TWI499819B - 光機總成及使用該光機總成之收發器 - Google Patents

光機總成及使用該光機總成之收發器 Download PDF

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Description

光機總成及使用該光機總成之收發器
本發明係關於一種通訊裝置，特別是關於一種光機總成及使用該光機總成之收發器。
請參照第1圖所示，其顯示習知光通訊系統之一發射端(transmitter)9之示意圖，其包含一印刷電路板91、一光電元件92及一轉向元件93。
該光電元件92設置於該印刷電路板91上，並電性連接至一晶片(未繪示)，以將該晶片所傳送的電信號轉換為光信號後，垂直該印刷電路板91而向上發射。該轉向元件93上設置有複數光纖931，其先端形成有鍍上金屬的45度傾斜面以反射垂直傳送的光信號為水平傳送的光信號。水平傳送的光信號可透過一連接器(未繪示)傳送至外部傳輸線。
本技術領域中，如何對位該等光纖931的45度傾斜面與該光電元件92之雷射晶片921為一重要的課題，良好的對位可減少耦合損失(coupling loss)以使光信號能夠擁有更佳的品質。然而，由於印刷電路板91的平整度不佳，例如一般為100微米，因此於其上直接設置該光電元件92會存在難以精確控制後續對位的問題。
有鑑於此，本發明提出一種光機總成及使用該 光機總成之收發器，其將光電元件設置於一金屬承載座，其具有簡單的結構以簡化製作程序並具有良好的平整度，可提高對位精度並可降低製作成本。
本發明之一目的在提供一種光機總成及使用該光機總成之收發器，其可降低製作成本，提高生產效率並提高光耦合效率。
本發明另一目的在提供一種光機總成及使用該光機總成之收發器，其使用一金屬承載座用以承載光電元件，故具有良好的散熱效果。
本發明另一目的在提供一種光機總成及使用該光機總成之收發器，其使用具有簡單的構造之一金屬承載座承載光電元件，故可簡化製作程序。
本發明另一目的在提供一種可同時收發光信號及電信號之收發器。
本發明提供一種光機總成，包含一承載座、一光電元件、一固定件及複數光纖。該承載座包含一承載面及一側牆從該承載面之一側緣向上延伸一預設高度，該側牆具有一上表面平行該承載面。該光電元件設置於該上表面之一中央位置並具有複數主動區。該固定件設置於該承載面上並包含複數固定透孔及兩定位透孔。該等光纖穿設於該等固定透孔內，每一該光纖前端形成一45度傾斜面且該等45 度傾斜面分別對位該等主動區。
本發明另提供一種收發器，包含一光機總成、一連接器、一控制晶片、一基板及一傳輸線。該該承載座包含一承載面及一側牆從該承載面之一側緣向上延伸一預設高度，該側牆具有一上表面平行該承載面。該光電元件設置於該上表面之一中央位置並具有複數主動區。該固定件設置於該承載面上並包含複數固定透孔及兩定位透孔。該等光纖穿設於該等固定透孔內，每一該光纖前端形成一45度傾斜面且該等45度傾斜面分別對位該等主動區。該連接器設置於該承載面上並包含兩定位銷用以穿入該固定件之該兩定位透孔。該控制晶片耦接該光電元件。該光機總成及該控制晶片設置於該基板上。該傳輸線包含複數傳輸光纖及複數銅導線，該等傳輸光纖透過該連接器分別光耦合至該光機總成之該等光纖，該等銅導線電性連接至該基板上之一配線佈局。
本發明另提供一種收發器，包含一印刷電路板、一控制晶片、一光機總成及一傳輸線。該控制晶片設置於該印刷電路上用以產生或接收電信號。該光機總成設置於該印刷電路上並耦接該控制晶片並用以產生或接收光信號。該傳輸線耦接該光機總成及該印刷電路板，包含4條傳輸光纖及7條銅導 線，其中該4條傳輸光纖用以傳輸包含TMDS資料之該光信號且該7條銅導線用以傳輸該電信號。
一實施例中，該承載座為金屬材質，例如鋅合金或銅合金所製成。
一實施例中，該連接器為一標準MT連接器。
