KR100921566B1

KR100921566B1 - 모듈식 광 트랜시버

Info

Publication number: KR100921566B1
Application number: KR1020040058807A
Authority: KR
Inventors: 존 달레사세; 토마스 화이트헤드; 폴 와츠텔; 보그단 안드레이; 딘 리처드슨; 브레트 레인; 브라이언 노블; 안토니 모레티; 데이비드에스. 맥콜룸; 죠셉 세이벤레이프
Original assignee: 엠코어 코포레이션
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2009-10-12
Also published as: TWI336178B; US7359641B2; US7583900B2; TW200518488A; EP1503232A2; CN1651953A; SG143283A1; US20080187316A1; JP2005099769A; US20050084269A1; CN102122037A; SG108973A1; EP1503232A3; KR20050013508A

Abstract

본 발명은, 정보를 수용한 전기 신호를 변환하여 이를 광 파이버에 연계하는 광 트랜시버를 제공한다. 상기 광 트랜시버는, 외부의 전기 케이블이나 정보 시스템 장치에 연결되어, 정보를 수용한 전기 통신 신호를 송수신하는 전기 커넥터, 및 외부의 광 파이버에 연결되어 광 통신 신호를 송수신하도록 구성된 광 파이버 커넥터를 구비한 하우징을 포함하며, 산업 표준 XENPAK^TM 폼 팩터에 따른다. 하우징 내에는 정보를 수용한 전기 신호와 이 전기 신호에 대응하는 피변조 광 신호를 변환하는 적어도 하나의 광전 서브어셈블리가 제공되며, 또한 하우징 내에는 통신 신호를 IEEE 802.3ae 10 기가비트 BASE LX4 물리 계층 등의 소정의 전기 또는 광 통신 프로토콜로 처리하기 위한 모듈식 교환형 통신 프로토콜 처리 인쇄 회로 기판이 제공된다.

광 파이버, 광 트랜시버, 하우징, 전기 커넥터, 광 파이버 커넥터, 광전 서브어셈블리, 인쇄 회로 기판

Description

모듈식 광 트랜시버{MODULAR OPTICAL TRANSCEIVER}

도 1은 본 발명의 양상에 따른 예시적 실시예에서의 광 트랜시버에 대한 확대 투시도.

도 2는 도 1의 트랜시버의 기능 소자들에 대한 단순화된 블럭도.

도 3은 수신기 서브어셈블리의 확대 투시도.

도 4는 송신기 서브어셈블리의 절단 투시도.

도 5는 광 파이버를 고정시키기 위한 플렉서블 기판의 정면도.

도 6은 도 5의 플렉서블 기판의 배면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 광 트랜시버 모듈

102 : 하우징

104 : 기부

106 : 커버

108 : 송신기 서브어셈블리

110 : 수신기 서브어셈블리

116 : 분포 귀환형 레이저

140 : 플렉서블 기판

본 출원은 공동 양수인에게 양도된 2004년 6월 14일자로 출원된 계류 중인 미국특허출원 제10/866,265호에 관련된다.

본 발명은 일반적으로 광 트랜시버에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 컴퓨터나 전기 입/출력 커넥터 또는 인터페이스를 갖는 통신 장치와, 예를 들어, 광 파이버 통신 링크에서 사용되는 광 파이버 간에 통신 인터페이스를 제공하는 커플링 어셈블리 또는 모듈에 관한 것이다.

당 기술 분야에서는, 광 파이버에 결합되어 전기 신호를 피변조 광 빔으로 변환시키는 광 송신부와, 광 파이버로부터 광 신호를 수신하여 이를 전기 신호로 변환시키는 광 수신부를 포함하는 여러 종류의 광 트랜시버가 알려져 있다. 전형적으로, 광 수신부는 광 파이버로부터 나온 광을 광 검출기 - 이 광 검출기는 회로 기판 상에서 증폭기/리미터 회로에 연결되어 있음 - 상으로 집속 또는 전달하는 광 어셈블리를 포함한다. 광 검출기 또는 포토다이오드는 거친 주위 환경 조건으로부터 보호하기 위해 용접 밀봉된 패키지 상태로 패키징하는 것이 일반적이다. 포토다이오드는 일반적으로 너비가 수 백 미크론 내지 수 밀리미터이고, 두께가 100-500 미크론인 반도체 칩이다. 이들 포토다이오드가 장착되는 패키지는 일반적으로 직경이 3-6㎜이고, 높이가 2-5㎜이며, 패키지 외부로 돌출된 여러 개의 전기 리드를 갖고 있다. 이들 전기 리드는 증폭기/리미터를 포함하는 회로 기판에 납땜된 다.

