WO1996010302A1 - Optische datenverbindung zwischen benachbarten baugruppen - Google Patents

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WO1996010302A1
WO1996010302A1 PCT/DE1995/001247 DE9501247W WO9610302A1 WO 1996010302 A1 WO1996010302 A1 WO 1996010302A1 DE 9501247 W DE9501247 W DE 9501247W WO 9610302 A1 WO9610302 A1 WO 9610302A1
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Hans-Günther SCHRECK
Ulrich Gruhler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/801—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
    • H04B10/803—Free space interconnects, e.g. between circuit boards or chips
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Definitions

  • the invention relates to an optical data connection between adjacent modules, which are arranged parallel to one another within a module frame, in which at least one correspondingly modulated light beam is emitted from one module to the neighboring module through the interspace between neighboring modules.
  • at least one transmitter module with a laser diode arrangement which emits a slightly divergent light beam, is arranged on one module, and at least one receiver module with a photodiode arrangement is arranged on the opposite module.
  • Such an optical data connection is e.g. B. from DE 37 39 629 AI known.
  • transmission can only take place in one direction, since each module has only one transmitter module on one side and one receiver module on the other side.
  • optical data connections between adjacent modules are already known (see, for example, “Optoelectronic interconnection based on a light-guiding plate with holographic coupling elements", Optical engineering 30 (10), 1620-1623 (Oct. 1991), which one In this case, the optical connection is made via a light-conducting glass plate in the backplane, which results in considerable problems with the coupling and uncoupling of the light beams from the light-conducting glass plate.
  • This object is achieved in an optical data connection of the type mentioned in that a one-piece transmission and reception module with a laser diode arrangement and a photodiode arrangement (PD) is provided on one side of each assembly, the laser diode arrangement and the photodiode arrangement being located within the transmission and Receiving module lying parallel to the module circuit board and offset by a certain amount opposite each other, surface plan mirrors for deflecting the light beams by 90 degrees are provided between these two arrangements in the respective beam paths, and that one of the light beams through an opening in the module circuit board passes through.
  • a one-piece transmission and reception module with a laser diode arrangement and a photodiode arrangement (PD) is provided on one side of each assembly, the laser diode arrangement and the photodiode arrangement being located within the transmission and Receiving module lying parallel to the
  • the optical data connection according to the invention is characterized by a simple structure. Because a single module is necessary for sending and receiving and openings are provided in the assembly at the assembly location of the module, a single module can transmit and receive in both directions.
  • An advantageous embodiment of the optical data connection according to the invention can be characterized in that the transmitting and receiving module contains several laser diode and photo diode arrangements next to one another.
  • 1 shows the basic structure of an optical data connection according to the present invention
  • 2 shows the basic structure of transmit and receive modules for establishing an optical data connection, the modules being able to transmit and receive in both directions.
  • FIG. 1 shows the basic structure of an optical data connection according to the present invention between two component circuit boards BGL, which are arranged in parallel next to one another.
  • Sending locations SO and receiving locations EO are arranged on each printed circuit board, the corresponding receiving locations
  • the beam expansion can be seen in FIG. 1, as a result of which the optical connection is position-tolerant and does not have to be adjusted.
  • the expansion is optimized for maximum reception power with given tolerances and connection lengths.
  • the sending location essentially consists of a laser diode and the receiving location essentially consists of a photodiode.
  • the sending location SO and receiving locations EO can be accommodated within one sending and receiving module SEM.
  • Lenses L are combined with the laser diodes LD and with the photodiodes PD to form the light beam. These lenses are each integrated with a laser diode LD or a photodiode PD in a submodule. This integration can also include the electronics required for electro-optical conversion.
  • the submodules are arranged horizontally to reduce the module height. The deflection in the direction of radiation takes place via surface plan mirror SP.
  • all the necessary components are arranged in a single module.
  • the module SEM can be attached to both sides of an assembly in order to establish connections on two sides. If, as shown in FIG. 2, openings are provided in the module circuit board and in the corresponding housing wall of the module, a single module can send and receive in both directions.
  • a module can contain several transmit and receive channels next to one another, the minimum channel spacing being in the range from 5 to 10 mm.
  • optical connections to neighboring assemblies no longer have to be routed over the rear wall, the rear wall is relieved, the routing on the assembly is simplified.
  • the optical connection can transmit almost any data rate, the only limitation being the electro-optical converters.
  • Transmitting and receiving modules can be arranged as desired on the module circuit board, even in the immediate vicinity of high-frequency sources and sinks.
  • the optical data connection is a contactless connection, which eliminates the use of connectors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Datenverbindung zwischen benachbarten Baugruppen. Zur Einsparung von aufwendigen Vielfachsteckverbindungen wird mindestens ein entsprechend modulierter Lichtstrahl (SK) durch den Zwischenraum zwischen benachbarten Baugruppen (BGL) von einer Baugruppe (BGL) zu der benachbarten Baugruppe (BGL) abgestrahlt.

