固定される。なお、モールド（Ａ）
４０２のリード端子４０４の取りだし穴部は、ケース
（Ａ）４０５から僅かにはみ出でるようになっており、
光伝送モジュール１０１をプリント基板１０４に実装す
る場合、リード端子４０４の半田付けで半田がケース
（Ａ）４０５に付着することのないようにしている。

【００３５】モールド（Ａ）４０２をケース（Ａ）４０
５に組み込んだ後、ケース（Ｂ）４０９は、ケース
（Ａ）４０５に取り付けられラネジ４０６で固定され
る。ケース（Ｂ）４０９の側面には、風通し用の穴を開
け、対流による熱の放出を図っている。

【００３６】なお、モールド（Ａ）４０２、モールド
（Ｂ）４０３、基板押さえ４０８は機械的強度を上げる
ことと量産性を高めるために、ガラスファイバを含んだ
樹脂によって製作する。

【００３７】ここで、図３に光伝送モジュールの外形を
示すように、ピンの間隔は２．５４ｍｍの倍数となって
おり、インチ格子上にスルーホールの形成されるプリン
ト基板１０４に実装が可能な配置となっている。ピンの
長さは３．５ｍｍ±０．５ｍｍであり１．６ｍｍ厚のプ
リント基板に実装した際切断しなくて良い寸法となって
いる。この光伝送モジュールの回路基板を格納したケー
スの容積は１０ｃｃである。モジュールの高さは最大で
も８．５ｍｍであり、隣接して挿入されるプリント基板
に接触することはない。

【００３８】また、表２に、ピン配置を示すように、送
信系と受信系の用いるピンの配置は完全に分離し、プリ
ント基板１０４のパターン作成が容易となるようにして
いる。

【００３９】

【表２】

【００４０】なお、図３、表２は、光伝送モジュールで
光ー電気変換に用いる受光素子としてフォトダイオード
を用いた場合の構成である。しかし受光素子としてアバ
ランシェフォトダイオードを用いるようにしてもい。

【００４１】し受光素子としてアバランシェフォトダイ
オードを用いた場合の、光伝送モジュールの外形を図４
に、ピン配置を表３に示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】図示するように、受光素子として、アバラ
ンシェフォトダイオードを用いた場合でもケースの容積
は２０ｃｃで実現できる。

【００４４】次に、光伝送モジュール１０１の回路構成
を図５に示す。

【００４５】図示するように、光伝送モジュール１０１
の回路構成は、電気入力信号を光信号に変換して出力す
る送信回路と、光入力信号を受け電気信号に変換して出
力する受信回路に大別することができる。また、送信回
路と受信回路は、各々独立に動作する。

【００４６】さて、送信回路は、電流信号を光信号に変
換して送信用光ファイバ１０２に出力するレーザダイオ
ード（以下、「ＬＤ」と記す２０６と、ＬＤ２０６の光
出力電力をモニタして出力するモニタフォトダイオード
（以下、「モニタＰＤ」と記す）２０７と、モニタＰＤ
出力が一定値以下になった場合に光出力断アラーム信号
を出力するアラーム回路２０８と、データ入力２２６か
ら入力される電気信号をクロック入力２２７から入力す
るクロックを用いて波形整形することにより内部データ
信号を得るフリップフロップ２０９と、ＬＤ駆動用パル
ス電流の振幅を制御するパルス電流制御回路２１０と、
モニタＰＤ２０７の出力を受けてＬＤ駆動用バイアス電
流の振幅を制御するバイアス電流制御回路２１２と、フ
リップフロップ２０９の出力信号とパルス電流制御回路
２１０の出力とバイアス電流制御回路２１２の出力を受
けてＬＤ駆動電流信号を出力するＬＤドライブ回路２１
１とで構成される。

【００４７】また、このうち、ＬＤ２０６、モニタＰＤ
２０７、バイアス電流制御回路２１２、ＬＤドライブ回
路２１１は負帰還ループ回路を構成しており、光出力電
力を常に一定に保つようにバイアス電流を制御するよう
動作する。