본 발명의 목적은 모듈식이며, 상호 교환 가능한 송신기 및 수신기 서브어셈블리를 사용하는 개선된 광 트랜시버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 여러 광 전송 시스템 및 광전 소자에서 사용하기 위한 트랜시버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광 전송 시스템에서 사용하며, 산업 표준 XENPAK 하우징을 갖는 광 트랜시버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단거리 및 장거리 응용에 적합하며, 광 파장 분할 멀티플렉싱(WDM) 전송 시스템에서 사용하기 위한 광 트랜시버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하드웨어 모듈 및 소프트웨어 모듈 모두 현장에서 업그레이드가 가능한 광 트랜시버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신기 서브어셈블리로부터 하우징 또는 케이스로의 열전도 경로를 이용하여 광 트랜시버에서의 열 방출을 개선시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하우징 상의 빗살형(interdigitated) 또는 메쉬형(meshed) 금속 축성(castellation) 및 커버 소자를 각각 이용하여 광 트랜시버에서 EMI 차폐를 개선시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광 전송 시스템에서 사용하며, 중요한 구성 요소들을 용접 밀봉 용기 내에 패키징하여 이들이 주위 환경 조건에 노출되는 것을 방지한 광 트랜시버를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순화된 광 소자 장착 및 정렬 기술을 이용함으로써 제조가 용이한 광 트랜시버를 제공하는 데 있다.

요약하자면 그리고 일반적인 의미에서, 본 발명은 정보를 수용한 전기 신호를 변환하여 이를 광 파이버에 연계시키는 광 트랜시버를 제공하는 것으로서, 상기 광 트랜시버는, 외부 전기 케이블 또는 정보 시스템 장치에 연결된 전기 커넥터 및 외부의 광 파이버에 연결되도록 구성된 광 파이버 커넥터를 구비한 하우징; 상기 하우징 내에 설치되어 있으며, 정보를 수용한 전기 신호와 이 전기 신호에 대응하는 피변조 광 신호를 변환시키는 적어도 하나의 광전 서브어셈블리; 및 상기 하우징 내에 설치되어 있으며, 통신 신호를 소정의 전기 또는 광 통신 프로토콜로 처리하는 통신 프로토콜 처리 서브어셈블리를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에서는, 상이한 파장에서 동작하며 각각의 제1 및 제2 전기 신호에 의해 변조되어 제1 및 제2 레이저 광 빔을 방출시키는 제1 및 제2 레이저, 및 상기 제1 및 제2 광 빔을 수신하고 상기 각각의 광 신호를 단일의 멀티파장 빔으로 멀티플렉싱하고, 상기 광 신호를 외부 광 파이버로 전달하는 광 파이버 커넥터에 결합된 광 멀티플렉서를 포함하는 송신기 서브어셈블리가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양상에서는, 광 파이버 커넥터에 결합되어, 각각이 상이한 소정 파장의 복수개의 정보 수용 신호를 갖는 멀티파장의 광 신호를 수신하는 광 디멀티플렉서를 포함하는 수신기 서브어셈블리가 제공된다. 광 디멀티플렉서는 광 신호를 소정의 파장에 대응하는 개별의 광 빔으로 변환하는 역할을 한다. 이 수신기 서브어셈블리는 광 기준면을 형성하고 상기 제1 및 제2 빔 각각의 경로에서 상부에 제1 및 제2 포토다이오드가 배치되는 기판을 포함한다.

본 발명의 다른 양상에서는, 본 발명은 전기적으로 가변하는 프로그래머블 판독 전용 메모리 등의 모듈식 재 프로그램 가능 또는 상호 교환 가능한 펌(firm) 서브컴포넌트를 포함하는 프로토콜 처리 서브어셈블리를 제공한다. 이러한 서브컴포넌트에 의해 광범위의 다양한 서로 다른 통신 프로토콜, 범위 선택, 또는 응용에 대한 단순화된 제조 능력 및 대량 커스터마이징이 가능해진다. 또한, 간단히, 하나의 인쇄 회로 기판을 제거하여 다른 회로 기판으로 대체시키거나 또는 이 기판 상의 EEPROM을 재프로그래밍함으로써, 유닛을 다른 프로토콜인 물리 계층 또는 상위 매체 액세스 제어 계층을 처리하도록 신속하게 재구성시킬 수 있다.

본 발명의 추가 목적, 장점, 및 새로운 특징들은 본 발명의 실시뿐 아니라 이하의 상세한 설명을 포함하는 기재로부터 당 기술 분야의 숙련자에게는 명백히 이해될 것이다. 비록, 이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 대해서만 기술 및 도시하지만, 본 발명은 예시된 실시예에만 한정되는 것은 아닌 것은 말할 필요도 없다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어 나지 않는 한 당업자들은 예시된 실시예에 대한 변형, 수정, 및 추가 실시예들이 가능하다는 것을 충분히 인식할 수 있을 것이다.

지금부터, 본 발명의 예시적 양상 및 실시예를 포함하여 본 발명을 상세히 기술하기로 한다. 첨부된 도면 및 이하의 설명을 참조해 보면, 동일 참조부호는 동일 또는 유사 기능을 나타내도록 사용되었으며, 예시적 실시예의 주요 특징들을 간단하게 나타내는 것이다. 또한, 첨부된 도면들은 실제 실시예들의 모든 특징이나 도시된 구성 요소들의 상대 치수 및 실제 축척으로 도시된 것은 아니다.