Description

Beschreibung
Optische Datenverbindung zwischen benachbarten Baugruppen
Die Erfindung betrifft eine optische Datenverbindung zwischen benachbarten Baugruppen, die innerhalb eines Baugruppenrah¬ mens parallel nebeneinander angeordnet sind, bei der minde¬ stens ein entsprechend modulierter Lichtstrahl durch den Zwi¬ schenraum zwischen benachbarten Baugruppen von einer Bau- gruppe zu der benachbarten Baugruppe abgestrahlt wird, wobei auf einer Baugruppe mindestens ein Sendemodul mit einer La¬ serdiodenanordnung, welche einen leicht divergenten Licht¬ strahl abstrahlt, und auf der gegenüberliegenden Baugruppe mindestens ein Empfangsmodul mit einer Photodiodenanordnung angeordnet ist.
Eine derartige optische Datenverbindung ist z. B. aus der DE 37 39 629 AI bekannt. Jedoch kann bei dieser bekannten opti¬ sche Datenverbindung nur in einer Richtung gesendet werden, da jede Baugruppe lediglich auf einer Seite ein Sendemodul und auf der anderen Seite ein Empfangsmodul aufweist.
Es sind aber bereits auch optische Datenverbindungen zwischen benachbarten Baugruppen bekannt (siehe z.B. "Optoelectronic interconnection based on a light-guiding plate with hologra- phic coupling elements", Optical engineering 30 (10), 1620 - 1623 (Okt. 1991), welche einen Duplexbetrieb zulassen. Hier¬ bei erfolgt die optische Verbindung über eine lichtleitende Glasplatte in der Rückwandleiterplatte. Hierbei ergeben sich erhebliche Probleme bei dem Einkoppeln und Auskoppeln der Lichstrahlen aus der lichtleitenden Glasplatte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine opti¬ sche Datenverbindung zwischen benachbarten Baugruppen der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und einen Sende- und Empfangs¬ betrieb in beiden Richtungen erlaubt. Diese Aufgabe wird bei einer optischen Datenverbindung der eingangs genannten Art dadurch gelöst,daß auf einer Seite von jeder Baugruppe ein einteiliges Sende- und Empfangsmodul mit einer Laserdiodenanordnung und einer Photodiodenanordnung (PD) vorgesehen ist, wobei die Laserdiodenanordnung und die Photodiodenanordnung innerhalb des Sende- und Empfangsmoduls parallel zur Baugruppenleiterplatte liegend und um einen be¬ stimmten Betrag versetzt gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen diesen beiden Anordnungen in den jeweiligen Strahlengängen Oberflächenplanspiegel zur Umlenkung der Lichtstrahlen um 90 Grad vorgesehen sind, und daß einer der Lichtstrahlen durch einen Durchbruch in der Baugruppenleiter¬ platte hindurchtritt.
Die erfindungsgemäße optische Datenverbindung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. Dadurch, daß zum Senden und Empfangen ein einziges Modul notwendig ist und am Montage¬ platz des Moduls Durchbrüche in der Baugruppe vorgesehen sind, kann ein einziges Modul in beide Richtungen senden und empfangen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen opti¬ schen Datenverbindung kann dadurch gekennzeichnet sein, daß das Sende- und Empfangsmodul mehrere Laserdioden- und Photo- diodenanordnungen nebeneinander beinhaltet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Figur dar¬ gestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In der Figur zeigt
FIG 1 den prinzipiellen Aufbau einer optischen Datenverbin¬ dung gemäß der vorliegenden Erfindung, und FIG 2 den prinzipiellen Aufbau von Sende- und Empfangsmodulen zum Aufbau einer optischen Datenverbindung, wobei die Module in beide Richtungen senden und empfangen können.
FIG 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer optischen Daten¬ verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen zwei Baugruppenleiterplatten BGL, welche parallel nebeneinander angeordnet sind. Auf jeder Leiterplatte sind Sendeorte SO und Empfangsorte EO angeordnet, denen entsprechende Empfangsorte
EO und Sendeorte SO auf der anderen Baugruppenleiterplatte gegenüberliegen. In FIG 1 ist die StrahlaufWeitung zu erken¬ nen, wodurch die optische Verbindung lagetolerant ist und nicht einjustiert werden muß. Die Aufweitung wird auf maxima- le Empfangsleistung bei gegebenen Toleranzen und Verbindungs- längen optimiert.
Der Sendeort besteht im wesentlichen aus einer Laserdiode und der Empfangsort besteht im wesentlichen aus einer Photodiode. Es können mehrere Sendeorte SO und Empfangsorte EO innerhalb eines Sende- und Empfangsmoduls SEM untergebracht sein.