【００４８】一方、受信回路は、受信用光ファイバ１０
６よりの入力光信号を電流信号に変換するフォトダイオ
ード２１３と、フォトダイオード２１３により変換され
た電流信号を電圧信号に変換・増幅する前置増幅器２１
５と、前置増幅器２１５の出力信号を一定振幅まで増幅
あるいは減衰する利得可変増幅器２１６と、利得可変増
幅器２１６の出力信号からクロック信号成分を生成する
全波整流回路２１７と、全波整流回路２１７の出力信号
の位相を調整するための遅延素子２１８と、遅延素子２
１８から出力される全波整流信号からクロック信号を抽
出する弾性表面波フィルタ２１９（以下、「ＳＡＷフィ
ルタ」と記す）と、ＳＡＷフィルタ２１９の出力信号を
波形整形しクロックパルス信号を生成するリミット増幅
器２２１と、リミット増幅器２２１の出力を外部に出力
するバッファ２２４と、リミット増幅器２２１の出力信
号振幅が一定値以下になた場合にクロック断アラーム信
号を発生し、受信回路よりのデータおよびクロック信号
出力を停止させるアラーム回路２２２と、アラーム信号
を外部に出力するバッファ２２５と、利得可変増幅器２
１６の出力信号を、リミット増幅器２２１の出力クロッ
クパルスを用いて「１」もしくは「０」の値を有するデ
ータパルスに識別し再生するフリップフロップ２２０
と、フリップフロップ２２０の出力を外部に出力するバ
ッファ２２３とで構成される。なお、前述したように、
受光素子であるフォトダイオード２１３としては、アバ
ランシェフォトダイオードを用いるようにしてもよい。
また、アバランシェフォトダイオードを用いた場合は、
アバランシェフォトダイオード制御回路２１４を設け、
利得可変増幅器２１６の出力をアバランシェフォトダイ
オード制御回路２１４が監視し、アンバランシェフォト
ダイオードに印加する電圧を制御するようにする。

【００４９】次に、図５に示した光伝送モジュール１０
１を構成する回路の部品構成について説明する。

【００５０】送信回路側においては、光コネクタ、光フ
ァイバなどとともにＬＤ２０６とモニタＰＤ２０７を、
一体化して気密封止し、前述した発光素子モジュール２
０１とする。また、フリップフロップ２０９とパルス電
流制御回路２１０とアラーム回路２０８とＬＤドライブ
回路２１１はＬＤドライバ回路ＩＣ２０３として一チッ
プ化し、抵抗、コンデンサ等の周辺素子部品と共に回路
基板４０１に実装する。

【００５１】一方、受信回路側においては、フォトダイ
オード２１３を、気密封止し前述した受光素子モジュー
ル２０２として構成する。前置増幅器２１５は、ＦＥ
Ｔ、バイポーラトランジスタ、抵抗、コンデンサにて構
成する。利得可変増幅器２１６、全波整流回路２１７
は、利得可変増幅回路ＩＣ２０４として一チップ化す
る。識別再生を行うためのフリップフロップ２２０、リ
ミット増幅器２２１、アラーム回路２２２、各出力バッ
ファ２２３、２２４、２２５は識別再生回路ＩＣ２０５
として一チップ化する。遅延素子２１８、ＳＡＷフィル
タ２１９、前置増幅器２１５、利得可変増幅回路ＩＣ２
０４、識別再生回路ＩＣ２０５は、抵抗、コンデンサ等
の周辺素子部品と共に回路基板４０１に実装する。フォ
トダイオード２１３として、アバランシェフォトダイオ
ードを用いた場合は、アバランシェフォトダイオード制
御回路２１４も回路基板４０１に実装する。ただし、前
置増幅器２１５はＩＣ化してもよく、また、回路基板４
０１にではなく、受光素子モジュール２０２に組み込む
ようにしてもよい。

【００５２】なお、波整流回路２１７を識別再生回路Ｉ
Ｃ２０５に取り込まずに利得可変増幅回路ＩＣ２０４に
含めたのは、全波整流回路２１７の出力が遅延素子２１
８、ＳＡＷフィルタ２１９を経由してリミット増幅器２
２１に入力されるという信号の流れを配慮したものであ
り、かつアナログ回路部をすべて利得可変増幅回路ＩＣ
２０４一チップに集約するためである。しかし、基板レ
イアウト上の必要性に応じて、識別再生回路ＩＣ２０５
に全波整流回路２１７を含ませるようにしてもよい。な
お、受信系を二チップに分割して構成したのは、受信系
全体の利得を配分することによって発振を防止するため
である。