도 1을 참조해 보면, 다수의 레이저 광원, 다수의 포토다이오드, 및 광 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱 시스템을 사용하여 다중 모드(MM) 파이버 및 단일 모드(SM) 파이버를 통해 동작하는 광 트랜시버(100)가 제공된다. 이에 의해, 단일 트랜시버 모듈은 다수의 프로토콜을 통해 최대 거리 목표로 통신을 행할 수 있게 된다. 트랜시버(100) 및 그 하우징(102)은 산업 표준 폼 팩터(form factor) 또는 패키지 설계에서 전자기 간섭(EMI) 및 열 수준을 감소시키며 경제적으로 최대 동작 효율을 달성할 수 있도록 설계된다.

유리하게도, 트랜시버(100)는 모듈 방식으로, 바람직하게는, 하우징에 개별로 장착되는 3개의 회로 기판 즉, 송신기 서브어셈블리, 수신기 서브어셈블리, 및 프로토콜 처리 기판을 이용하여 제조되며, 이들 각 기판은 고유 기능을 갖고, 플렉서블 회로, 결합 다중-핀 커넥터, LGA(land grid array), 또는 다른 전기적 접속 장치를 이용하여 서로 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 기본 트랜시버 모듈을 간단한 서브어셈블리 구성 변경만으로 상이한 프로토콜 및 상이한 광전 장치를 지원하도록 구성할 수 있으므로, 제조 비용이 절감되고, 각각 다른 응용마다 상이한 트랜시버를 제조할 필요성이 제거된다. 또한, 기판들을 연결시키기 위해 플렉서블 회로 또는 착탈 가능한 커넥터를 이용함으로써, 모듈식 상호교환 기판 설계(예를 들어, 개별 기판마다의 수신기, 송신기, 및 PCS 기능)가 가능해진다. 비록 바람직한 설계가 3개의 기판을 사용하는 것이지만, 훨씬 더 소형인 설계를 위해서는 단일 기판 상에 이들 기능 중 임의의 두 가지를 결합시킬 수 있다.

또한, 기판 설계의 모듈성으로 인해, 모듈 하우징(102) 내에서 열-감응 소자를 발열 소자(레이저 및 IC)에 대해 최적의 위치에 배치하는 것이 가능해진다. 또한, 최종 조립 전에 모듈식 서브어셈블리를 독립적으로 시험하고 조정하는 것을 편리하고 실현 가능하게 한다. 더욱이, 플렉서블 또는 다른 접속 장치는 여러 기판들(RX, TX, PCS)의 제조를 순차가 아닌 동시에 진행하는 것을 가능함으로써, 장치 전체에 대한 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1 및 2를 참조해 보면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예시적 광 트랜시버 모듈(100)이 도시되어 있다. 이 특정 실시예에서, 모듈(100)은 IEEE 802.3ae 10GBASE-LX4 Physical Media Dependent sub-layer(PMD) and XENPAK(TM) form factor에 준거한다. 그러나, 트랜시버 모듈(100)은 기타 여러 적응 프로토콜(예를 들어, Fibre channel 또는 SONET) 하에서 동작되도록 구성될 수 있으며, X2 등의 기타 여러 폼 팩터로 제조될 수 있다. 모듈(100)은 4개의 3.125 Gbps 분포 귀환형 레이저를 갖는 10 기가비트 CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexed) 트랜시버인 것이 바람직하며, 레거시(legacy) 설치형 다중 모드 파이버를 통해서는 300 미터 송신을, 표준 단일 모드 파이버를 통해서는 10-40 킬로미터 송신을 제공하는 것이 바람직하다.

트랜시버 모듈(100)은 기부(104)와 커버(106)를 갖는 2편의 하우징을 포함한다. 또한, 샤시의 접지뿐 아니라, 모듈(100)을 접지시키기 위해 접점 스트립(152)이 제공된다. 하우징(102)은 다이-캐스트(die-cast) 또는 밀링 금속, 바람직하게 는, 다이-캐스트 아연으로 구성되지만, 특수 플라스틱 등의 다른 재료를 사용할 수 있다. 하우징 구성에 사용된 특수 재료는 EMI를 감소시키는 데 도움이 되는 것이 바람직하다. 또한, 하우징(102)의 주연부를 따라 형성된 축성(도시 안됨)을 이용하여 EMI를 감소시킬 수 있다.

하우징(102)의 전방부는 한 쌍의 용기(124, 126)를 고정시키기 위한 면판(132)을 포함한다. 용기(124, 126)는 광 파이버 커넥터 플러그(128, 130)를 수용하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 커넥터 용기(128, 130)는 산업 표준 SC 이중 커넥터(도시 안됨)를 수용하도록 구성된다. 그러한 것으로서, SC 커넥터들이 그들의 옳바른 방향으로 삽입되는 것을 보장하도록 키잉 채널(132 및 134)이 제공된다. 또한, 예시된 실시예에서 도시되고 후술될 바와 같이, 커넥터 용기(130)는 SC 송신기 커넥터를 수용하고 커넥터 플러그(128)는 SC 수신기 커넥터를 수용한다.

