KR101521401B1 - 결합형 광 및 전기 인터페이스 - Google Patents

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Abstract

접속 포트는 전기 및/또는 광 인터페이스 능력을 제공한다. 결합된 전기 및 광 인터페이스 포트는 접속 포트 내에 광 통신 광 엔진을 포함할 수 있다. 접속 포트는 함께 통합된 커넥터 하우징, 전기 인터페이스 어셈블리, 및 광 인터페이스 어셈블리를 포함한다. 광 통신 광 엔진의 일 구현예는 광 신호를 생성하는 레이저 다이오드, 광 신호를 수신하는 포토 다이오드 및 광 인터페이스를 제어하는 광 집적 회로(IC)를 포함한다.

Description

결합형 광 및 전기 인터페이스{COMBINED OPTICAL AND ELECTRICAL INTERFACE}
본 발명의 실시예는 일반적으로 입출력(I/O) 인터페이스에 관한 것으로, 특히, 광 및 전기 인터페이스 능력을 모두 갖는 I/O 인터페이스 및 관련 커넥터에 관한 것이다.
저작권 공고/승인
본 특허 문서의 개시물의 일부는 저작권 보호되는 내용을 포함할 수 있다. 저작권 소유자는 특허청 특허 파일 또는 기록에 특허 문서 또는 특허 개시물이 실리기 때문에 어느 누구라도 그것을 재생산하는 데에 대해 이의가 없지만, 어떠한 경우에도 모든 저작권을 보유한다. 저작권 공고는 이하에서 설명하는 임의의 소프트웨어: 저작권
Figure 112014039238958-pat00001
2009, 인텔 코오포레이션(모든 권한을 보유함) 뿐만 아니라 이하에서 설명하는 바와 같이 및 첨부된 도면에서 모든 데이터에 적용된다.
현재의 컴퓨터 플랫폼 아키텍쳐 설계는 하나의 장치를 다른 장치에 접속하는 많은 상이한 인터페이스를 포함한다. 인터페이스는 컴퓨터 장치 및 주변 장치용 입출력(I/O)을 제공하고, 다양한 프로토콜 및 표준을 이용하여 I/O를 제공할 수 있다. 상이한 인터페이스는 또한 상이한 하드웨어 구조를 이용하여 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 현재의 컴퓨터 시스템은 일반적으로 장치를 접속하는 케이블의 단부의 물리적 커넥터 및 플러그에 의해 구현되는 바와 같이 대응하는 접속 인터페이스와의 다수의 포트를 포함한다. 공통 커넥터 타입은 다수의 연관된 USB(Universal Serial Bus) 플러그 인터페이스를 갖는 USB 서브시스템, 디스플레이포트, HDMI(High Definition Multimedia Interface), 파이어와이어(Firewire)(IEEE 1394에 기재), 또는 다른 커넥터 타입을 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치의 사이즈가 감소함에 따라, 포트를 구동하는 회로에 대한 인쇄 회로 기판(PCB 또는 PC 기판) 요구사항 뿐만 아니라 물리적 포트에 대한 물리적 공간 요구사항이 더 중요해졌다. 따라서, 모든 이용가능한 인터페이스 또는 상당한 수의 인터페이스를 제공하는 것은 실현 불가능할 수 있다. 또한, 널리 퍼져 있지만 다른 인터페이스(예를 들어, 광 인터페이스)의 대역폭 용량을 갖지 않는 어떤 인터페이스(예를 들어, USB)가 존재할 수 있다. 모든 인터페이스는 또한 유용성 및 내구성의 실제적인 문제에 직면하여(주변 장치는 여러번 플러그되거나 언플러그될 수 있다), 인터페이스의 효과를 감소시키면서 플러그의 정렬 정밀도에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
다음의 설명은 본 발명의 실시예의 구현의 예로서 주어진 도면의 설명을 포함한다. 도면은 예시적인 것이며 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 여기에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 "실시예"는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함되는 특정한 특징, 구조 또는 특성을 기재하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "일 실시예" 또는 "다른 실시예" 등의 구문은 본 발명의 다양한 실시예 및 구현예를 나타내는 것이며 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 그러나, 이들은 반드시 상호 배타적인 것은 아니다.
도 1은 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도.
도 2는 포트에 포함된 광 엔진을 갖는 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도.
도 3은 플러그 내에 통합된 광 엔진을 갖는 결합형 광 및 전기 인터페이스 플러그의 실시예의 블록도.
도 4는 결합형 광 및 전기 인터페이스로 광 신호를 송수신하는 실시예의 흐름도.
도 5a 내지 5b는 플로팅가능 렌즈(floatable lens)를 갖는 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도.
도 6은 PC 기판 상의 2개의 구성요소 사이에서 광 신호를 전달하는 점퍼 케이블(jumper cable)의 실시예의 블록도.
도 7은 커넥터 및 렌즈 구성요소 사이에서 광 신호를 교환하는 점퍼 케이블의 실시예의 블록도.
도 8a는 점퍼 케이블을 통해 광 신호를 전송하는 실시예의 흐름도.
도 8b는 점퍼 케이블을 통해 광 신호를 수신하는 실시예의 흐름도.
도 9a-9b는 광 커넥터를 렌즈 구성요소에 인터페이싱하고 정렬하도록 래칭하는 실시예의 블록도.
도 10a-10b는 래치 내에 장착된 광 커넥터의 실시예의 블록도.
도 11a-11b는 스프링력을 갖는 렌즈 구성요소에 광 커넥터를 고정하는 래치의 실시예의 블록도.
도 12는 래치를 갖는 렌즈 구성요소에 광 커넥터를 고정하는 실시예의 흐름도.
도 13은 넌-플립형(non-flipped) 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도.
도 14는 점퍼 어셈블리를 인터페이싱하는 렌즈 튜브 홀더를 갖는 넌-플립형 결합형 광 및 전기 인터페이스의 블록도.
도 15는 빔 확장의 실시예의 블록도.
이하에서 설명하는 실시예의 일부 또는 전부를 나타낼 수 있는 도면의 설명뿐만 아니라 여기에 제시된 진보적인 개념의 다른 잠재적 실시예 또는 구현예의 설명을 포함하는 소정의 세부사항 및 구현예의 설명이 뒤따른다. 본 발명의 실시예의 개요는 이하에 제공되며, 도면을 참조하여 더 상세한 설명이 뒤따른다.
여기에 기재된 바와 같이, 접속 포트는 전기 및/또는 광 인터페이스 능력을 제공한다. 어떤 실시예는 인터페이싱 및 정렬을 위한 메카니즘을 개시한다. 어떤 실시예는 인터페이스를 위한 PCB 리얼 에스테이트(real estate)를 감소시키고 및/또는 신호 품질을 개선하는 메카니즘을 개시한다. 일반적으로, 전기 및 광 결합 인터페이스는 단일 포트 내의 광 및 전기 구성요소 및/또는 본원에서 커넥터 및 정합(mating) 또는 대응하는 커넥터로서 지칭되는 대응하는 플러그를 포함한다.
일 실시예에서, 결합형 커넥터는 결합 커넥터 내에 광 통신 광 엔진을 포함한다. 결합형 커넥터는 함께 포함된 커넥터 하우징, 전기 인터페이스 어셈블리 및 광 인터페이스 어셈블리를 포함한다. 일 실시예에서, 광 통신 광 엔진은 광 신호를 생성하는 레이저 다이오드, 광 신호를 수신하는 포토 다이오드 및 광 인터페이스를 제어하는 광 집적 회로(IC)를 포함한다.
일 실시예에서, 결합형 커넥터는 렌즈가 움직이지 않거나 고정되기보다는 이동가능하게 하는 플로팅가능 광 렌즈를 포함한다. 정렬 메카니즘과 함께, 플로팅가능 렌즈는 정합 커넥터와 인터페이스할 수 있고 허용오차 내에서 정렬된 인터페이스를 제공한다. 렌즈가 움직이지 않게 커넥터 내에 고정되는 대신 플로팅가능하면, 정렬은 커넥터의 반복된 사용에 의한 장애에 덜 민감하다.