【００５３】ところで、以上に示した３品種のＩＣは、
バイポーラプロセスを用いて製作することができる。ま
た、２０ピンのＬＣＣ（Leadless Chip Carrier）に実
装することで、配線基板上に面実装を行うことができ
る。

【００５４】ここで、本実施例で用いるＬＣＣパッケー
ジの外観を図６に示す。図示するように、本ＬＣＣパッ
ケージにおいては、ＩＣをセラミックパッケージ２７３
に実装し、セラミックパッケージ２７３の上面を金属の
キャップ２７４で封止し気密をとっている。したがい、
各ＬＣＣパッケージによって、当該パッケージ内のＩＣ
の充分な信頼性を確保することができる。なお、金属の
キャップ２７４はＧＮＤ端子２７５に接続されているた
めシールド効果があり、外部からの雑音の影響を受け
ず、また、外部へ雑音の影響を与えない。

【００５５】以下、各部の詳細について説明する。

【００５６】まず、ＬＤドライバ回路ＩＣ２０３の詳細
な回路構成を図７に示す。

【００５７】図５において説明したように、ＬＤドライ
バ回路ＩＣ２０３は、モニタＰＤ出力が一定値以下にな
った場合に光出力断アラーム信号を出力するアラーム回
路２０８と、データ入力２２６から入力される電気信号
をクロック入力２２７から入力するクロックを用いて波
形整形することにより内部データ信号を得るフリップフ
ロップ２０９と、ＬＤ駆動用パルス電流の振幅を制御す
るパルス電流制御回路２１０と、モニタＰＤ２０７の出
力を受けてＬＤ駆動用バイアス電流の振幅を制御するバ
イアス電流制御回路２１２を有している。

【００５８】また、さらに、図７に示すように、データ
入力２２６、クロック入力２２７のリファレンス電圧を
発生させるリファレンス回路２４０、データ入力のマー
ク率（ハイレベルとロ−レベルの比率）によってＬＤの
バイアスおよびアラームが変動しないように、アラ−ム
回路２０８とバイアス電流制御回路２１２を制御するマ
ーク率検出回路２４１を有している。また、図７中、パ
ルス電流制御回路２１０は、ＬＤの特性の補償を行うた
めの回路であり、必要に応じて、制御端子２４４、２４
５に抵抗を接続することにより補償特性を変化させる。
プリドライバ２４３は、ＬＤドライブ回路２１１の前段
の増幅回路である。定電圧源２４２は、ＬＤドライバ回
路ＩＣ２０３の各回路に定電圧を供給する。また、リン
ギング調整回路２４６は、伝送速度に対応して最適な光
出力波形を得るように光出力波形の調整を行う。なお、
図示するように、ＬＤドライバ回路ＩＣの必要とする外
付部品は、抵抗とコンデンサのみである。

【００５９】次に、前置増幅器２１５の詳細な構成を図
８に示す。

【００６０】図６には、フォトダイオード２１３を用い
た場合を示している。前置増幅器は、ＦＥＴ２４７、バ
イポーラトランジスタ２４８、レベルシフト回路２４
９、帰還抵抗２５０よりなるトランスインピーダンス型
増幅器により構成されている。この構成の特徴は、入力
段にＦＥＴを用いている点と、トランスインピーダンス
型にした点であり、これにより、低雑音化を図ることが
でき、かつ、安定な増幅動作を行う、量産に適した前置
増幅器２１５を得ることができる。なお、受光素子モジ
ュール２０２にＦＥＴ２４７あるいは前置増幅器全体を
組み込むようにすれば、ＦＥＴ２４７の入力容量を低減
することができ受信感度を向上することができる。

【００６１】次に、利得可変増幅回路ＩＣ２０４の詳細
な構成を図９に示す。

【００６２】得可変増幅回路ＩＣ２０４において、前置
増幅器２１５よりの入力は、入力端子２６０を介してイ
コライザ回路２５２に入力される。イコライザ回路２５
２は、必要に応じて前置増幅器２１５の周波数特性の補
償を行うものであり、端子２６２に接続したコンデンサ
等を用いて補償動作を行う。逆相基準電圧回路２５３
は、回路のバランスをとるために、イコライザ回路２５
２と同一の構成をもって、基準電圧を発生させる。イコ
ライザ回路２５２の出力は、リミッタアンプ２５４を介
して利得可変増幅器２１６に入力される。利得可変増幅
器２１６は、３段構成になっており、可変増幅を前の２
段で行い、最終段で固定増幅を行う。