특히, 하우징(102)은 송신 기판(108), 수신 기판(110), 및 외부 전기 시스템(도시 안됨)과의 전기적 인터페이스를 제공하는 데 사용되는 물리적 코딩 서브레이어(PCS)/물리적 매체 부착(PMA) 기판(112)을 포함하는 3개의 회로 기판을 보유한다. 광 멀티플렉서(MUX; 114)는 TO-캔(cans)에서 4개의 분포 귀환형(DFB) 레이저(116)의 조립을 통해 송신 기판(108)과 인터페이싱한다. 레이저(116)는 하우징(102)의 하단부의 위치에서 레이저 브레이스(118)에 의해 고정된다. 레이저 브레이스(118)는 또한 레이저(116)를 냉각시키기 위한 히트 싱크로서 기능한다. 또한, 송신 기판(108) 및 수신 기판(110)은 각각의 플렉서블 커넥터(120) 또는 다른 기판간 커넥터에 의해 PCS/PMA 기판(112)에 연결된다. 레이저 또는 다른 성분에 의해 발생되는 열을 히트 싱크로서 기능하는, 하우징(102)의 기부(104)나 커버(106)로 전달시키는 열전도성 차단 패드(160 및 161)가 제공된다. 수신기 서브어셈블리(110)는 하우징(102)의 기부(104) 상에 열전도성 접착제를 이용하여 직접 장착되어 열 방출을 행한다. 그러므로, 여러 서브어셈블리들은 하우징의 여러 부분으로 열을 방출시켜 열 방출을 보다 균일하게 행할 수 있다. 도 1, 5, 및 6에서 도시된 바와 같이, 4개 레이저(116)의 출력은 광 멀티플렉서(114)로 입력된다. 광 멀티플렉서(114)는 플렉서블 기판(140) 상에 장착된다. 기판(140)은, 예를 들어, 미국 일리노이주 라일에 소재하는 몰렉스사(Molex, Inc.)로부터 구입 가능한 FlexPlane^TM 과 같은 광 플렉서블 플래너 재료일 수 있지만, 다른 플렉서블 기판을 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 레이저 어셈블리(116)로부터 시작하여 광 멀티플렉서(114)로 입력되는 광 파이버(117a, 117b, 117c, 117d)가 기판(140) 상에 장착된다. 광 멀티플렉서(114)의 출력은 송신 커넥터 플러그(130)로 라우팅되며, 또한 기판(140)에 부착된다. 광 파이버(117a, 117b, 117c, 117d)는 광 손실 및 기계적인 고장을 피하기 위해 광 파이버에서의 급격한 벤딩을 최소화하도록 라우팅 및 부착된다.

기판(140)은 PCS/PMA 기판(112) 상에 장착된 리타이머 IC 또는 다른 발열 컴포넌트 상에 직접 배치된 재료의 일부분에 개구(142) 또는 구멍을 포함한다. 개구(142)는 사실상 기판(140)의 미사용 부분의 영역 크기로서, 이 개구에 의해 커버 상의 히트 싱크가 열 전달 차단 패드(160)와 접촉하게 됨으로써, 기판 상에 장착된 성분에 접근할 수 있다. 이 영역은 일반적으로는 개구(142)로서 사용되지 않을 경우에는 접근 불가일 것이다. 예를 들어, 히트 싱크는 기판(140) 상의 광 파이버의 라우팅을 간섭하지 않으며 장착된 기판(140)을 제거시키지 않고도 클럭 및 데이터 복원(Clock and Data Recovery) 성분(202, 208)에 설치될 수 있으므로, PCS/PMA 기판(112)으로의 접근이 가능해진다.

플렉서블 기판(140)을 사용함에 있어 여러 가지의 추가적인 장점들을 실현되는데, 특히 트랜시버 모듈 하우징(102) 내에서 파이버들을 자유로이 이동하도록 하는 것보다 파이버들을 기판(140)에 고정시키는 것은, 광 파이버들의 라우팅을 적절하게 유지시킴으로써 트랜시버의 조립 중에 바람직하지 않은 탱글링(tagling) 및 파손을 방지시킬 수 있다. 게다가, 기판(140)에 광 파이버를 고정시키는 것은 파이버에 대한 응력을 상당히 감소시키게 됨으로써, 파이버 코팅재에서의 미소 균열이 형성되는 발생률을 감소시킬 수 있다.

도 2는 트랜시버(100)의 예시적인 기능 블럭도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트랜시버(100)는 기판 외부에 있는 마스터 MDIO/MDC(190)와 인터페이싱하며 트랜시버(100)의 동작을 제어하는 슬레이브 MDIO/MDC 인터페이스(200)를 포함한다. 매체 액세스 제어기(MAC; 180)로부터 신호를 수신하는 트랜시버(100)의 송신부는 XAUI 레인(lane) 정렬 기능을 갖는 클럭 및 데이터 복원 모듈(202) 및 DFB 레이저 어셈블리(116)를 구동시켜 빔을 출력시키는 하나 이상의 레이저 구동기(204)를 포함한다. 외부 MAC(180)에 신호를 제공하는 트랜시버(100)의 수신부는 XAUI 레인 정렬 기능을 갖는 클럭 및 데이터 복원 모듈(202)을 포함한다.