일 실시예에서, 결합형 커넥터는 다른 구성요소와 광학적으로 신호를 교환하는 점퍼 어셈블리로서 동작하는 플러그가능한 광 렌즈 어셈블리를 포함한다. 커넥터가 장착된 PCB 상의 커넥터의 물리적 부근에 또는 커넥터에서 광 신호를 터미네이션(terminating)하기보다는, 광 신호는 커넥터로부터 처리 구성요소로의 거리의 적어도 일부에 걸쳐 광학적으로 전달될 수 있다. 전통적으로, 광 신호가 터미네이션되고 전기적으로 처리 구성요소로 전달(또는 커넥터에 전기적으로 전달되어 광학적으로 송신)되어, 신호 품질을 감소 및/또는 신호 대역폭을 제한할 수 있다. 커넥터와 처리 구성요소 사이의 거리의 적어도 일부만큼 광학적으로 신호를 전달함으로써, 신호 품질은 유지될 수 있고, 대역폭이 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 래치 구성요소는 광 커넥터 부분을 PCB 상에 장착된 렌즈 구성요소에 고정한다. 래치는 광 인터페이스(예를 들어, 광 파이버)를 렌즈에 정렬하고 고정하여 양호한 신호 전달 능력을 제공한다. 중요하게, 래치는, PCB의 고온 처리시 파이버 및 렌즈 구성요소가 PCB에 근접하지 못하도록 PCB의 후속 리플로우(reflow) 처리에서 설치될 수 있다. 또한, 시간이 걸리고 비용이 드는 파이버의 수동 정렬은, 래치가 파이버를 PCB 설치된 렌즈 구성요소에 물리적으로 인터페이싱하고 정렬할 때 필요하지 않다.
커넥터 포트는 "플립형(flipped)" 구성 또는 "넌-플립형" 구성으로 구성될 수 있다. 플립형 구성은 전기 콘택을 정렬하는 대응하는 플러그를 "플립"하는 것이 필요하다. 예를 들어, 플립형 USB 구성에서, 전기 콘택은 커넥터의 하부에 위치한다(PCB가 커넥터의 하부에 있는 배향으로 가정). 플립형 USB 구성은 커넥터의 상부에 위치하는 전기 콘택을 갖는다. 넌-플립형 구성은 콘택용 전기 리드(lead)가 광 렌즈 구성요소가 장착될 필요가 있는 공간을 막는 상황을 도입할 수 있다. 따라서, 전기 및 광 구성요소는 동일한 물리적 공간을 위해 "경쟁"해야 한다. 리드를 통해 연장하는 렌즈 튜브 홀더를 이용하면, 전기 리드를 PCB와 상호 접속하게 하면서 광 인터페이스는 적절하게 포함되고 정렬될 수 있다.
도 1은 결합형 광 및 전기 인터페이스의 블록도이다. 시스템(100)은 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터, 넷북, 또는 다른 이러한 장치를 포함하는 다수의 장치 중의 임의의 것을 포함할 수 있는 장치(110)를 포함한다. 컴퓨팅 장치 이외에 많은 다른 타입의 전자 장치가 여기에 기재된 타입의 커넥터의 하나 이상을 포함할 수 있고, 여기에 기재된 실시예는 이러한 전자 장치에서 동일하게 적용될 수 있다. 다른 이러한 전자 장치의 예는 핸드헬드 장치, 스마트폰, 미디어 장치, 멀티미디어 장치, 메모리 장치, 카메라, 보이스 레코더, I/O 장치, 네트워킹 장치, 게임 장치, 게임 콘솔, 또는 이러한 커넥터를 포함할 수 있는 임의의 다른 전자 장치를 포함할 수 있다.
장치(110)는 전기 및/또는 광 신호 I/O 신호를 처리하는 임의의 타입의 처리 구성요소를 나타내는 처리기(proc)(112)를 포함한다. 처리기(112)는 추상적 개념이며, 단일 처리 장치가 사용되거나 다수의 개별 장치가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 처리기(112)는 마이크로프로세서, 프로그래머블 로직 장치 또는 어레이, 마이크로컨트롤러, 신호 처리기 또는 임의의 조합이거나 이들을 포함할 수 있다.
장치(110)는 플러그(132)와 인터페이싱하는 포트(120)를 포함한다. 플러그(132)는 (상술한 동일한 타입의 장치의 임의의 것일 수 있는) 주변 장치(130)가 장치(110)와 상호 접속하도록 하는 커넥터 플러그이다. 플러그(132)는 (코드(cord)를 갖는 또는 코드를 갖지 않는) 주변 장치(130)에 직접 형성되거나 독립형 케이블을 통해 주변 장치(130)에 상호 접속될 수 있다. 플러그(132)는 광 인터페이스, 전기 인터페이스 또는 그 둘다를 통해 통신을 지원한다.
플러그(132)는 장치(110)의 포트(120)와 정합한다. 여기에 사용되는 바와 같이, 하나의 커넥터를 다른 커넥터에 정합하는 것은 기계적 접속을 제공하는 것을 지칭한다. 하나의 커넥터를 다른 커넥터로 정합하는 것은 또한 통신 접속을 제공한다. 포트(120)는 기계적 접속 메카니즘을 제공하는 하우징(122)을 포함한다. 포트(120)는 또한 전기 및 광 인터페이스 구성요소를 포함한다. 광 경로(124)는 하나 이상의 구성요소를 나타내고, 처리기(112) 및 포트(120) 사이에서 신호를 전달하는 처리 및/또는 터미네이션(termination) 구성요소를 포함할 수 있다. 신호를 전달하는 것은 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이 생성 및 광 신호로의 변환, 또는 수신 및 전기 신호로의 변환을 포함할 수 있다.
전기 경로(126)는 처리기(112) 및 포트(120) 사이에서 전기 신호를 전달하는 하나 이상의 구성요소를 나타낸다. 광 경로(124)의 일부가 (특히, 처리기(112)에 대한 전기 신호로의/로부터의 변환을 위한) 전기적 구성요소를 포함할 수 있지만, 광 경로(124)는 광 신호로서 장치(110)에서 수신되거나 장치(110)로부터 전송된 신호를 전달한다는 것이 이해될 것이다. 반대로, 전기 경로(126)는 전기 신호로서 장치(110)에서 수신되거나 장치(110)로부터 전송된 신호를 전달한다. 따라서, 광 경로(124)는 광 인터페이스로서 포트(120)를 위한 통신 경로를 제공하고 전기 경로(126)는 전기적 인터페이스로서 포트(120)를 위한 통신 경로를 제공한다.
포트(120), 하우징(122) 및 광 및 전기 경로(각각 124 및 126)는 상술한 커넥터 실시예를 지원한다. 따라서, 일 실시예에서, 포트(120)는 포트(120) 내의 광 통신 광 엔진을 포함하는 결합 커넥터일 수 있다. 일 실시예에서, 포트(120)는 광 인터페이싱을 위한 플로팅가능 렌즈를 포함한다. 일 실시예에서, 포트(120)는 플러그가능 광 렌즈 어셈블리를 포함하고, 광 경로(124)는 처리기(112)와 광학적으로 신호를 교환하는 점퍼 어셈블리를 포함한다. 일 실시예에서 광 경로(124)는 광 커넥터를 장치(110)의 PCB 상에 설치된 렌즈 구성요소에 고정하는 래치 구성요소를 포함한다. 포트(120)는 플립형 또는 넌-플립형 커넥터로서 구성될 수 있다. 상술한 실시예 중의 하나 이상이 결합될 수 있다.
시스템(100)이 다양한 실시예에서 일반적으로 설명되지만, 다양한 실시예에 대한 세부사항은 이하에 더 상세히 설명된다.
커넥터 내의 광 엔진을 포함하는 결합형 커넥터에 대하여, 이러한 커넥터는 액티브 광 커넥터 또는 액티브 광 리셉터클(receptacle) 및 액티브 광 플러그로서 지칭될 수 있다. 일반적으로, 이러한 액티브 광 커넥터는 물리적 접속 인터페이스를 정합 커넥터, 전기 콘택 어셈블리 및 광 어셈블리에 제공하는 커넥터 하우징을 포함한다. 전기 콘택 어셈블리 및/또는 광 어셈블리는 또한 "서브어셈블리(subassembly)"라 지칭할 수 있다. 기술적으로, 어셈블리는 "완성된" 제품 또는 완성된 시스템 또는 제조된 아이템의 서브시스템으로 지칭될 수 있으나, 서브어셈블리는 일반적으로 다른 구성요소 또는 다른 서브어셈블리와 결합하여 서브어셈블리를 완성한다. 그러나, 서브어셈블리는 본원에서 "어셈블리"와 구별되지 않으며, 어셈블리에 대한 참조는 다르게는 서브어셈블리로 간주될 수 있는 것을 지칭할 수 있다.