【００６３】出力振幅検出回路２５７は、利得可変増幅
器２１６の出力振幅のピーク値を検出し、誤差増幅器２
５８、ＡＧＣ制御回路２５９は、この検出ピーク値に応
じて、利得可変増幅器２１６の出力が一定のレベルとな
るように利得可変増幅器２１６の利得を制御する。ま
た、利得可変増幅器２１６は、高利得であるため、本実
施例では、オフセット制御回路２５６を用いて、利得可
変増幅器２１６帰還をかけ、系の安定化をはかってい
る。定電圧源２５５は、利得可変増幅回路ＩＣ２０４の
各回路に定電圧を供給する。

【００６４】さて、利得可変増幅器の出力は出力端子２
５１から取り出すことができる。また、利得可変増幅器
２１６の出力中のクロック信号成分は全波整流回路２１
７を介して出力端子２６５、２６６から取り出される。
また、フォトダイオード２１３としてアバランシェフォ
トダイオードを用いた場合は、誤差増幅器２５８の出力
を出力端子２６３、２６４により取り出しアバランシェ
フォトダイオードの制御に用いる。なお、利得可変増幅
回路ＩＣ２０４が必要とする外付部品は、抵抗とコンデ
ンサのみであり、トランジスタ、ダイオード等の能動素
子は、一切必要としていない。

【００６５】次に、識別再生回路ＩＣ２０５の詳細な構
成を図１０に示す。

【００６６】識別再生回路ＩＣ２０５において、２２０
は図５に示したフリップフロップであり、２２１はリミ
ット増幅器２２１、２２２はアラーム回路、２２３、２
２４、２２５は出力バッファである。さて、利得可変増
幅回路ＩＣ２０４の出力端子２５１からの入力データ
は、入力端子２７０より入力され、スライスアンプ２６
７を介してフリップフロップ２２０に入力される。出力
制御信号は、入力端子２７１より入力されシャットダウ
ン回路２６８に入力される。通常は、アラーム出力端子
２３４が入力端子２７１に接続される。オフセット制御
回路２６９は、リミット増幅器２２１のオフセットを補
償する。入力端子２７２には、ＳＡＷフィルタ２１９よ
りのクロック出力が接続される。ところで、本識別再生
回路ＩＣ２０５では、データ出力２３０、２３１と、ク
ロック出力２３２、２３３の位相合わせをＩＣ内部で行
う。すなわち、出力バッファ２２３、２２４は、それぞ
れ複数段の差動増幅機より構成し、フリップフロップ２
２０での出力遅延分、クロック用出力バッファの内部段
数を、データ用出力バッファ２２３の内部段数より多く
構成する。このため、本実施例においては、従来必要だ
った遅延素子の外付けによる位相合わせが不要である。
また、入出力すべてを差動信号としているため、電源か
らのまわり込みをキャンセルできる構成となっている。
また、アラーム回路２２２に、ヒステシス特性を持たせ
ることで光入力の微小な変動に対して安定な動作を実現
することができる。なお、識別再生回路ＩＣ２０５は、
アラーム回路および出力バッファを内蔵しているため、
必要とする外付部品は、抵抗とコンデンサのみである。

【００６７】次に、ＳＡＷフィルタ２１９のパッケージ
の一例を図１１に示す。

【００６８】ＳＡＷフィルタ２１９には、面実装型のセ
ラミックパッケージ３０５を採用する。これにより回路
実装をし易くし、小型化図るためである。ＳＡＷフィル
タ２１９の部品高さは、２ｍｍであり、一般のコンデン
サ、抵抗、ＩＣ等と同等であり部品高さに対する実装の
制限は生じない。信号の入力端子３０７と出力端子３０
８は長手方向の向い合う辺に作られ、信号の流れに沿っ
た配置となっている。３０８、３０９は、ＧＮＤ端子で
ある。セラミックパッケージ３０５の上面は金属のキャ
ップ３０６で封止し気密をとっている。このため信頼性
は、このパッケージ単独で確保されている。金属のキャ
ップ３０６はＧＮＤ端子３０８、３０９に接続されてい
るためシールドの効果があり、外部からの雑音の影響を
受けず、また、外部へ雑音の影響を与えない。