클럭 및 데이터 복원 모듈(202)은 쿼드(quad) 트랜스임피던스 증폭기/제한 증폭기(TIA/LIA;210)로부터 신호를 수신하고, 증폭기(210)는 쿼드 InGaAs PIN(212)로부터 신호를 수신한다. 광 디멀티플렉서(214)는 트랜시버(100) 내로 광 빔을 수신하여 디멀티플렉스된 광 빔을 InGaAs PIN(212) 상으로 전달한다. 트랜시버(100)는 10 기가비트 eXtended Attachment Unit Interface(XAUI) 호환형 전기 인터페이스(188)를 통해 MAC(180)과 통신한다. XAUI 인터페이스(188)와 MAC(180) 간의 통신은 외부 IEEE802.ae-compliant 10 Gigabit Medium Independent Interface(XGMII; 184), XGMII EXtender Sublayer(XGXS; 186) 및 조정 부계층(182)을 통해 달성된다.

상호 교환 가능한 PCS/PMA 기판(112)은 MDIO/MDC(200), 클럭 및 데이터 복원 리타이머 회로(202, 208), 및 156.25MHz로 동작하는 온-보드 기준 클럭을 포함한다. Fibre Channel 등의 다른 프로토콜은 동일 기판에 의해 지지될 수 있다. 슬레이브 MDIO/MDC(200)는 IEEE 45절 전기 규격을 이용하여 마스터 MDIO/MDC(190)와 인터페이싱하며 IEEE 22절 전기 규격을 이용하여 클럭 및 데이터 복원 모듈(202, 208)과 인터페이싱한다. 슬레이브 MDIO/MDC(200)는 또한 쿼드 레이저 구동기(204) 및 쿼드 TIA/LIA(210)와 인터페이싱한다. 슬레이브 MDIO/MDC 기능을 구현하는 데 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 마이크로컨트롤러를 사용할 수 있다. 또한, MDIO/MDC(200)는 추가 기능을 위해 EEPROM(201) 또는 다른 비휘발성 메모리와 인터페이싱한다. 예를 들어, EEPROM(201)은 트랜시버 자체의 제어 및 진단 기능의 모든 구성 파라미터, 제조 데이터, 일련 번호, 또는 기타 데이터를 구현하는 데 사용될 수 있다.

MDIO/MDC(200)는 트랜시버(100)가 매우 안전하게 동작할 수 있도록 해 주는 것으로서, 기판 외측의 마스터 MDIO/MDC(190)에 종속되는 슬레이브 장치이다. 본 발명에서의 MDIO 장치의 마스터/슬레이브 구성의 특이점은, FPGA가 조작자로 하여금 레이저 및 다른 트랜시버의 기능을 제어하도록 하게 할 수 있으며, 외부 소스로부터의 악의적인 프로그램 또는 기능에 의한 재프로그래밍을 방지시킬 수 있다는 것이다. 이는, 조작자가 인증된 것이라고 간주한 소정의 기능 또는 프로그램만을 슬레이브 MDIO/MDC(200) 상에서 실행하도록 이용할 수 있기 때문에 가능하다.

송신 기판(108)은 쿼드 레이저 구동기(204)를 포함하며, 이 구동기(204)를 통해 4개의 DFB 레이저 어셈블리(116)가 송신 기판(108)과 인터페이싱한다. 바람직하게도, 하나의 레이저에 비해, 4개의 독립된 레이저를 이용하는 구성으로 인해, 저속 및 저가의 구동기를 보다 장거리를 목표로 하여 사용할 수 있다.

10 기가비트 이더넷용으로 출시된 트랜시버 폼 팩터 유형 중 하나가 XEMPAK LX4 트랜시버이다. 이 트랜시버는 광 신호가 단일 광 파이버를 통해 송신되는 광대역으로 이격되어 있는 4개의 파장으로 구성되는 광대역 파장 분할 다중화(WWDM)에 근거를 두고 있다. 수신기는 단일 파이버로부터의 광을 개개의 광 검출기 상으로 분할 또는 디멀티플렉싱시킬 필요가 있다. 개개의 광 검출기는 그 각각의 광 신호를 전기 신호로 변환시킨다.

WWDM 수신부의 경우에는, 각 파장마다 개별의 광 검출기를 필요로 한다. 개별 기밀 캔(can)에서 광 검출기의 사용하면 이러한 멀티파장 수신기에서 수신부가 대형으로 되는 것은 명백한 사실이다. 그러나, 본 발명에서는, 증폭기/리미터 회 로를 포함하는 회로 기판(222)에 직접 장착된 단일의 베어(bare) 다중-소자 포토다이오드 어레이(220)를 사용하는 방안을 강구하였다.