전기 콘택 어셈블리는 물리적으로 커넥터 하우징와 함께 통합되거나, 집적되거나 또는 결합되고 전기 I/O 인터페이스를 제공한다. 광 어셈블리는 커넥터 하우징와 함께 물리적으로 통합되고 광 I/O 인터페이스를 제공한다. 일 실시예에서, 광 어셈블리는 광 신호를 액티브하게 생성 및/또는 수신 및 처리하는 광 엔진을 포함한다. 결합 커넥터를 통한 접속 인터페이스는 커넥터 하우징 내에 포함되는 상이한 인터페이스를 통해 전기 I/O 또는 광 I/O를 허용한다. 전기 I/O 및 광 I/O는 동시에 또는 실질적으로 동시에 발생할 수 있고, 또는 별도로 "교대로" 동작하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 광 엔진은 전기 I/O 인터페이스의 프로토콜에 따라 또는 그에 일관되게 광 신호를 처리할 수 있다. 광 및 전기 인터페이스는, 그럴수도 있지만, 엄격하게 동일한 프로토콜에 따라 동작할 필요는 없다. 광 엔진이 전기 I/O 인터페이스에 따라 신호를 처리하든 또는 상이한 프로토콜 또는 표준에 따라 신호를 처리하든 간에, 광 엔진은 특정한 커넥터 내의 의도된 프로토콜을 위해 구성되거나 프로그래밍될 수 있고, 상이한 광 엔진이 상이한 프로토콜을 위해 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 광 엔진은 광 신호를 생성하는 레이저 다이오드, 광 신호를 수신하는 포토 다이오드, 및 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 제어하는 광 집적 회로(IC)를 포함한다.
일 실시예에서, 포토 다이오드 또는 포토 다이오드 회로를 갖는 구성요소는, 포토 다이오드가 광 신호를 전기 신호로 변환한다는 관점에서, 광 터미네이션 구성요소로서 간주될 수 있다. 레이저 다이오드는 전기 신호를 광 신호로 변환한다. 광 IC는, 적절한 전압으로 레이저를 구동하여 출력을 생성하여 광 신호를 생성함으로써 광학적으로 송신된 신호에 기초하여 레이저 다이오드(예를 들어, VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser)를 구동한다. 광 IC는 포토 다이오드에 의해 생성된 전기 신호를 수신하여 해석을 위해 처리한다. 일 실시예에서, 광 IC는 전력 관리를 수행하여 사용하고 있지 않은 광 구성요소(예를 들어, 레이저, 포토 다이오드)를 턴오프한다.
사용될 수 있는 전기 프로토콜 또는 표준은 USB(표준 또는 미니), HDMI 또는 디스플레이포트를 포함할 수 있다. 각각의 상이한 표준은 전기 콘택 어셈블리를 위한 상이한 구성 또는 핀배치도(pinout)를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 커넥터 하우징의 사이즈, 형상 및 구성은 대응하는 커넥터의 정합을 위한 허용오차를 포함하는 표준에 의존한다. 따라서, 광 I/O 어셈블리를 통합하는 커넥터의 레이아웃은 다양한 표준마다 다를 수 있다. 본 기술에 숙련된 자에 의해 이해되는 바와 같이, 광 인터페이스는 교신가능한(line-of-sight) 접속부가 수신기와의 광 신호 송신기 인터페이스를 갖도록 한다(둘다 렌즈라 지칭할 수 있다). 따라서, 커넥터의 구성은 렌즈가 대응하는 전기 콘택 어셈블리에 의해 방해되지 않도록 한다. 예를 들어, 광 인터페이스 렌즈는 커넥터 하우징 내에서 어느 공간이 이용가능한지에 따라 콘택 어셈블리의 측면, 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
도 2는 포트에 포함된 광 엔진을 갖는 결합형 광 및 전기 인터페이스 포트의 실시예의 블록도이다. 커넥터(200)(즉, 도 2에 도시된 구성요소의 완성된 어셈블리)는 결합형 커넥터의 일 예를 나타낸다. 특히, 커넥터(200)는 커넥터 하우징 내의 액티브 광 엔진을 갖는 커넥터를 나타낸다. 도시된 특정한 예는 USB 표준-A 커넥터이지만, 다른 커넥터 타입이 여기에 기재된 바와 같이 동일하게 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 표준 커넥터를 통한 광 통신은 커넥터(200)로 도시된 바와 같이 전기 광학 회로 및 광 구성요소를 커넥터 리셉터클에 끼움으로써 액티브 방식으로 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 커넥터(200)는 리셉터클 시트 금속(260) 및 리셉터클 하우징(250)을 포함한다. 리셉터클 시트 금속(260)은 기계적 인터페이싱을 제공하고 커넥터를 접지한다. 특히, 리셉터클 시트 금속(260)은 리셉터클 하우징(250)에 대한 위치 강성(positional rigidity)을 제공하고, 커넥터(200)가 대응하는 플러그에 정합될 때 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공한다. 리셉터클 하우징(250)은 추가의 기계적 인터페이싱 구조물을 제공하고 I/O 인터페이스를 포함하는 구조물 또는 기계적 프레임워크를 제공한다. 전기적 인터페이싱은 콘택 서브어셈블리(또는 어셈블리)(210)를 통해 제공된다. 광 인터페이싱은 렌즈 프레임(220), 광 엔진(230) 및 렌즈(240)에 의해 제공된다.
상기에서 제안한 바와 같이, 광 엔진(230)은 레이저 다이오드, 포토 다이오드 및 광 IC를 포함할 수 있다. 광 엔진(230)을 형성하는 구성요소는 FR4 PCB(FR-4 또는 내염(flame retardant) 4, PCB로서 칭해짐), 플럭스 기판(flex-board) 또는 리드 프레임 등의 기판에 본딩된 와이어 및 다이일 수 있다. 렌즈 프레임(220)은 렌즈(240)와 광 엔진(230) 간의 정확한 정렬을 제공하여 광 손실을 감소시킨다.
렌즈(240)는 플라스틱, 유리, 실리콘, 또는 형상화될 수 있고 광 포커싱을 제공하는 다른 물질을 포함할 수 있는 임의의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 현재, 비용, 제조 및 내구성에 있어서 편리함을 제공하는 관점에서 일반적으로 플라스틱 렌즈가 선택된다. 일 실시예에서, 렌즈(240)는 확장 빔 광 인터페이싱을 지원하도록 설계된다. 확장 빔 접근법에서, 렌즈(240)는 송신 신호를 확장하고 시준하며 수신된 신호를 포커싱한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 시준(collimating)은 광 신호의 광자가 수신측에 더 평행하게 되도록 하는 것을 칭한다. 빔 확장은 도 15를 참조하여 이하에서 더 상세히 기재한다.
렌즈(240)는 커넥터(200)가 송신될 광 빔을 확장하여 광 통신을 용이하게 하게 한다. 또한, 렌즈(240)는 통신을 수신하기 위해 커넥터(200)가 확장된 광 빔을 포커싱하게 한다. 렌즈(240)는 수신 광을 광 엔진(230)의 수신 구성요소(예를 들어, 포토 다이오드)에 포커싱하고, 광 엔진(230)의 송신 구성요소(예를 들어, 레이저 다이오드)로부터의 광을 확장한다. 도시된 바와 같이, 단일 광 채널은 커넥터(200)에 의해 지원된다. 일 실시예에서, 커넥터(200)는 다수의 광 채널을 지원한다. 또 다른 광 채널은 송신 및 수신을 위한 렌즈 및 광 엔진(230) 상의 대응하는 송신 및 수신 구성요소를 포함한다.
일 실시예에서, 커넥터(200)는 USB 인터페이싱을 지원한다. 이러한 실시예에서, 콘택 서브어셈블리(210)는 역호환성 및 전기 통신 목적으로 USB2 콘택 및/또는 USB3 콘택을 포함할 수 있다.
도 3은 플러그 내에 통합되는 광 엔진을 갖는 결합형 광 및 전기 인터페이스 플러그의 실시예의 블록도이다. 커넥터(300)(즉, 도 3에 도시된 구성요소의 완성된 어셈블리)는 결합 커넥터의 일 예를 나타낸다. 특히, 커넥터(300)는 광 및 전기 인터페이싱을 모두 지원하는 커넥터이다. 도시된 바와 같이, 커넥터(300)의 구조물은 도 2의 커넥터(200)와 상호 보완적인 USB 표준-B 커넥터와 유사하다. 특정 타입의 커넥터는 단지 예이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다.
커넥터(300)는 시트 금속 쉴드(340)를 포함하여 커넥터(300)를 정합할 때 EMI 차폐 뿐만 아니라 플라스틱 하우징(310)에 강성(rigidity)을 제공한다. 플라스틱 하우징(310)은 전기 및 광 인터페이싱을 제공하는 구조뿐만 아니라 커넥터(300)에 대한 기계적 인터페이싱을 제공한다. 플라스틱 렌즈(320) 및 광 엔진(330)은 플라스틱 하우징(310)과 함께 통합되어 광 인터페이스 경로를 제공한다. 일 실시예에서, 광 엔진(330)은 레이저 다이오드, 포토 다이오드 및 광 IC를 포함한다. 도 2의 광 엔진(230)과 함께, 광 엔진(330)의 구성요소는 기판에 본딩된 와이어 및 다이일 수 있다. 일 실시예에서, 플라스틱 하우징(310)은 (정합 커넥터의 대응하는 시트 금속 하우징과 기계적 및 전기적으로 인터페이싱하는) 시트 금속 콘택(350)이 끼워지는 내부 슬롯을 포함한다. 플라스틱 하우징(310)은 또한 광 손실을 최소화하는 정렬 특징부를 포함할 수 있다.