【００６９】また、５２Ｍｂ／ｓ、１５６Ｍｂ／ｓ用と
も同一のパッケージに実装できるため、伝送速度により
プリント基板を変更する必要はない。また、ＳＡＷフィ
ルタ２１９の入出力インピーダンスは５０Ω整合にて使
用できるようにしている。このため、回路基板のパター
ン設計が容易であり、かつＳＡＷフィルタ２１９単体と
して容易に一般の測定器で測定することができるように
なっている。

【００７０】次に、回路基板４０１への各部品の実装に
ついて説明する。

【００７１】回路基板の、おもて面の実装状態を図１１
に、うら面の実装状態を図１２に示す。図１２（ａ）、
１３（ａ）は部品配置を、図１２（ｂ）、１３（ｂ）は
配線のようすを示している。なお、図１２（ａ）、１３
（ａ）の部品配置図において、Ｒ、Ｃ、Ｌ、Ｑ、Ｄとあ
るのは、それぞれ抵抗、コンデンサ、インダクタンス、
トランジスタ、ダイオードを示している。また基板パタ
ーンでの○印は内層との導通を示している。

【００７２】前述したように、本実施例では、小型化、
組立工数低減のため、送信部・受信部を１枚の回路基板
４０１に実装する。また、回路基板４０１には、内層の
みに導通するビアホールが形成可能なセラミック基板を
使用して、高密度実装を可能とする。セラミック基板の
外形寸法は、２２．６ｍｍ×４６．０ｍｍで厚さは１．
２ｍｍである。

【００７３】ところで、利得可変増幅回路ＩＣ２０４、
識別再生回路ＩＣ２０５の利得が高いため発振を防止す
るよう増幅器の入出力間のアイソレーションを高く取ら
なければならない。よって、図６に示すＬＣＣパッケー
ジ、図９に示すＳＡＷフィルタ入出力間のアイソレーシ
ョンおよび配線間のアイソレーションを高く取る必要が
ある。そこで、本実施例では、回路基板４０１を６層化
する。内層パターンと各面の面実装部品は、ビアホール
にて接続する。また内層にＧＮＤ、電源パターンを置き
インピーダンスの低減を図る。また、輻射雑音を極力防
止するため、振幅の大きな信号線は、内層に配線し、Ｇ
ＮＤ、電源パターンで覆うこととする。さて、前記送信
部に属する回路は、回路基板４０１の約１／４を使用し
発光素子モジュール２０１との接続が最短距離となるよ
うに配置する。送信系と受信系のＧＮＤ、電源は、内層
にて完全に分離し、インピーダンスを下げるため太い配
線いわゆるベタの構造とする。全体として基板おもて面
は受信部の主信号系と送信部の直流信号系を、うら面は
送信部の主信号系と受信部の直流信号系およびクロック
信号系を実装するレイアウトになっている。

【００７４】実装はハイブリッド実装とし、かつ、回路
基板４０１の形状を小くするために両面実装をとする。
部品は、ほとんどを小型である面実装部品を使用する。
なお、ＬＤドライバ回路ＩＣ２０３、利得可変増幅回路
ＩＣ２０４、識別再生回路ＩＣ２０５およびＳＡＷフィ
ルタ２１９は部品単体でそれぞれハーメチックシールさ
れているため、部品搭載は半田リフローの工程のみで可
能である。またＩＣパッケージ、ＳＡＷフィルタのパッ
ケージは、セラミックでできているので回路基板４０１
と同じ材質のため熱膨張係数が同じであり熱に対しての
信頼性は十分確保されている。またセラミックは熱伝導
率の高い材質であり放熱による熱抵抗の低減が期待でき
る。さらに、本実施例では、光伝送モジュール１０１と
プリント基板１０４との接続用リード端子は必要な電
源、信号端子以外はすべてＧＮＤ端子とし、プリント基
板１０４への放熱が行われるようにしている。また、消
費電力の大きい放熱物であるＩＣ３品種は、回路基板４
０１をほぼ均等に３分割してそれぞれの領域に１ヶずつ
配置することで温度分布の偏りをなくしている。