本發明之光機總成及使用該光機總成之收發器中，該光機總成及該傳輸線所包含的光纖數量係根據所欲傳送的資料格式決定，例如當用以傳送高清晰度多媒體介面(HDMI)資料時，可包含4條光纖用以傳送TMDS資料；其他實施例中也可僅利用1條光纖用以傳送TMDS資料。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。於本發明之說明中，相同的構件係以相同的符號表示，於此合先敘明。
請參照第2圖所示，其顯示本發明實施例之光機總成之示意圖。光機總成1係用以透過一標準MT連接器(multi-terminal connector)與一傳輸線連接(詳述於後)，以發出光信號至該傳輸線或自該傳輸線接收光信號。該光機總成1包含一承載座11、一光電元件12、一固定件13及複數光纖14。
該承載座11係用以承載該光電元件12及該固定件13，其包含一承載面111及一側牆112從該承載面111之一側緣(例如圖中左側)向上延伸一預設高度H，該側牆112具有一上表面1121平行該承載面111。本實施例中，該承載座11為金屬材質，例如鋅合金或銅合金，例如可利用壓模成型或金屬射出成型所製成，如此可得到高平整度(10微米以內)。
該光電元件12設置於該側牆112之上表面1121之一中央位置並包含複數主動區121(如第3A圖所示)，其可為一雷射晶片(laser chip)用以將電信號轉換為光信號或一光偵測器(photodetector)用以偵測光信號並轉換為電信號。該等主動區121的數目則根據通訊系統所需的通道(channel)數目決定，例如此處顯示為4個通道。一實施例中，複數光電元件12中的一部分可為光偵測器而另一部分為雷射晶片，以同時作為通訊系統之一收發器(tranceiver)。
該固定件13設置於該承載面111上並包含複數固定透孔131及兩定位透孔132，其沿伸方向較佳平行於該承載面111並具有一寬度W(如第3B圖所示)；其中，該等固定透孔131係用以固定該等光纖14於其內而該兩定位透孔132係用以讓標準MT連接器之兩定位銷(詳述於後)插入，以結合標準MT連接器。本實施例中，該等固定透孔131之一孔距 (pitch)例如為250微米，以與標準MT連接器相配合；當然，所述孔距可根據不同應用而客製化設計。一實施例中，該固定件13可利用射出成型製作，並使該等固定透孔131及該兩定位透孔132與標準MT連接器相對應。另一實施例，該固定件13可為標準MT連接器的一部分(例如透過切割標準MT連接器而得)，如此該等固定透孔131及該兩定位透孔132則能夠與標準MT連接器相對應。同理，該等固定透孔131的數目則根據所需的通道數目決定。
一實施例，該承載面111自該側牆112之一深度D較佳大於該固定座13之寬度W，例如大約相差1毫米，以方便組裝。
該等光纖14例如可為裸光纖(bare fiber)，每一該光纖14穿設於該等固定透孔131內且其前端形成一45度傾斜面141用以使光信號SL 轉向。因此，該等45度傾斜面141分別對位於該等主動區121。此外，為了增加該45度傾斜面141的反射率，可於其上施以一層或多層的金屬或介電質鍍膜。
請參照第4A及4B圖所示，第4A圖顯示本發明實施例之收發器之側視圖；第4B圖顯示本發明實施例之收發器之立體圖。本實施例之收發器2用以將第2圖所示之光機總成1所產生的光信號SL 透過一標準MT連接器傳送至一傳輸線或透過該標準MT 連接器從該傳輸線接收光信號SL 至該光機總成1。
收發器2包含該光機總成1、一連接器21、一控制晶片22、一基板23及一傳輸線24；其中，該光機總成1及該控制晶片22係設置於該基板23上。該基板23例如可為一印刷電路板(PCB)，其表面上根據運作需求具有配線佈局(circuit layout)。該光機總成1如第2圖所示包含該承載座11、該光電元件12、該固定件13及該等光纖14，故於此不再贅述。此外，該基板23較佳包含一凹部231用以設置該光機總成1，如此可縮短該光電元件12與該控制晶片22間的距離，以縮短打線(wire bonding)的長度。然而，根據不同應用，該凹部231可不予實施。一實施例中，該凹部231係利用機械加工所製作。