도 4는 결합형 광 및 전기 인터페이스로 광 신호를 송신하고 수신하는 실시예의 흐름도이다. 여기에 도시된 흐름도는, 하드웨어, 소프트웨어 또는 조합을 포함할 수 있는 처리 로직에 의해 수행될 수 있는 다양한 프로세스 동작의 시퀀스의 예를 제공한다. 특정한 시퀀스 또는 순서로 도시되지만, 다르게 특정되지 않으면, 동작의 순서는 변경될 수 있다. 따라서, 도시된 구현예는 단지 예로서 이해되어야 하며, 프로세스는 상이한 순서로 수행될 수 있고, 임의의 동작은 병렬로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 동작은 본 발명의 다양한 실시예에서 생략될 수 있고, 따라서, 모든 동작이 모든 구현에 필수적인 것은 아니다. 다른 프로세스 흐름도 가능하다.
일 실시예에서, 광 어셈블리가 커넥터 하우징에 장착된다(402). 전기 어셈블리가 또한 커넥터 하우징에 장착된다(404). 광 및 전기 어셈블리는 장착되는 것으로 설명되며, 이는 커넥터의 물리적 구조물에 어셈블리를 포함(예를 들어 커넥터 하우징과 함께 포함)하는 것을 지칭한다. 어셈블리의 장착은 광 및 전기 인터페이스를 제공하는 한가지 방식이다. 그러나, 어셈블리 및 그의 관련 통신 경로는 호스트 장치 내에 통신 경로를 초기화 및/또는 구성함으로써 제공되는 것으로 간주될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 어셈블리는 예를 들어 소프트웨어 드라이버가 준비되어 경로의 하드웨어 구성요소(예를 들어, 신호를 제공하거나 생성하는 처리기, 구성요소 또는 구성요소들)와 인터페이싱할 때 제공된다.
일 실시예에서, 광 어셈블리는 광 엔진을 포함한다. 광 엔진은 통신을 위해 초기화될 필요가 있을 수 있다(406). 광 엔진은 결합형 광 및 전기 커넥터가 그의 일부분인 호스트 시스템의 동작 동안 동적으로 활성화되고 비활성화될 수 있다. 광 엔진의 활성화는 광 경로를 제공하는 것으로 간주될 수 있고, (예를 들어, 전력 절약의 목적으로) 비활성화된 전기 경로를 활성화하는 유사한 프로세스가 경로를 제공하는 것으로 간주될 수 있다.
송신에 있어서, 신호가 시스템 내에 생성되어 커넥터로부터 호스트 시스템이 결합형 커넥터를 통해 접속된 원격 장치로 전송된다. 따라서, 신호는 광 IC에서 생성된다(408). (예를 들어, IC로부터 드라이버로 전송된) 생성된 신호는 호스트 시스템의 또 다른 부분으로부터 수신되어 송신을 위해 IC 내에서 처리될 수 있다. 신호는 시스템 내에서 구현되는 프로토콜에 기초하여 전기 신호에서 광 신호로 변환된다(410). 프로토콜은 IC를 포함하는 커넥터용 광 및/또는 전기적 프로토콜을 포함한다. 신호는 그 후 레이저 다이오드로 송신될 수 있다(412). 레이저 다이오드로 신호를 송신하는 것은 신호를 전기 신호에서 광 신호로 변화하는 것으로 간주될 수 있다.
수신에 있어서, 신호가 광 어셈블리의 렌즈에서 수신된다(414). 신호는 렌즈로부터 예를 들어 포토 다이오드로 전송되어 광 IC에 의한 처리를 위해 광신호를 전기적 형태로 변환한다(416). 신호의 변환이 광 엔진의 포토 다이오드에서 수행되거나 광 신호가 신호를 수신할 처리기에 물리적으로 근접한 광 터미네이션 구성요소로 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 광 IC는 변환된 수신 신호를 처리한다(418).
커넥터 하우징에 포함되는 광 IC를 이용하면, 커넥터로부터 상이한 처리기로 신호를 전달하는 것을 피할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 실시예에서, 커넥터 그 자체는, 광 처리가 커넥터 외부에서 수행되는 비교가능한 수동 접근법보다 PCB 레이아웃 상에서 더 작은 리얼 에스테이트(real estate)를 이용하는 광 트랜시버이다.
상술한 바와 같이, 정합 커넥터 사이의 광 인터페이스는 적절한 신호 교환을 위하여 정렬되어야 한다. 일 실시예에서, 광 어셈블리는 플로팅(floating) 렌즈를 포함한다. 플로팅 렌즈는 커넥터 하우징 내에 강하게 고정되지 않은 것이며, 광 어셈블리의 광 렌즈와의 광 파이버의 좀 더 유연한 정렬을 허용한다.
일 실시예에서, 정렬은 정합 구성요소 또는 커넥터의 대응하는 핀 또는 탭과 인터페이싱하는 렌즈 구성요소의 바디 내의 노치(notch)를 통해 제공된다. 대안으로, 렌즈 구성요소의 바디는 정합 구성요소 또는 커넥터 상의 노치와 인터페이싱하는 핀 또는 탭을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정렬은, 스프링력을 제공하여 플로팅 렌즈를 적절한 위치로 누름으로써 개선될 수 있다.
도 5a 내지 5b는 플로팅가능 렌즈를 갖는 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도이다. 도 5a 및 5b의 예의 특정한 기계적 구조물은 광 USB 표준-A 플러그의 내부 구조물과 유사할 수 있지만, 비제한적인 예로서 이해될 것이다. 도 5a는 전기 인터페이스가 보이는 관점으로부터 플로팅 광 렌즈를 갖는 커넥터를 나타내고, 플로팅 렌즈는 커넥터의 정합 단부에 보인다. 도 5b는 커넥터 하우징 벽에 인접하는 구성요소 면의 관점으로부터 플로팅 광 렌즈를 갖는 커넥터를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 커넥터는 USB2 콘택(506), USB3 콘택(504), USB2 플라스틱 하우징(508) 및 USB3 플라스틱 하우징(502)을 포함한다. USB2 및 USB3 콘택은 플라스틱 하우징 내에 배치된 전기 콘택 어셈블리이다. 9개의 전기 콘택을 갖는 대량 생산 및 USB3 표준의 플로팅 렌즈 메카니즘을 구현하기 위하여, 하우징 구조물은 끼워 맞추기 위한 전기 콘택용의 다수의 부분을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 개별 플라스틱 하우징이 구현되어 전기 콘택을 캡쳐(capture)할 수 있다. 그러나, 2보다 많거나 적은 하우징이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도시된 바와 같이, USB3 플라스틱 하우징(502)은 USB3 콘택을 캡쳐하고, USB2 플라스틱 하우징(508)은 USB2 콘택을 캡쳐한다. 일 실시예에서, USB3 플라스틱 하우징(502)은 양쪽에 키를 포함하여 USB2 플라스틱 하우징(508) 내에 노치를 끼워넣는다. USB3 플라스틱 하우징(502) 및 USB2 플라스틱 하우징(508)은 단일 구성요소의 일부임을 이해할 것이다. 2개의 플라스틱 하우징은 전기 및 광 인터페이스를 장착하는 플라스틱 하우징을 형성한다. (플라스틱 플로팅가능 렌즈일 수 있는) 플로팅가능 렌즈(510)는 커넥터의 정합 단부에 위치하는 것으로 도시된다.
도 5b를 참조하면, 전기 어셈블리를 위한 전기 리드는 USB3 콘택(520) 및 USB2 콘택(522)에 의해 도시된 바와 같이 커넥터 하우징의 후면으로부터 돌출하는 것으로 도시된다. USB2 플라스틱 하우징(524)은 플로팅가능 렌즈(534)가 포함되는 구조물을 제공한다. 플로팅가능 렌즈(534)는 그것이 하우징 내에 강하게 장착되지 않기 때문에 플로팅한다. 오히려, 플로팅 렌즈 메카니즘은, 일단에서 스프링(528)이 USB2 플라스틱 하우징(524)에 대하여 밀고 다른 단부에서 플라스틱 플로팅가능 렌즈에 대하여 밀도록 함으로써 구현된다. 스프링(528)은 정합 단부에서 플로팅가능 렌즈(534)를 USB2 플라스틱 하우징(524)에 의해 형성되는 캐비티로 미는 텐션 또는 저항력을 생성한다. 스프링(528)은 형태에 있어서 평평하거나 코일로서 구현될 수 있고 플라스틱 또는 시트 금속으로 이루어질 수 있다. USB2 플라스틱 하우징(524)의 캐비티는 생성된 공간 내에서 플로팅가능 렌즈가 이동, 회전 또는 틸트하기에 충분한 빈 공간을 갖는다. 플라스틱 하우징의 정합 단부는 플로팅가능 렌즈(534)가 스프링(528)에 의해 눌려질 수 있는 센터 스토퍼(예를 들어, 탭, 또는 면, 또는 다른 메카니즘)를 포함한다.