【００７５】光伝送モジュール１０１とプリント基板１
０４との接続用リード端子は後付けの可能なリード端子
を用い、同一の基板上に複数枚分の回路基板４０１パタ
ーンを作成して、それぞれに部品を自動搭載した後に分
割し、分割した各回路基板４０１にリード端子を取付け
ることにより各回路基板４０１を作成するようにする。
このようにすることにより、組立の効率のよい自動化が
可能となり、組立工数の低減を図ることができる。な
お、接続用リード端子は回路基板４０１に対して垂直の
方向に延びるように取付ける。なお、５２Ｍｂ／ｓ用、
１５６Ｍｂ／ｓ用とも使用部品の形状は同一にし、回路
基板４０１を共用できるようにしている。

【００７６】さて、図示するように、前置増幅器２１
５、利得可変増幅回路ＩＣ２０４、識別再生回路ＩＣ２
０５は、主信号の最短配線が可能となるように同一面に
実装する。ＳＡＷフィルタ２１９は識別再生回路ＩＣ２
０５の裏面に実装し、その抽出クロック信号出力パター
ンは、ビアホールを介して最短距離にて識別再生回路Ｉ
Ｃ２０５に接続する。またＳＡＷフィルタ２１９の入出
力端子に近接する位置には、光伝送モジュールの外部と
の接続端子を設けないようにし、ＳＡＷフィルタ２１９
への雑音の混入を防ぐようにする。

【００７７】前置増幅器２１５と受光素子モジュール２
０２との接続も最短距離となるように配置する。また、
微小信号を増幅する前置増幅器２１５の部分は、輻射雑
音混入を防止するために２重シールド構造とする。ま
た、雑音発生に大きく影響する浮遊容量を極力低減する
ため、前置増幅器２１５には内層パターンを用いない。

【００７８】ここで、プリント基板１０４の実装密度向
上のため、発光素子モジュール２０１と受光素子モジュ
ール２０２とを隣接して実装すると、必然的に前置増幅
器２１５とＬＤドライバ回路ＩＣ２０３は近接した位置
に実装する必要が生じる。しかし、近設して配置するの
は望ましくないため、ＬＤドライバ回路ＩＣ２０３は前
置増幅器２１５とは異なる面に実装するようにする。ま
た、ＬＤドライバ回路ＩＣ２０３と発光素子モジュール
２０１を内層を用いて最短距離で配線し、発光素子モジ
ュール２０１および受光素子モジュール２０２のケース
を、それぞれ送信部、受信部のＧＮＤに接続することで
輻射雑音、電源からのまわり込み雑音によるクロストー
クを防止する。

【００７９】なお、回路基板４０１より入出力するデー
タ出力２３０、逆相のデータ出力２３１とクロック出力
２３２、逆相のクロック出力２３３は出力ピンは、お互
いに離して配置することによりデータとクロックの干渉
を減らしジッタを低減するようにする。これは、識別再
生回路ＩＣ２０５の各入出力ピンの配置についても同様
とする。

【００８０】なお、以上、図１２、１３では、受光素子
モジュール２０２の受光素子としてフォトダイオードを
用いた場合について説明したが、アバランシェフォトダ
イオードを用いる場合は、アバランシェフォトダイオー
ド制御回路２１４を回路基板４０１上に付加すればよ
い。

【００８１】次に、発光素子モジュール２０１、受光素
子モジュール２０２の詳細について説明する。

【００８２】図１４に発光素子モジュール２０１の外観
を、図１５に受光素子モジュール２０２の外観を示す。

【００８３】図示するように、本実施例では、小型化を
実現するため、発光素子モジュール２０１および受光素
子モジュール２０２のパッケージを円筒型とした。円筒
部の直径は、６．５ｍｍである。発光素子モジュール２
０１にはレーザダイオード２０６、モニタフォトダイオ
ード２０７が実装され、送信用光ファイバ３０１を介し
て外部に光信号が送出される。受光素子モジュール２０
２にはフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオ
ード２１３が実装され受信用光ファイバ３０２より入力
された光信号を電気信号に変換する。