FIG 2 zeigt prinzipiell einen besonders zweckmäßigen Aufbau derartiger Sende- und Empfangsmodule. Zur Formung des Licht- Strahls sind sowohl mit den Laserdioden LD als auch mit den Photodioden PD Linsen L kombiniert. Diese Linsen sind jeweils mit einer Laserdiode LD bzw. einer Photodiode PD in einem Submodul integriert. Diese Integration kann auch die zur elektro-optischen Wandlung nötige Elektronik umfassen. Bei der in FIG 2 gezeigten Auführungsform von Sende- und Emp¬ fangsmodulen SEM sind zur Verminderung der Modulbauhöhe die Submodule liegend angeordnet. Die Umlenkung in die Abstrahl- richtungen erfolgt über Oberflächenplanspiegel SP. Hier sind alle notwendigen Komponenten in einem einzigen Modul angeord- net. Das Modul SEM kann auf beiden Seiten einer Baugruppe an¬ gebracht werden, um Verbindungen nach zwei Seiten hin herzu¬ stellen. Werden, wie in FIG 2 gezeigt ist, Durchbrüche in der Baugruppenleiterplatte und in der entsprechenden Gehäusewand des Moduls vorgesehen, kann ein einziges Modul in beide Rich- tungen senden und empfangen.
Dabei kann ein Modul mehrere Sende- und Empfangskanäle neben¬ einander beinhalten, wobei der minimale Kanalabstand im Be¬ reich von 5 bis 10mm liegen kann.
Abschließend werden noch einmal die Vorteile der erfindungs¬ gemäßen optischen Datenverbindung zusammengefaßt: Die optischen Verbindungen zu Nachbarbaugruppen müssen nicht mehr über die Rückwand geführt werden, die Rückwand wird ent¬ lastet, das Routing auf der Baugruppe vereinfacht.
Die optische Verbindung kann fast beliebig hohe Datenraten übertragen, wobei die Beschränkung ausschließlich bei den elektrooptischen Wandlern liegt.
Sende- und Empfangsmodule können beliebig auf der Baugruppen¬ leiterplatte angeordnet werden, auch in unmittelbarer Nähe von Hochfrequenzquellen und -senken.
Bei der optischen Datenverbindung entfallen Impedanzanpas- sungsprobleme.
Die optische Datenverbindung ist eine kontaktlose Verbindung, wodurch der Einsatz von Steckverbindern entfällt.
Das Übersprechen auf parallelen Kanälen ist auch bei hohen Frequenzen vernachläßigbar und von der Datenrate unabhängig.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Datenverbindung zwischen benachbarten Baugruppen, die innerhalb eines Baugruppenrahmens parallel nebeneinander angeordnet sind, bei der mindestens ein entsprechend modu¬ lierter Lichtstrahl durch den Zwischenraum zwischen benach¬ barten Baugruppen von einer Baugruppe zu der benachbarten Baugruppe abgestrahlt wird, wobei auf einer Baugruppe minde¬ stens ein Sendemodul mit einer Laserdiodenanordnung, welche einen leicht divergenten Lichtstrahl abstrahlt, und auf der gegenüberliegenden Baugruppe mindestens ein Empfangsmodul mit einer Photodiodenanordnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite von jeder Baugruppe (BGL) ein einteiliges Sende- und Empfangsmodul (SEM) mit einer Laserdiodenanordnung (LD) und einer Photodiodenanordnung (PD) vorgesehen ist, wo¬ bei die Laserdiodenanordnung (LD) und die Photodiodenanord¬ nung (PD) innerhalb des Sende- und Empfangsmoduls (SEM) par¬ allel zur Baugruppenleiterplatte (BGL) liegend und um einen bestimmten Betrag versetzt gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen diesen beiden Anordnungen in den jeweiligen Strahlengängen Oberflächenplanspiegel (SP) zur Umlenkung der Lichtstrahlen um 90 Grad vorgesehen sind, und daß einer der Lichtstrahlen (SK) durch einen Durchbruch (D) in der Baugrup- penleiterplatte (BGL) hindurchtritt.
2. Optische Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und Empfangsmodul (SEM) mehrere Laserdioden- und Photodiodenanordnungen (LD, PD) nebeneinander beinhaltet.
3. Optische Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Baugruppe (BGL) mindestens ein Sende- und Emp- fangsmodul (SEM) mit einer Laserdiode (LD) zum Abstrahlen ei¬ nes leicht divergenten Lichtstrahls und mit einer Photodiode (PD) zum Empfang eines Lichtstrahls vorgesehen ist.
4. Optische Datenverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiodenanordnung (LD) und die Photodiodenanord- nung (PD) innerhalb des Sende- und Empfangsmoduls (SEM) pa¬ rallel zur Baugruppenleiterplatte (BGL) liegend und um einen bestimmten Betrag versetzt gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen diesen beiden Anordnungen in den jeweiligen Strahlengängen Oberflächenplanspiegel (SP) zur Umlenkung der Lichtstrahlen um 90 Grad vorgesehen sind, und daß einer der Lichtstrahlen (SK) durch einen Durchbruch (D) in der Baugrup¬ penleiterplatte (BGL) hindurchtritt.
5. Optische Datenverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und Empfangsmodul (SEM) mehrere Laserdioden- und Photodiodenanordnungen (LD, PD) nebeneinander beinhaltet.
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