플로팅가능 렌즈(534)는 빔 확장을 위한 렌즈 표면(532), 리셉터클측에서 렌즈와 맞물리는 정렬 노치(530), 및 파이버 부착을 위한 파이버 블라인드 홀 등의 모든 정밀 특징부를 갖는다. 파이버(526)는 커넥터 하우징 내에 형성된 파이버 채널 내에 도시되고 파이버 블라인드 홀 내의 플로팅가능 렌즈(534)와 정합한다. 도시된 바와 같이, 커넥터 내의 2개의 개별 광 채널을 구현하는데 사용되는 4개의 개별 렌즈 및 광 파이버가 존재한다.
플러그가 끼워지지 않았을 때는, 플로팅가능 렌즈(534)는 USB2 플라스틱 하우징(524)의 센터 스토퍼로 밀린다. 플러그가 끼워지면, 플로팅가능 렌즈(534)는 정렬 노치(530)를 통해 리셉터클에서 렌즈에 맞추어지고, 따라서, 플로팅가능 렌즈(534)의 렌즈 표면(532)은 리셉터클측에서 렌즈의 렌즈 표면까지 나란히 배열된다. 동시에, 플로팅가능 렌즈(534)는 리셉터클측에서 정렬 범프에 의해 뒤로 밀린다. 플로팅가능 렌즈(534)가 뒤로 밀리면, USB2 플라스틱 하우징(524)의 병진 또는 회전 중 어느 하나인 움직임은 플로팅가능 렌즈(534)의 움직임과 분리된다.
일 실시예에서, 결합형 광 및 전기 인터페이스 커넥터는 광 신호를 처리하는 광 엔진 내의 광 IC를 포함하는 액티브 인터페이스일 수 있다. 일 실시예에서, 광 신호는 커넥터 또는 플러그로부터 처리를 위한 처리 구성요소로 송신될 수 있다. 이러한 구현예에서, 트랜시버 모듈 점퍼 케이블 어셈블리는 처리 구성요소로의 통로의 적어도 일부로 광 신호를 광학적으로 전달할 수 있다. 전통적으로, 광 신호는 PCB 트레이스를 통해 커넥터와 교환되어 신호 품질을 감소시켰다. 신호를 광학적으로 전달함으로써, 더 높은 신호 품질 및 더 높은 대역폭을 달성할 수 있다.
도 6은 PC 기판 상의 2개의 구성요소 사이에서 광 신호를 전달하는 점퍼 케이블의 실시예의 블록도이다. 점퍼 어셈블리(600)는 광 트랜시버로부터 생성된 광이 본원에 개시된 결합형 광 및 전기 커넥터를 통해 주변 장치로 전달되게 한다. 일 실시예에서, 점퍼 어셈블리(600)는 플라스틱 점퍼 하우징(620), 점퍼 시트 금속 래치(610), 파이버(630), 열 수축부(heat shrink)(640) 및 플라스틱 렌즈(650)를 포함한다. 점퍼 하우징(620)은 파이버 부착을 위한 정밀 스루홀(through hole), 정밀 스루홀로의 매크로 파이버 정렬을 위한 포켓의 V 그루브, 및 부착 캐비티(660)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 부착 캐비티(660)는 점퍼 하우징(620) 내에 파이버를 고정하는 접착용 포켓일 수 있다.
점퍼 하우징(620)의 주요 목적은 파이버를 캡쳐하는 것이다. 점퍼 시트 금속 래치(610)는 점퍼 하우징(620)과 광 트랜시버 사이의 맞물림을 고정하기 위한 것이다. 파이버(630)는 광을 전달하는 도파관으로서 동작한다. 일 실시예에서, 광 채널 당 한쌍의 파이버가 존재한다. 도시된 바와 같이, 2개의 광 채널에 대응하는 4개의 파이버가 사용된다. 단일 채널 점퍼는 도시된 것과 유사하게 구성될 수 있다. 렌즈(650)는 빔 확장을 위한 렌즈 표면, 리셉터클 및 플러그에서의 렌즈 표면 사이의 광 정렬을 위한 정렬 범프 또는 탭, 및 파이버 부착을 위한 블라인드 홀 등의 정밀 특징부를 포함한다. 또한, 정렬은 리셉터클 및 플러그 상의 범프 또는 탭에 대응하는 렌즈(650) 상의 노치에 의해 제공될 수 있다. 렌즈(650)는 파이버를 블라인드 홀에 위치시키는 파이버 가이드 채널을 포함하여, 이는 파이버가 렌즈(650)의 실제 렌즈와 인터페이싱하도록 한다. 또한, 렌즈(650)는 커넥터 리셉터클에 자신을 록킹(lock)하는 2개의 키를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 열 수축부(640)는 스트레인 릴리프(strain relief)를 제공할 뿐만 아니라 파이버(630)를 렌즈(650)에 고정하는데 사용될 수 있다.
도 7은 커넥터와 렌즈 구성요소 사이에서 광 신호를 교환하는 점퍼 케이블의 실시예의 블록도이다. 점퍼 어셈블리(600)는 도 6에 도시된다. 이러한 점퍼 어셈블리는 도 7의 접속부의 콘텍스트에서 도시된다. 일 실시예에서, 점퍼 어셈블리는 플라스틱 덮개(plastic ferrule)에서 터미네이션되는 일단 및 광 렌즈에서 터미네이션되는 일단을 갖는 패치 코드(patch cord)로서 생각될 수 있다.
점퍼 어셈블리는 파이버(740)를 캡쳐하고 렌즈 구성요소(710)에 정렬하는 점퍼 하우징(720)을 포함한다. 점퍼 래치(730)는 점퍼 하우징(720)을 렌즈 구성요소(710)에 부착한다. 점퍼 하우징(720)은 또한 광 통신 경로를 인터페이싱하는 광 커넥터 구성요소로서 지칭될 수 있다. 렌즈 구성요소(710)는 또한 광 터미네이션 구성요소를 포함할 수 있다. 렌즈(750)는 커넥터(760)에서 광 인터페이싱을 허용하는 광 렌즈 구성요소이다. 일 실시예에서, 렌즈 구성요소(710)는 개별 처리 구성요소일 수 있는 광 신호 처리 구성요소 및 I/O 라우팅 처리기를 포함한다. I/O 라우팅 처리기는 커넥터(760)의 광 및 전기 결합 인터페이스들의 전기적 인터페이스로부터의 전기 I/O에 대해 책임을 질 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 다수의 결합협 커넥터가 단일 처리 유닛에 의해 서비스될 수 있다.
렌즈 구성요소(710)는 PCB(780) 상에 설치되는 렌즈 구성요소 하우징(770) 내에 배치된다. 커넥터(760)는 또한 PCB(780) 상에 설치된다. PCB 레이아웃은 커넥터(760)와 렌즈 구성요소 하우징(770) 사이의 약간의 거리를 포함한다. 그 결과, 완전한 시스템이 구성되면, 커넥터(760)와 렌즈 구성요소(710) 사이에 소정의 거리가 있다. 커넥터(760)와 렌즈 구성요소(710) 사이에서 광학적으로 광 신호를 전달하는 것은 신호 품질을 개선하게 된다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 도 6 및 7에 도시된 점퍼 어셈블리의 하나의 이점은 광 렌즈 및 파이버 구성요소를 솔더 처리 후에 설치할 수 있다는 것이다. 전기 구성요소는 일반적으로 솔더를 통해, 종종 리플로우 프로세스를 통해 PCB에 장착 또는 부착된다. 상이한 처리 기술이 공지되어 있지만, 하나의 공통된 방법은 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 기계장치 또는 동등물이 (예를 들어, 솔더 페이스트 등의 페이스트 또는 접착제를 통해) 구성요소를 제위치에 부착하고 솔더 페이스트를 전기 접속부에 배치하는 것이다. 설치된 모든 구성요소를 갖는 전체 PCB는 열이나 적외선(IR)에 노출되어 (일반적으로 솔더 플럭스(solder flux)를 포함하는) 솔더 페이스트를 용융하고, 구성요소 리드를 PCB 상의 트레이스 콘택에 솔더링하거나 솔더 조인트를 생성한다. 프로세스는 플라스틱 구성요소를 손상시키는 열을 포함할 수 있다. 따라서, 광 파이버 또는 다른 플라스틱 구성요소는 손상을 피하기 위하여 솔더 처리 후에 설치되어야 한다. 일반적으로, 이러한 구성요소는 생산 시간 및 비용을 증가시키면서 개별적으로 설치될 수 있다. 점퍼 어셈블리의 사용은 플라스틱 구성요소가 솔더 처리에 노출되지 않도록 보호하면서 기판 생산 시간을 크게 감소시킬 수 있다.