도 1 및 3-6을 참조하면, 회로 기판(222)을 갖는 수신기 서브어셈블리(224)는 포토다이오드 어레이(220)에 디멀티플렉서(226)를 고정 및 정렬시키기 위한 광 벤치(bench)로서 작용한다. 특히, 포토다이오드 어레이(220)에 축소형의 광 디멀티플렉서(226)가 정렬되어 수신부가 소형으로 도시되어 있다. 회로 기판(222)은 전기 회로용 기판으로서 뿐만 아니라, 광 소자용 광 벤치로서도 기능한다. 특히, 회로 기판(222)의 표면은 광 소자용 광 기준면(228)로서 기능한다. 선택적으로, 수신기 기판(222)은 덜 비싼 인쇄 회로 기판(PCB) 재료에 비해 높은 유리 함유량을 가지며 고주파수(RF) 동작 하에서 적은 신호 손실을 제공하는 PCB 재료로 형성된 PCB이다. 적합한 재료는 미국 아리조나주 챈들러 소재의 로저스사(Rogers Corp.)로부터 구입 가능한 Rogers RO4003으로서, 이는 세라믹이나 실리콘보다 덜 비싸다. 세라믹 또는 실리콘을 이용하면 패키지를 기밀성으로 만드는 기능이 제공된다.

회로 기판(222)의 표면은 광 기준면(228)이 된다. 포토다이오드 어레이(220)의 상부 표면은 그 두께를 50 미크론 내로 제어하고, 접착제나 땜납(230) 등의 그 부착 재료의 두께를 제어함으로써 소정의 높이로 설정된다. 디멀티플렉서(226) 또한 이 표면에 부착된다. 이로써, 디멀티플렉서의 출력(232)은 포토다이오드 어레이(220) 위에서 50 미크론 내의 소정의 높이에 있게 된다.

보다 상세하게는, 포토다이오드 어레이(220)는 로트마다 두께가 달라지며, 두께가 다른 에폭시, 납땜, 또는 용융 금속 접합으로 회로 기판(222)에 부착된다. 접합 재료의 두께는 포토다이오드의 활성 표면이 회로 기판 표면 위에서 소정의 높이에 위치하여 집속 거리에 매칭되도록 제어된 두께로 제조된다. 이로써, 축소형의 광 디멀티플렉서(226)는 포토다이오드 어레이 표면에 평행한 면에 포토다이오드 어레이(220)의 활성 영역에 대해 정렬된다. 디멀티플렉서(226)는 이것이 회로 기판 표면으로 정의된 광 기준면(228) 상에 위치될 때, 디멀티플렉서(226)의 광 출구면이 포토다이오드 어레이(220) 위에서 정확한 높이에 있게 되도록 정밀한 두께를 갖는다.

본 발명에서 사용되고 구현되는 디멀티플렉서(226)는 본원에서 인용 문헌으로서 포함된 미국특허 제6,542,306호에서 기술되어 있으며 상부 표면 및 하부를 갖는 광 블럭을 포함하는 것이 바람직하다. 광 블럭은 적어도 하나의 광 소자와 복수의 파장 선택 소자 및 반사판을 갖는다. 광 블럭은 상세하게는 빔 전달 부재의 상부 상에 위치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 광 블럭 및 빔 전달 부재는 광학적으로 투명하다.

특히, 상기 미국특허에 기술되어 있는 바와 같이, 광 블럭의 상부 표면 상에 적어도 하나의 광 소자가 배치되는 것이 일반적인데, 그 일차적인 기능은 소정의 광 신호 경로를 따라 멀티파장 광 신호를 집속시켜 전달하는 것이다. 또한, 파장 선택 소자들은 광 블럭의 상부 표면 아래에 배치되는 것이 일반적이다. 파장 선택 소자는 광 소자로부터 광 신호를 수신하도록 설계 및 동작한다. 또한, 광 블럭의 상부 표면 상에서 파장 선택 소자와 대향하게 복수의 반사판을 배치하는 것이 일반적이다. 이러한 전략적 위치 설정 및 배향으로 인해, 반사판들은 하나의 파장 선 택 소자에서 인접한 파장 선택 소자에 광 신호를 전달할 수 있다. 그 후, 광 블럭의 하부 주위에 배치되는 빔 전달 부재는 파장 선택 부재에서 포토다이오드 어레이(220)로 광 신호를 재전달하여 집속하도록 동작한다. 비록 상술된 디멀티플렉서가 바람직하지만, 신호를 디멀티플렉싱하기 위한 다른 광 구성 역시 사용할 수 있으며, 이러한 다른 구성은 본 발명의 범주 내에 속하는 것이다.