【００８４】発光素子モジュール２０１および受光素子
モジュール２０２は、気密封止されており、信頼性はこ
の部品単独で確保される。また、さらに、発光素子モジ
ュール２０１および受光素子モジュール２０２のパッケ
ージは金属でありかつリードピン３０３、３０４に接続
しているのでシールドの効果が得られ、外部からの雑音
の影響を受けず、外部へ雑音の影響を与えないようにな
っている。

【００８５】最後に、光伝送モジュールの組立手順を説
明する。

【００８６】図２において、まず、シールドケース
（Ｂ）４０７の固定されたモールド（Ａ）４０２と、電
子回路部品およびリード端子４０４の実装された回路基
板４０１と、ケース（Ａ）４０５とが組み合わせられ
る。次に、受光素子モジュール２０２が半田付けにて回
路基板４０１に取り付けられ、発光素子モジュールがフ
レキシブル基板４１０を介して回路基板４０１に取り付
けられる。

【００８７】その後、前置増幅器２１５と受光素子モジ
ュール２０２のリード端子を覆うようにシールドケース
（Ａ）４１１が取り付けられ半田付け固定される。この
ときシールドケース（Ａ）４１１とシールドケース
（Ｂ）４０７が結合され前置増幅器２１５が完全にシー
ルドされ、隣接する発光素子モジュール２０１からの輻
射雑音が遮蔽される。

【００８８】次に、回路基板４０１に取り付けられたシ
ールドケース（Ａ）４１１に、ケース（Ａ）４０５に作
られた切り起こしが曲げられ半田付けされる。その後モ
ールド（Ｂ）４０３、基板押さえ４０８、ケース（Ｂ）
４０９が取り付けられ、長さ８ｍｍのサラネジ４０６に
て固定される。

【００８９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高集積
化に適し、かつ、送信回路から受信回路への信号の漏れ
込みを低減できる構成によって、送信回路と受信回路と
を一体としてモジュール化した光伝送モジュールを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る光伝送モジュールを実装したプ
リント配線基板を示す説明図である。

【図２】光伝送モジュールの構造を示す説明図である。

【図３】受光素子にフォトダイオードを用いた光伝送モ
ジュールの外形を示す３面図である。

【図４】受光素子にアバランシェフォトダイオードを用
いた光伝送モジュールの外形を示す３面図である。

【図５】光伝送モジュールの回路構成を示すブロック図
である。

【図６】光伝送モジュールに用いるＬＣＣパッケージの
外形を示す説明図である。

【図７】ＬＤドライバ回路ＩＣの回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】前置増幅器の回路構成を示す回路図である。

【図９】利得可変増幅回路ＩＣの回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】識別再生回路ＩＣの回路構成を示すブロック
図である。