도시된 점퍼 어셈블리의 또 다른 이점은 광 구성요소의 수동 정렬이다. 광 파이버를 통해 광을 비추고 (예를 들어, 접착제를 통해) 구성요소를 세팅하기 전에 각각의 구성요소의 정렬을 (예를 들어, 수동으로) 확보하는 것을 요구하는 것 대신에, 렌즈 어셈블리의 맞물림이 구성요소를 수동적으로 정렬시킨다. 수동 정렬은 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이 래치에 의해 이루어진다.
이러한 점퍼 어셈블리를 이용하면, 광 신호는 PCB의 일부로부터 다른 부분으로 광학적으로 전달될 수 있다. 전달은 생성된 신호의 송신(도 8a) 또는 외부 구성요소로부터의 처리를 위한 신호의 수신(도 8b)일 수 있다. 어떤 경우에도, 신호는 커넥터에서 인터페이싱하는 광 렌즈 구성요소와, 송신 신호를 생성하고 수신신호를 처리하는 처리 구성요소 간의 거리의 적어도 일부 만큼 광학적으로 전달된다.
도 8a는 점퍼 케이블을 통해 광 신호를 송신하는 실시예의 흐름도이다. PCB의 광 IC는 PCB의 커넥터에 부착된 외부 장치에 광학적으로 송신될 신호를 생성한다(802). 신호는 전기 신호에서 광 신호로 변환된다(804). IC는 전기적으로 동작하는 것으로 상정하고, 따라서, 전기 신호를 생성한다. 신호를 광 신호로 변환하는 것은 송신될 광 신호에 대한 표준에 따라 수행된다. 전기 신호는 광 IC로부터 구성요소로 전달될 수 있으며, 이 구성요소는 전기 신호로부터 광 신호를 생성한다. 구성요소는 광 IC에 물리적으로 인접하도록 PCB 상에 설치되어, 신호 왜곡을 감소시킨다. 변환된 광 신호는 광학적으로 렌즈로 송신된다(806). 신호를 광학적으로 전달하는 것은 렌즈로의 송신의 적어도 광 부분에 대한 PCB 트레이스를 통한 신호의 송신을 바이패스한다. 전기/광 변환기를 광 IC 부근에 배치함으로써, 신호는 대부분 광학적으로 송신될 수 있다. 광 신호는 렌즈로부터 접속된 외부 장치로 송신될 수 있다(808).
도 8b는 점퍼 케이블을 통해 광 신호를 수신하는 실시예의 흐름도이다. 수신된 신호에 대하여, 광 신호는 렌즈(또는 광 렌즈 구성요소)에서 외부 장치로부터 수신된다(852). 렌즈는 렌즈로부터 동일한 PCB 상에 설치된 터미네이션 컴포넌트로 신호를 광학적으로 송신한다(854). 렌즈와 터미네이션 구성요소 간의 거리의 적어도 일부에 대하여 신호를 광학적으로 송신하는 것은, 다르게는 PCB 트레이스를 통해 전기적으로 수행될 수 있는 송신의 적어도 일부를 바이패스할 수 있다. 터미네이션 구성요소는 처리 구성요소 내에 포함되거나 포함되지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일 실시예에서, 신호가 처리기에서 수신되기 전에 광 신호로부터 전기 신호로 변환될 필요가 있다는 것을 제외하고, 신호는 렌즈로부터 처리기로 전체 거리에 걸쳐 광학적으로 본질적으로 전달될 수 있다.
신호는 처리를 위해 광 신호로부터 전기 신호로 변환된다(856). 신호는 그 후 터미네이션 컴포넌트로부터 처리기로 전기적으로 송신될 수 있고(858), 처리기는 그 후 신호를 처리할 수 있다(860).
동일한 PCB 상에 설치된 구성요소에 대한 참조는 동일한 PCB 뒷판 또는 동일한 전기적 회로의 일부인 PCB 뒷판 상에 설치된 구성요소를 지칭할 수 있다. 커넥터에 전기적 및 기계적으로 결합된 점퍼 기판의 사용은 PCB의 하나의 구성요소로부터 PCB 상에 설치된 또 다른 구성요소로 광 신호를 전달할 목적으로 동일한 PCB의 일부일 수 있다. 결합형 광 및 전기 커넥터의 관점으로부터, 전기적 접속은 커넥터를 통해 처리 구성요소를 포함하는 점퍼 기판으로 전달될 수 있다. 광 신호는 처리 구성요소로 광학적으로 전달될 수 있다.
상술한 것에 더하여, 점퍼 어셈블리는 개선된 광 인터페이스를 제공함으로써 파이버 처리 시간을 감소시킬 수 있다. 점퍼 어셈블리의 자기 정렬 및 빔 확장을 이용하면, 분할(cleaving) 후의 파이버에 대한 긴 연마 처리를 피할 수 있다. 광 구성요소의 설치는 신속하고 간단하며, 렌즈는 간단히 커넥터 리셉터클 하우징에 플러그된다. 상술한 바와 같이 IR 리플로우 처리에 대한 광 구성요소의 노출을 피할 수 있다.
점퍼 어셈블리에 대하여 상술한 바와 같이, 점퍼 어셈블리는 PCB의 렌즈 구성요소에 광 커넥터를 고정하는 커넥터 래치를 포함할 수 있다. 래치는 광 커넥터를 기계적으로 고정하고 광 구성요소를 정렬한다.
도 9a 내지 9b는 광 커넥터를 렌즈 구성요소에 인터페이싱하고 정렬하는 래치의 실시예의 블록도이다. 도 9a의 뷰(902)는 렌즈 구성요소에 접속될 래치와 맞물린 광 커넥터 구성요소를 나타낸다. 특히, 렌즈(920)는 PCB(910) 상에 설치된 렌즈 구성요소를 나타낸다. 뷰(902)에 도시된 바와 같이, PCB(910)는 커넥터(930) 및 렌즈(920)의 앞에 있어, 그들이 도 9a의 사시도로부터 보이는 것을 방해한다. 도 9b에서, PCB(910)는 뷰(904)의 관점에서 배경에 있다.
렌즈(920)는 광 커넥터 구성요소를 나타내는 커넥터(930)의 광 파이버와 인터페이싱하기 위한 것이다. 래치(940)는 커넥터(930) 및 래치(940)를 포함하는 커넥터 어셈블리를 렌즈(920)에 고정한다. 고정 메카니즘은 이하에서 더 상세히 설명한다.
따라서, 파이버에 대한 적어도 하나의 파이버 가이드 채널을 포함하는 광 커넥터 구성요소는 PCB 상에 장착된 렌즈 구성요소 상에 설치될 수 있다. 따라서, 광 커넥터의 파이버는 렌즈 구성요소의 렌즈와 적절하게 정렬되어 인터페이싱될 수 있다. 래치(940)는 광 커넥터 구성요소를 렌즈 구성요소에 기계적으로 고정한다. 래치(940)는 스프링 메카니즘을 포함하고, 그 예는 이하에서 더 상세히 설명한다. 스프링 메카니즘은 스프링력을 가하여 광 커넥터 구성요소를 렌즈 구성요소에 계속적으로 맞물리도록 한다. 프리로드(pre-loaded) 스프링 래치는 커넥터와 렌즈 사이의 확고한 접속을 항상 제공하는 간단한 설치를 가능하게 한다. 래치의 스프링력은 커넥터가 이동하는 것을 막으며, 이는 렌즈와 파이버 사이의 더 나은 접속을 허용한다.
도 10a 내지 10b는 래치에 장착된 광 커넥터의 실시예의 블록도이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 커넥터(1010), 광 커넥터 구성요소는, 커넥터를 래치로 슬라이딩함으로써 래치(1020)에 설치될 수 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 커넥터(1010)는 래치(1020)의 스프링 레그(1040)에 대하여 맞물려, 어셈블리가 설치될 때 훅(1030)을 향하여 커넥터를 미는 저항력을 제공한다. 훅(1030)은 커넥터를 고정하는 훅 및 훅 앵커(anchor) 메카니즘의 일부이다. 훅(1030)은 렌즈 구성요소 또는 PCB 상의 앵커 또는 유지장치(retainer)에 부착된다.