본 발명은 멀티플렉스 레이저 조사를 단일 파이버 상으로 집속시키는 Fused Biconic Tapered(FBT) 커플러(114)와 인터페이싱하는, 표준이며 구입 가능한 4개의 파이버 피그테일드(pigtailed) 레이저(116)를 사용하여 트랜시버(100)를 구현한다. 파이버 피그테일드 레이저(116) 및 FBT(114)에서 사용되는 파이버는 플렉서블 기판 재료(140)에 고정된다. 이에 의해, 작업하기에 유연하고 용이한 상태를 유지하면서도 파이버 탱글링 및 파손을 방지시킬 수 있다. 플렉서블 기판 재료(140)는 미국 일리노이주 라일 소재의 몰렉스사로부터 구입 가능한 FlexPlane^TM, 또는 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 앤드 캄파니로부터 구입 가능한 Kapton^TM 등의 광 플렉서블 플래너 재료일 수 있다. 다른 플렉서블 기판 역시 사용할 수 있다. 플렉서블 기판(140) 전체 상에 사용된 컨포밍(conforming) 코팅재를 사용하여 파이버를 기판(140)에 고정시킨다.

상술된 바와 같이, 파이버들이 트랜시버 모듈 하우징(102) 내에서 자유로이 움직이는 것보다는, 플렉서블 기판(140)을 사용하여 광 파이버의 라우팅을 유지하여 원치않는 탱글링을 방지시킬 때가 추가적인 여러 장점들이 실현된다. 또한, 기 판(140)에 광 파이버를 부착시키는 것은 파이버에 대한 응력을 상당히 감소시키므로, 파이버 코팅재에 형성되는 미소 균열의 발생율이 감소된다. 파이버는 광 파이버에서 급격한 벤딩을 최소화하도록 라우팅 및 부착된다.

당 기술 분야의 숙련자에게는 본 발명의 기타 변형 및 장점들이 명백할 수 있다. 따라서, 본 발명의 상기 실시예들은 단지 일례로서 기술한 것이지, 본 발명의 사상 및 범주를 한정할 의도로 기술된 것은 아니다. 본 발명의 프로토콜 처리 양상에 관련된 기술의 여러 양상들 및 장치는 디지털 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어나 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 장치는 유형적으로 포함되어 기계 판독 가능 기억 장치에 프로그래머블 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램으로, 또는 자동으로 또는 요구에 의해 트랜시버로 다운로드될 수 있는 네트워크 노드 또는 웹 사이트에 배치된 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 상술한 기술은, 예를 들어, 단일 중앙 처리 장치, 멀티프로세서, 하나 이상의 디지털 프로세서, 논리 게이트의 게이트 어레이, 또는 입력 데이터 및 발생된 출력에 대해 동작하여 본 발명의 기능을 수행하는 신호 시퀀스 또는 명령어 프로그램을 실행하기 위한 하드와이어드 논리 회로에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 방법들은 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 명령어들을 수신하고 데이터 저장 시스템에 데이터 및 명령어들을 송신하도록 결합된 적어도 하나의 프로그래머블 프로세서, 적어도 하나의 입/출력 장치, 및 적어도 하나의 출력 장치를 포함하는 프로그래머블 시스템에 의해 실행 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로 구현되는 것이 유리할 수 있다. 각각의 컴퓨터 프로그램은 고수준의 프로시저 또는 객체 지향 형 프로그래밍 언어로, 또는 필요할 경우, 어셈블리나 기계어로 구현될 수 있으며, 어떤 경우라도, 언어는 컴파일 또는 해석된 언어일 수 있다. 적절한 프로세서는, 일례로, 범용 마이크로프로세서 및 특수 마이크로프로세서 모두 포함된다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 및/또는 랜덤 액세스 메모리로부터 데이터 및 명령어들을 수신할 것이다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 유형적으로 구체화하는 데 적합한 기억 장치에는, 일례로, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 장치 등의 반도체 장치; 내부 하드 디스크 및 가반형 디스크 등의 자기 디스크; 광-자기 디스크; 및 CD-ROM 디스크을 포함하여 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 상술한 것들 중 임의의 것은 특별히 설계된 주문형 집적 회로(ASIC)에 의해 보완되거나, 주문형 집적 회로에 포함될 수 있다.

상술된 각 소자 또는 둘 이상이 함께 하는 소자들이 상술된 유형과는 상이한 다른 유형의 구성으로 적합한 응용을 찾아 낼 수 있다는 것에 주목할 필요가 있다.

비록 본 발명을 광 통신 네트워크용 트랜시버로 구체화시킨 것으로 기술 및 도시하였지만, 도시된 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 여러 변형 및 구조 변경을 본 발명의 사상을 벗어 나지 않는 범위 내에서는 행할 수 있다.

따라서, 본 발명에 대해 더 이상 설명하지 않아도, 상술한 기재에 의해서도 본 발명의 요지가 충분히 드러나 있으므로, 현재의 지식을 응용함으로써 종래 기술의 관점으로부터 본 발명의 일반적 또는 특수 양상의 본질적 특성을 형성하는 특징들을 생략함이 없이도 여러 응용에 쉽사리 적응시킬 수 있으며, 이러한 응용은 첨부된 특허청구범위의 등가물의 의미 및 범주 내에서 이해되는 것으로 한다.

본 발명은 기본 트랜시버 모듈을 간단한 서브어셈블리 구성 변경만으로 상이한 프로토콜 및 상이한 광전 장치를 지원하도록 구성할 수 있으므로, 제조 비용이 절감되고, 각각 다른 응용마다 상이한 트랜시버를 제조할 필요성이 제거된다.