【図１１】ＳＡＷフィルタＩＣの外形を示す説明図であ
る。

【図１２】回路基板のおもて面の実装状態を示す説明図
である。

【図１３】回路基板のうら面の実装状態を示す説明図で
ある。

【図１４】発光素子モジュールの外観を示す説明図であ
る。

【図１５】受光素子モジュールの外観を示す説明図であ
る。

【図１６】伝送装置の機能を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１…光伝送モジュール１０２…光ファイバ１０３…光コネクタ１０４…プリント基板１０５…コネクタ２０１…発光素子モジュール２０２…受光素子モジュール２０３…ＬＤドライバ回路ＩＣ２０４…利得可変増幅回路ＩＣ２０５…識別再生回路ＩＣ２０６…レーザダイオード２０７…モニタフォトダイオード２０８…アラーム回路２０９…フリップフロップ２１０…パルス電流制御回路２１１…ＬＤドライブ回路２１２…バイアス電流制御回路２１３…フォトダイオード又はアバランシェフォトダイ
オード２１４…アバランシェフォトダイオード制御回路２１５…前置増幅器２１６…利得可変増幅器２１７…全波整流回路２１８…遅延素子２１９…ＳＡＷフィルタ２２０…フリップフロップ２２１…リミット増幅器２２２…アラーム回路２２３、２２４、２２５…バッファ２２６…データ入力２２７…クロック入力２２８…光出力断制御入力２２９…アラーム出力２３０…データ出力２３１…逆相のデータ出力２３２…クロック出力２３３…逆相のクロック出力２３４…アラーム出力２３５…ＧＮＤ２３６…ー５．２Ｖ２３７…＋５Ｖ２３８…光出力２３９…光入力４０１…回路基板４０２…モールド（Ａ）４０３…モールド（Ｂ）４０４…リード端子４０５…ケース（Ａ）４０６…サラネジ４０７…シールドケース（Ｂ）４０８…基板押さえ４０９…ケース（Ｂ）４１０…フレキシブル基板４１１…シールドケース（Ａ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武田准樹神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者入江裕紀神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者三浦篤神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者竹内民雄神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者河野勉神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者森口明定神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受信用光ファイバより受信した光信号を受
信データに変換して出力し、入力された送信データを光
信号に変換して送信用光ファイバに出力する光伝送モジ
ュールであって、イ）光電変換素子と前記光電変換素子と前記第１の光
ファイバとの結合部を気密封止した受光素子モジュール
と、ロ）電気信号により駆動される発光素子と前記発光素
子と前記第２の光ファイバとの結合部を気密封止した発
光素子モジュールと、ハ）前記入力する送信データの値に応じて前記発光素
子を駆動する送信回路と、前記光電変換素子が変換した
電気信号より受信データを再生し出力する受信回路とを
電気的に分離して両面に実装した両面プリント基板と、ニ）前記受光素子モジュールと発光素子モジュールと
前記両面基板とを、一体化して封止したモールドとを有
することを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項２】受信用光ファイバより受信した光信号を受
信データに変換して出力し、入力された送信データを光
信号に変換して送信用光ファイバに出力する光伝送モジ
ュールであって、イ）フォトダイオードと前記フォトダイオードと前記
第１の光ファイバとの結合部を気密封止した受光素子モ
ジュールと、ロ）電気信号により駆動されるレーザダイオードと前
記レーザダイオードと前記第２の光ファイバとの結合部
を気密封止した発光素子モジュールと、ハ）前記入力する送信データの値に応じて前記レーザ
ダイオードを駆動する送信回路ＩＣと、前記フォトダイ
オードが変換した電気信号を増幅する増幅回路ＩＣと、
増幅器ＩＣが増幅した電気信号よりクロック成分を抽出
する表面密度弾性波フィルタチップと、表面密度弾性波
フィルタチップが抽出したクロックのタイミングに基づ
いて前記フォトダイオードが変換した電気信号を識別し
て受信データを再生し出力する識別再生回路ＩＣとを両
面に実装した両面プリント基板と、ニ）前記受光素子モジュールと発光素子モジュールと
前記両面基板とを、一体化して封止したモールドとを有
することを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項３】受信用光ファイバより受信した光信号を受
信データに変換して出力し、入力された送信データを光
信号に変換して送信用光ファイバに出力する光伝送モジ
ュールであって、イ）印加される電圧に応じて入力する光信号を電気信
号に変換するアバランシェフォトダイオードと前記アバ
ランシェフォトダイオードと前記第１の光ファイバとの
結合部を気密封止した受光素子モジュールと、ロ）電気信号により駆動されるレーザダイオードと前
記レーザダイオードと前記第２の光ファイバとの結合部
を気密封止した発光素子モジュールと、ハ）前記入力する送信データの値に応じて前記レーザ
ダイオードを駆動する送信回路ＩＣと、前記アバランシ
ェフォトダイオードが変換した電気信号を増幅する増幅
回路ＩＣと、増幅器ＩＣが増幅した電気信号よりクロッ
ク成分を抽出する表面密度弾性波フィルタチップと、表
面密度弾性波フィルタチップが抽出したクロックのタイ
ミングに基づいて前記アバランシェフォトダイオードが
変換した電気信号を識別して受信データを再生し出力す
る識別再生回路ＩＣと増幅回路ＩＣが増幅した電気信号
に応じて前記アバランシェフォトダイオードに印加する
電圧を制御するアバランシェフォトダイオード制御回路
とを両面に実装した両面プリント基板と、ニ）前記受光素子モジュールと発光素子モジュールと
前記両面基板とを、一体化して封止したモールドとを有
することを特徴とする光伝送モジュール。