도 11a 내지 11b는 광 커넥터를 스프링력을 갖는 렌즈 구성요소에 고정하는 래치의 실시예의 블록도이다. 래치 및 커넥터는 래치 어셈블리(1140)로서 맞물려 있다. 래치 어셈블리(1140)는 PCB(1120)의 렌즈 구성요소(1130)와 맞물린다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 래치는 커넥터를 래치에 고정하는 u 채널(1110)을 포함한다. u 채널은 U자 형상으로 구부러지거나 형성되는 래치의 탭에 의해 생성되어 커넥터의 그루브 또는 융기부와 인터페이스할 수 있다. 대안으로, V형상이 동일하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다. u 채널은 어셈블리로서 래치 및 커넥터를 함께 유지하고, 래치 내에서 커넥터의 수직 이동을 제한한다. 래치 어셈블리(1140)와 렌즈 구성요소(1130) 간의 설치는, 도 11b에 도시된 바와 같이, 래치의 훅을 맞물리게 할, 간단한 "밀어 설치(push to install)"일 수 있다.
도 11b를 참조하면, 래치 어셈블리(1140)가 렌즈 구성요소(1130)에 완전히 맞물리면, 래치의 스프링 레그 특징부는 스프링력(1160)을 커넥터에 제공하여 커넥터가 렌즈 구성요소(1130)에 확고하게 정합하도록 한다. 훅 특징부 및 스프링 레그 특징부로부터의 간섭으로부터 생성된 힘은 항상 커넥터를 렌즈 구성요소로 기계적으로 민다. 일 실시예에서, 스프링력(1160)은 어셈블리가 래치를 렌즈 구성요소에 고정하는 래치 유지장치(1150)에 의해 완전히 맞물릴 때 유지된다.
래치 어셈블리(1140)의 래치는 형상 복원력(shape resilience)을 갖는 금속 등의 물질로 구성될 수 있다. 형상 복원력은 물질이 형상 변화에 저항하는 특정 조성의 물질의 특징을 말한다. 따라서, 물질은 물질의 형상을 왜곡시키도록 시도하는 힘이 가해지는 경우에도 그 형상을 유지하도록 충분히 비가단성(non-malleable)이다. 물질의 형상을 왜곡시키도록 시도하는, 가해진 힘은 예를 들어 다른 물체에 의한 형상과의 기계적 간섭일 수 있다.
도 11a 및 11b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 래치 유지장치(1150)는 맞물리는 동안 래치의 훅이 밖으로 구부러지도록 한다. 그러나, 훅의 형상 회복력은 훅을 다시 눌러 유지장치와 맞물리도록 한다. 유사한 효과는 다른 실시예에서 훅에 대하여 밖으로 대신 안으로 힘을 가함으로써 달성될 수 있다. 래치 어셈블리의 스프링 레그는 마찬가지로 설치시 커넥터로부터 멀어지도록 밖으로 왜곡된다. 훅이 맞물리면, 스프링 레그의 형상은 스프링 레그를 밀고 있는 커넥터의 기계적 간섭에 의해 약간 왜곡된다. 스프링 레그는 기계적 간섭에 저항하고 커넥터에 대하여 되밀어, 커넥터를 렌즈 구성요소를 향하여 미는 일정한 텐션을 형성하게 된다. 스프링 레그의 다른 형상뿐만 아니라, 훅의 다른 형상이 사용될 수 있다. 대안으로, 스프링력(1160)은, 커넥터를 렌즈 구성요소를 향하여 미는 커넥터와 래치의 에지 사이에 설치된 하나 이상의 코일 스프링에 의해 가해질 수 있다.
도 13은 광 커넥터를 래치를 갖는 렌즈 구성요소에 고정하는 실시예의 흐름도이다. 광 커넥터 구성요소는 래치에 장착되어 래치 어셈블리를 형성한다(1302). 커넥터 구성요소를 장착하는 것은 커넥터 구성요소를 래치의 장착 채널과 인터페이싱하는 것을 포함할 수 있다(1304). 예를 들어, 래치는 커넥터 상의 대응하는 기계적 구조물과 맞물리는 "U자 형상" 또는 "V자 형상" 채널을 포함할 수 있다.
커넥터 및 래치 어셈블리 또는 조합은 PCB 상에 장착되거나 설치된 렌즈 구성요소에 기계적으로 고정된다(1306). 렌즈 구성요소에 고정된 래치 어셈블리는 커넥터 구성요소 상에 일정한 힘을 가하는 스프링력 메카니즘을 결합하여 커넥터 구성요소를 렌즈 구성요소를 향하여 민다(1308). 일정한 힘으로, 커넥터의 광 구성요소(예를 들어, 광 파이버 및/또는 렌즈)가 렌즈 구성요소(예를 들어, 렌즈)의 대응하는 광 구성요소와 적절하게 정렬되고 인터페이싱된다.
일 실시예에서, 광 인터페이스 커넥터 하우징은 광 USB 표준-A 플립형 리셉터클일 수 있다. 다른 실시예에서, 광 인터페이스 커넥터 하우징은 광 USB 표준-A 넌-플립형 리셉터클일 수 있다. 점퍼 어셈블리에 대한 참조와 함께 상기 설명은 주로 플립형 리셉터클 하우징의 예에 초점을 맞추었다. 넌-플립형 리셉터클 하우징을 사용하기 위하여, USB 전기 인터페이스를 위한 전기 콘택의 리드는 렌즈가 리셉터클 하우징에 삽입되어 통합되는 물리적 공간과 적어도 부분적으로 경쟁한다. 확장된 렌즈 어셈블리는 도 13 및 14에 도시된 바와 같이 광 구성요소를 적절하게 인터페이싱하는데 사용될 수 있다.
도 13은 넌-플립형 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도이다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 리셉터클 하우징의 텅(tongue)이 PCB에 더 근접한 하부 절반에 배치되고 케이블 플러그가 플립되어 리셉터클와 맞물릴 때 리셉터클은 '플립'된다. 리셉터클은 리셉터클 하우징의 텅이 PCB로부터 먼 상부 절반에 있거나 PCB에 대면할 때 '넌-플립'된다. 따라서, 전기 콘택은 리셉터클 하우징의 텅 상에 있거나, 또는 리셉터클의 상부에 있어, PCB에 대면한다. USB3가 신호를 커넥터와 연관된 PCB에 접속시키기 위한 연관된 리드를 갖는 추가적인 5개의 전기 콘택을 필요로 한다는 관점에서, 커넥터가 USB3를 지원할 때 일반적으로 플립형 구성이 된다.
어셈블리(1300)는 (일반적으로 PCB "위에 있거나" 또는 PCB에 인접하는) 커넥터와 연관된 PCB와 기계적으로 인터페이싱하는 리셉터클 시트 금속(1350)을 포함한다. 리셉터클 시트 금속(1350)은 리셉터클 하우징(1340)을 캡쳐하고, 정합 플러그로의 접속을 위한 기계적 커플링 및 EMI 차폐를 제공한다. 리셉터클 하우징(1340)은 리셉터클 시트 금속(1350)에 록킹되고 광 및 전기 인터페이스 어셈블리를 수용한다.
콘택 서브어셈블리 또는 어셈블리(1330)는 USB3 및 USB2 콘택을 캡쳐하는 하우징(일반적으로, 플라스틱)을 포함한다. 콘택 서브어셈블리(1330)는 리셉터클 하우징(1340)에 록킹된다. 어셈블리(1300)로부터 알 수 있는 바와 같이, 콘택 서브어셈블리(1330)는, PCB(1360)를 향해 돌출하고 콘택 어셈블리 및 광 서브어셈블리가 삽입되는 리셉터클 하우징(1340)의 면을 적어도 부분적으로 막는 리드를 갖는다. 플립형 구성에서, 전기 콘택 서브어셈블리가 PCB에 더 가깝게 리셉터클 하우징의 하부 절반 상에 설치되면, 리드는 개구를 막을 필요가 없다.
일 실시예에서, 어셈블리(1300)는 다수의 렌즈 튜브(1320)를 그 후 포함하는 렌즈 튜브 홀더(1310)를 포함한다. 렌즈 튜브(1320)는 그 길이가 콘택 서브어셈블리(1330)의 리드를 통해 연장하기에 충분하고, 리셉터클 하우징(1340) 내의 렌즈 또는 다른 광 구성요소와 맞물리거나 인터페이스한다. 따라서, 콘택 서브어셈블리(1330)에 의한 방해는 광 인터페이싱 및 I/O와 간섭하지 않는다. 상술한 렌즈 구성요소는 광 인터페이싱을 정렬하는 것을 돕는 정밀 특징부를 포함한다. 마찬가지로, 렌즈 튜브(1320)는 정렬 메카니즘(예를 들어, 노치, 범프, 탭) 뿐만 아니라 빔 확장을 위한 렌즈 표면 및 파이버 부착을 위한 블라인드 홀 등의 정밀 특징부를 포함한다. 렌즈 튜브 홀더(1310)는 각각의 플라스틱 렌즈 튜브(1320)를 캡쳐하여 리셉터클 하우징(1340)으로 민다. 일 실시예에서, 렌즈 튜브 홀더(1310)는 렌즈 튜브와 결합하여 하나의 플라스틱 부분이 될 수 있다. 단일 부분으로서, 모든 렌즈는 리셉터클 하우징(1340) 내에서 적절하게 결합 정렬될 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈 튜브 홀더(1310) 및 렌즈 튜브(1320)는 점퍼 케이블 어셈블리의 일부이다.