Claims

정보를 수용한 전기 신호(information-containing electrical signal)를 변환하여 이를 광 파이버에 연계시키기 위한 광 트랜시버에 있어서,

외부의 전기 케이블이나 정보 시스템 장치에 결합되어, 정보를 수용한 전기 통신 신호를 송수신하는 전기 커넥터와, 광 통신 신호를 송수신하기 위해 외부의 광 파이버에 결합되도록 구성된 광 파이버 커넥터와, 플러거블 모듈(pluggable module)을 형성하는 기부 및 커버 부재를 포함하는 하우징;

상기 하우징에 배치된 송신기 서브어셈블리 - 상기 송신기 서브어셈블리는 (i) 서로 다른 파장에서 동작하고, 제1 및 제2 전기 신호에 의해 각각 변조되어 제1 및 제2 레이저 광 빔을 출사하는 제1 및 제2 레이저와, (ii) 상기 제1 및 제2 빔을 수신하고, 각각의 광 신호를 단일의 멀티파장 빔으로 멀티플렉싱하고, 상기 광 신호를 외부의 광 파이버로 송신하기 위해 상기 광 파이버 커넥터에 연결되는 멀티플렉서와, (iii) 제1 전기 인터커넥트부(interconnect)를 포함함 -;

상기 하우징에 배치된 수신기 서브어셈블리 - 상기 수신기 서브어셈블리는 광 디멀티플렉서, 복수의 포토다이오드 및 제2 전기 인터커넥트부를 포함하고, 상기 광 디멀티플렉서는 상기 광 파이버 커넥터에 연결되어, 사전에 정해놓은 서로 다른 파장을 각각 가지며 정보를 수용한 복수의 신호를 포함하는 멀티파장 광 신호를 수신하고, 상기 광 신호를 상기 사전에 정해놓은 파장에 대응하는 개개의 광 빔으로 디멀티플렉싱하고, 상기 복수의 포토다이오드의 각각은 개개의 광 빔 경로의 지지체 상에 배치되고, 상기 포토다이오드들은 각각의 광 신호를 전기 신호로 변환하는 기능을 수행하고, 상기 제2 전기 인터커넥트부는 상기 전기 신호를 송신함 -; 및

상기 하우징에 배치되어, 적어도 10 기가비트 데이터율을 지원하는 사전에 정해놓은 전기 또는 광 통신 프로토콜로 상기 통신 신호를 처리하는 통신 프로토콜 처리 서브어셈블리

를 포함하는 광 트랜시버.
제1항에 있어서,

상기 통신 프로토콜 처리 서브어셈블리에 장착된 강성(rigid, 剛性)의 전기 인터커넥트부를 포함하는 광 트랜시버.
제1항에 있어서,

상기 통신 프로토콜 처리 서브어셈블리는 상기 송신기 서브어셈블리의 상기 제1 인터커넥트부에 연결된 제3 인터커넥트부와, 상기 수신기 서브어셈블리의 상기 제2 인터커넥트부에 연결된 제4 인터커넥트부를 포함하는 광 트랜시버.
제3항에 있어서,

(1) 상기 제1 및 제3 전기 인터커넥트부와,

(2) 상기 제2 및 제4 전기 인터커넥트부

중의 적어도 하나는 플렉서블 전기 인터커넥트부를 포함하는 광 트랜시버.
제3항에 있어서,

(1) 상기 제1 및 제3 전기 인터커넥트부와,

(2) 상기 제2 및 제4 전기 인터커넥트부

중의 적어도 하나는 강성의 전기 인터커넥트부를 포함하는 광 트랜시버.
제1항에 있어서,

상기 레이저 중의 적어도 하나와, 상기 기부 및 커버 부재 중의 적어도 하나와 접촉하는 하나 이상의 열전도성 차단 패드를 포함하는 광 트랜시버.
제1항에 있어서,

(1) 상기 통신 프로토콜 처리 서브어셈블리의 적어도 하나의 발열 컴포넌트와, 상기 기부 및 커버 부재 중의 적어도 하나와 접촉하는 하나 이상의 열전도성 차단 패드, 또는

(2) 서브어셈블리 중의 적어도 하나와, 적어도 하나의 서브어셈블리로부터 열을 방출하는 하우징 사이에 배치된 열전도성 차단 패드

중의 적어도 하나를 포함하는 광 트랜시버.
제1항에 있어서,

상기 멀티플렉서는 플렉서블 기판에 장착되는 광 트랜시버.
제8항에 있어서,

상기 하우징 내에 배치되고, 상기 제1 및 제2 레이저와 상기 멀티플렉서 사이에 연장되어 있는 복수의 광 파이버 - 상기 복수의 광 파이버는 상기 플렉서블 기판에 장착됨 - 를 포함하는 광 트랜시버.
제1항에 있어서,

상기 서브어셈블리 중의 적어도 하나는 열전도성 재료를 사용하여 상기 하우징에 직접 장착되는 광 트랜시버.
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