該連接器21可為一標準MT連接器，其部分設置於該光機總成1之承載面111上並包含兩定位銷(dowel pin)211用以穿入該固定件13之兩定位透孔132以進行結合。如前所述，該連接器21具有複數固定孔212相對該固定件13之固定透孔131以供外部光纖241穿入，當該連接器21透過該兩定位銷211結合於該固定件13並固設於該承載面111上時，所述外部光纖241則可與該等光纖14的遠離該45度傾斜面141的一側進行光耦合。可以了解的是，該固定件13及該連接器21可根據實際應用來 製作，只要能彼此能夠互相配合即可；換句話說，該連接器21可不為標準MT連接器。
該控制晶片22可透過打線或該基板23上的配線佈局耦接至該光電元件12，更明確的說該控制晶片22係電性連接至該光電元件12之主動區121。當該主動區121為雷射晶片時，該雷射晶片將來自該控制晶片22之電信號轉換為光信號並朝向垂直該承載面111的方向發射該光信號至該等光纖14之45度傾斜面141；當該主動區121為光偵測器時，該光偵測器將來自該等光纖14之光信號轉換為電信號並將該電信號傳送至該控制晶片22進行處理。
請參照第5圖所示，其顯示本發明實施例之收發器所耦接之傳輸線之剖示圖。該傳輸線24包含複數傳輸光纖241(即上述外部光纖)及複數銅導線242，該等傳輸光纖241可穿設並固定於該連接器21之固定孔212內以透過該連接器21分別光耦合至該光機總成1之該等光纖14，該等銅導線242電性連接至該基板23上之一配線佈局(如第6圖)，以透過該配線佈局電性連接該控制晶片22。藉此，該控制晶片22可透過該等銅導線242發出或接收電信號並透過該光機總成1、該連接器21及該等傳輸光纖241發出或接收光信號。可以了解的是，為進行光耦合，該等傳輸光纖241的前端(面向該固定件13 之一端)經過研磨拋光。
該傳輸線24包含的該等傳輸光纖241及該等銅導線242的數目可根據傳輸系統所傳輸的通訊資料而設計。例如，當本實施例之收發器2係用以收發高清晰度多媒體介面(HDMI)資料時，該傳輸線可24可包含4條傳輸光纖241及7條銅導線242(如第5圖所示)；其中，該4條傳輸光纖241可用以分別傳送TMDS 0、TMDS 1、TMDS 2以及TMDS CLK資料，而該7條銅導線242則用以傳送TMDS信號以外的資料。此外，該傳輸線24可另包含一遮蔽層243用以遮蔽該等銅導線242的電磁干擾(EMI)以及一保護層244包覆於該傳輸線24的最外層。此外，根據不同的調變方式，TMDS信號亦可僅利用一條傳輸光纖241進行傳輸。
換句話說，當本實施例之收發器2用以收發HDMI資料時，該光機總成1及該控制晶片2均設置於一印刷電路板上，該控制晶片2用以產生或接收電信號(例如TMDS信號以外的資料)，該光機總成1耦接該控制晶片22用以產生或接收光信號(例如TMDS信號)。該傳輸線24光耦接該光機總成1並電耦接該印刷電路板23，其包含至少一條(例如此處顯示4條)傳輸光纖用以傳輸包含TMDS資料的光信號以及7條銅導線用以傳輸TMDS資料以外的電 信號(如第6圖所示)。
此外，可以了解的是，本發明實施例之不同元件間的結合可透過黏膠加以固定。
綜上所述，習知光通訊系統之發射端中，光電元件係直接設置於印刷電路板上，由於印刷電路板的不良平整度導致光耦合效率不易控制在良好範圍內。本發明另提出一種光機總成(第2圖)及使用該光機總成之收發器(第4B及6圖)，其使用具有簡單構造之一金屬承載座用以承載光電元件，故可簡化製作程序並降低製作成本。此外，根據該金屬承載座的特性，本發明之光機總成及使用該光機總成之收發器另具有良好的散熱效果及光耦合效率。
雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧光機總成
11‧‧‧承載座
111‧‧‧承載面
112‧‧‧側牆
1121‧‧‧側牆之上表面
12、92‧‧‧光電元件
121‧‧‧光電元件之主動區
13‧‧‧固定件
131‧‧‧固定透孔
132‧‧‧定位透孔
14、931‧‧‧光纖
141‧‧‧光纖之45度傾斜面
2、9‧‧‧收發器
21‧‧‧連接器
211‧‧‧定位銷
212‧‧‧固定孔
22‧‧‧控制晶片
221‧‧‧打線
23‧‧‧基板
231‧‧‧基板之凹部
24‧‧‧傳輸線
241‧‧‧外部光纖
242‧‧‧銅導線
243‧‧‧遮蔽層
244‧‧‧保護層
91‧‧‧印刷電路板
911‧‧‧電路配置
921‧‧‧雷射晶片
93‧‧‧轉向元件
SL ‧‧‧光信號
第1圖顯示習知光通訊系統之發射端之示意圖
第2圖顯示本發明實施例之光機總成之側視圖。
第3A圖顯示本發明實施例之光機總成之光電元件之立體圖。
第3B圖顯示本發明實施例之光機總成之固定件之立體圖。
第4A圖顯示本發明實施例之收發器之側視圖。
第4B圖顯示本發明實施例之收發器之立體圖。
第5圖顯示本發明實施例之收發器所耦接之傳輸線之剖視圖。
第6圖顯示本發明實施例之收發器之上視圖。
1‧‧‧光機總成
11‧‧‧承載座
111‧‧‧承載面
112‧‧‧側牆
1121‧‧‧側牆之上表面
12‧‧‧光電元件
121‧‧‧主動區
13‧‧‧固定件
14‧‧‧光纖
141‧‧‧光纖之45度傾斜面
SL ‧‧‧光信號

Claims (9)

  1. 一種光機總成，包含：一承載座，包含一承載面及一側牆從該承載面之一側緣向上延伸一預設高度，該側牆具有一上表面平行該承載面，其中該承載座為鋅合金或銅合金所製成；一光電元件，設置於該上表面之一中央位置並包含複數主動區；一固定件，設置於該承載面上並包含複數固定透孔及兩定位透孔；以及複數光纖，穿設於該等固定透孔內，每一該光纖前端形成一45度傾斜面且該等45度傾斜面分別對位該等主動區。
  2. 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該主動區為一雷射晶片或一光偵測器。
  3. 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該固定件之該等固定透孔之一孔距為250微米；該等光纖為裸光纖。
  4. 一種收發器，包含：一光機總成，包含：一承載座，包含一承載面及一側牆從該承載面之一側緣向上延伸一預設高度，該側牆具有一上表面平行該承載面；一光電元件，設置於該上表面之一中央位置並包含複數主動區； 一固定件，設置於該承載面上並包含複數固定透孔及兩定位透孔；及複數光纖，穿設於該等固定透孔內，每一該光纖前端形成一45度傾斜面且該等45度傾斜面分別對位該等主動區；一連接器，設置於該承載面上並包含兩定位銷用以穿入該固定件之該兩定位透孔；一控制晶片，耦接該光電元件；一基板，該光機總成及該控制晶片設置於該基板上；以及一傳輸線，包含複數傳輸光纖及複數銅導線，該等傳輸光纖透過該連接器分別光耦合至該光機總成之該等光纖，該等銅導線電性連接至該基板上之一配線佈局。
  5. 依申請專利範圍第4項之收發器，其中該連接器為一標準MT連接器。
  6. 依申請專利範圍第4項之收發器，其中該承載座為鋅合金或銅合金所製成。
  7. 依申請專利範圍第4項之收發器，其中該基板另包含一凹部用以設置該光機總成。
  8. 依申請專利範圍第4至7項其中一項之收發器，其中該傳輸線包含4條傳輸光纖及7條銅導線。
  9. 依申請專利範圍第4至7項其中一項之收發器，其中該收發器用以收發HDMI資料。
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