도 14는 점퍼 어셈블리와 인터페이싱하는 렌즈 튜브 홀더와의 넌-플립형 결합형 광 및 전기 인터페이스의 실시예의 블록도이다. 어셈블리(1400)는 렌즈 튜브를 갖는 점퍼 어셈블리의 약간 다른 뷰를 제공한다. 어셈블리(1400)의 커넥터는 커넥터 하우징 면(1440)을 갖는 커넥터 하우징을 포함한다. 도시된 바와 같이, 전기 콘택 리드(1450)는 커넥터 내에서 콘택으로부터 아래로 연장하고 커넥터 하우징 면(1440)의 개구를 막는다.
일 실시예에서, 커넥터는 상술한 바와 같이 점퍼 어셈블리(1410)와 인터페이스한다. 점퍼 어셈블리(1410)는 연장된 튜브 렌즈를 포함하는 플러그인 렌즈(1420)에 접속된다. 파이버(1430)는 플러그인 렌즈(1420)의 파이버 블라인드 홀로부터 점퍼 어셈블리(1410)로 연장한다. 도 13의 렌즈 튜브 홀더(1310)는 또한 플러그인 렌즈이고, 4개의 렌즈 튜브(1320)를 포함하는 것으로 보일 것이다. 도 14의 플러그인 렌즈(1420)는 2개의 렌즈 튜브를 포함한다. 따라서, 일 실시예에서, 도 13의 렌즈는 2개의 개별 광 채널을 수용하지만, 도 14의 렌즈는 하나의 광 채널을 수용한다.
도 15는 빔 확장의 실시예의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 광 신호는 파이버(1522)를 통해 전달되어 파이버(1524)로 전송된다. 파이버(1522) 내의 광 빔은 렌즈(1512)에 의해 확장 및 시준되며(1532), 그 후 렌즈(1514)로의 더 넓은 빔으로서 인터페이싱될 수 있다. 제공된 예에서 도시된 바와 같이, 파이버(1522 및 1524)는 대략 62.5 마이크로미터의 직경을 가질 수 있고, 확장된 빔은 대략 700 마이크로미터의 직경을 갖는 렌즈들(1512 및 1514) 사이에서 전달된다. 빔의 확장은 파이버(1512 및 1514)를 광학적으로 커플링하는 것을 가능하게 하는데, 여기에서 버트 커플링(butt coupling)은 전통적으로 대부분의 커넥터의 기계적 허용오차를 위한 적절한 성능을 제공하지 않는다. 약간의 오프셋조차도 비확장 빔에 대하여 상당한 신호 손실을 유발하며, 심지어는 수 마이크로미터의 오프셋도 신호의 10% 이상의 손실을 유발할 수 있다. 그러나, 빔 확장으로, 먼지 또는 다른 광 장애에 대한 허용오차만큼, 기계적 허용오차가 개선된다.
파이버(1522) 내의 광빔은 고도로 평행한 광자로 구성되지만, 설명의 목적으로, 파이버(1522)는 산란광(1542)을 포함하는 것으로 도시된다. 광빔이 파이버 내에서 산란된 광을 갖는 상황에서도, 확장 및 시준(1532)은 광자를 좀 더 평행하게 함으로써 광 신호 품질을 개선한다. 따라서, 평행광(1534)은 렌즈(1512 및 1514) 사이에서 전송되는 것으로 도시된다. 광빔은 렌즈(1514)에 의해 포커싱(1536)되고, 평행광(1544)은 파이버(1524)를 통해 전송된다.
본원에 개시된 다양한 동작 또는 기능을 확장하기 위해, 그들은 소프트웨어 코드, 명령어, 구성 및/또는 데이터로서 기재되거나 정의될 수 있다. 콘텐츠는 직접 실행가능하거나("객체" 또는 "실행가능한" 형태), 소스 코드, 또는 차 코드(difference code)("델타" 또는 "패치(patch)" 코드)일 수 있다. 여기에 기재된 실시예의 소프트웨어 콘텐츠는 저장된 콘텐츠를 갖는 제조 제품 또는 통신 인터페이스를 통해 데이터를 송신하는 통신 인터페이스를 동작하는 방법을 통해 제공될 수 있다. 기계 판독가능 저장 매체는 머신이 개시된 기능 또는 동작을 수행하게 하고, 기록가능/기록불가능한 매체(예를 들어, 리드 온리 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광 저장 매체, 플래시 메모리 장치, 등)과 같은 머신(예를 들어, 컴퓨팅 장치, 전자 시스템, 등)에 의해 액세스가능한 형태로 정보를 저장하는 임의의 메카니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는 하드와이어, 무선, 광학 등의 매체 중의 임의의 것과 인터페이싱하여 메모리 버스 인터페이스, 프로세서 버스 인터페이스, 인터넷 접속, 디스크 제어기 등의 다른 장치와 통신하는 임의의 메카니즘을 포함한다. 통신 인터페이스는, 구성 파라미터를 제공하고 및/또는 신호를 전송하여 통신 인터페이스를 준비하여 소프트웨어 콘텐츠를 기술하는 데이터 신호를 제공함으로써 구성될 수 있다. 통신 인터페이스는 통신 인터페이스에 전송된 하나 이상의 명령 또는 신호를 통해 액세스될 수 있다.
여기에 기재된 다양한 구성요소는 기재된 동작 또는 기능을 수행하는 수단일 수 있다. 여기에 기재된 각각의 구성요소는 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 포함한다. 구성요소는 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈, 특수 목적 하드웨어(예를 들어, 애플리케이션 특정 하드웨어, ASIC(application specific integrated circuits), 디지털 신호 처리기(DSP) 등), 임베드된 제어기, 하드와이어드(hardwired) 회로, 등으로서 구현될 수 있다.
여기에 기재된 것 이외에, 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명의 개시된 실시예 및 구현예에 다양한 변형이 가능하다. 그러므로, 여기에 기재된 설명 및 예는 예시적인 것으로 제한적 의미로 해석되지 않는다. 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 평가된다.

Claims (10)

  1. 입출력(I/O) 장치로서,
    입출력 커넥터 - 상기 입출력 커넥터는 전기 및 광 입출력 인터페이스 양자를 포함하고 상기 광 입출력 인터페이스는 적어도 하나의 광 렌즈를 포함함 -,
    적어도 하나의 광 파이버 - 상기 적어도 하나의 광 파이버의 제1 단부는 상기 입출력 커넥터에서 터미네이션하고 상기 적어도 하나의 광 렌즈에 광학적으로 연결됨 -, 및
    광 신호들을 전기 신호들로 변환하는 송수신기 모듈 - 상기 송수신기 모듈은 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광 파이버의 제2 단부는 상기 송수신기 모듈에서 터미네이션하고, 상기 입출력 커넥터 및 상기 송수신기 모듈은 접하고 있지 않음(not coterminous) -
    을 포함하는 입출력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 입출력 인터페이스는 USB(universal serial bus), HDMI(high-definition multimedia interface) 또는 디스플레이 포트(DisplayPort)에 대한 표준에 따라 전기 입출력을 제공하는 입출력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기 모듈은 상기 전기 입출력 인터페이스의 프로토콜에 따라 광 신호들을 더 처리하는 입출력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기 모듈은, 포토디텍터(photodetector), 레이저 다이오드, 및 상기 포토디텍터 및 상기 레이저 다이오드를 제어하는 집적 회로 칩을 포함하는 입출력 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입출력 커넥터는 상기 입출력 커넥터에 진입하는 광이 이동(travel)할 수 있고 상기 송수신기 모듈의 일부인 포토디텍터에 의해 검출될 수 있는 광 경로의 일부인 제1 광 렌즈 및 상기 송수신기 모듈의 일부인 레이저 다이오드를 빠져나가는 광이 이동할 수 있고 상기 입출력 커넥터를 통해 출력될 수 있는 광 경로의 일부인 제2 광 렌즈를 포함하는 입출력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입출력 커넥터는 리셉터클 하우징을 더 포함하고 전기 입력 인터페이스는 상기 리셉터클 하우징내에 포함되는 전기 콘택 어셈블리를 포함하는 입출력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기 모듈에서 터미네이션하는 상기 광 파이버의 단부는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 광 신호 처리용 렌즈 구성요소에 래칭 메커니즘을 통해 연결되는 커넥터에서 터미네이션하는 입출력 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 입출력 커넥터 내에서 유연하게 고정되는 입출력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 렌즈는 시준되는 광 빔을 상기 적어도 하나의 광 파이버로 포커싱하는 입출력 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기 모듈은 전기 신호들을 광 신호들로 또한 변환하는 입출력 장치.
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