用于板間互連的無線光模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為用于板間互連的無線光模塊，其轉(zhuǎn)換電路板包括激光器驅(qū)動電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路。發(fā)射和接收光學天線各通過管腳垂直安裝連接于轉(zhuǎn)換電路板。發(fā)射光學天線、接收光學天線和轉(zhuǎn)換電路板封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，電路接口凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)外。發(fā)射光學天線包括發(fā)射微透鏡、激光器、發(fā)射光學天線封裝筒以及發(fā)射天線管腳。接收光學天線包括接收微透鏡，光電探測器、接收光學天線封裝筒和接收天線管腳。使用時兩塊業(yè)務電路板各插接一個本發(fā)明的無線光模塊，業(yè)務電路板的電信號通過2個無線光模塊的光信號發(fā)射接收和光電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)互連。本發(fā)明互連帶寬高，損耗小，集成度高，傳輸速率高，安裝精度影響小，實用性和可靠性顯著。
【專利說明】用于板間互連的無線光模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光通信【技術領域】，涉及業(yè)務電路板間無線高速率數(shù)據(jù)通信技術，具體為利用無線光通信技術的用于板間互連的無線光模塊。
【背景技術】
[0002]隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務和Internet的飛速發(fā)展，帶寬需求呈爆炸性增長，為支持大數(shù)據(jù)量通信，如大型并行處理計算機、異步傳輸模式(ATM)交換機和雷達中的大數(shù)據(jù)量通信，需要大規(guī)模印制電路板(PCB)間的互連來支持大的吞吐量要求，顯然，業(yè)務電路板間的互連是限制系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)通信量的重要瓶頸。目前業(yè)務電路板間信號互連主要依靠電互連和光纖互連。對于電互連，通常采取兩種方法增加傳輸帶寬，一種是增加傳輸路徑的數(shù)目，也就是增加板間銅互連線的數(shù)量，帶來的問題是ASIC (英文Application SpecificIntergrated Circuits的縮寫，即專用集成電路)的管腳越來越多、PCB的層數(shù)增加、系統(tǒng)成本也隨之上升。另一種辦法則是提高設備交換轉(zhuǎn)發(fā)能力線速，如使用更高速的輸入輸出接口 10，采用差分技術等等。帶來的挑戰(zhàn)是信號完整性問題突出，整個物理鏈路的設計難度增加。光纖互連和電互連比較，具有帶寬高、損耗小、基本不存在串擾、匹配和電磁兼容問題等優(yōu)點。單芯光互連已得到廣泛應用，但光纖互連一般占用空間較大，插拔麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述電互連和光纖互連技術的不足和缺點，提出的用于板間互連的無線光模塊，無線光模塊中封裝了光發(fā)射天線、光接收天線和轉(zhuǎn)換電路板，并有電路接口。電路接口可直接與電路板連接，插接有本無線光模塊的業(yè)務電路板可通過激光無線互連。
[0004]本發(fā)明用于板間互連的無線光模塊的技術方案是這樣實現(xiàn)的:包括一塊安裝有一個發(fā)射光學天線和一個接收光學天線的轉(zhuǎn)換電路板，所述轉(zhuǎn)換電路板包括激光器驅(qū)動電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路。發(fā)射光學天線和接收光學天線垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板上，二個天線通過管腳與轉(zhuǎn)換電路板相連。發(fā)射光學天線、接收光學天線和轉(zhuǎn)換電路板封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，轉(zhuǎn)換電路板的電路接口凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)外。
[0005]所述發(fā)射光學天線包括發(fā)射微透鏡、激光器、發(fā)射光學天線封裝筒以及發(fā)射天線管腳。激光器封裝于發(fā)射光學天線封裝筒內(nèi)，發(fā)射微透鏡嵌于發(fā)射光學天線封裝筒的頂端，發(fā)射微透鏡的中心線與激光器發(fā)光面的中心線重合。激光器下接的發(fā)射天線管腳從發(fā)射光學天線封裝筒底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板相連接。
[0006]所述接收光學天線包括接收微透鏡、光電探測器、接收光學天線封裝筒和接收天線管腳。光電探測器封裝于接收光學天線封裝筒內(nèi)，接收微透鏡嵌于接收光學天線封裝筒的頂端，接收微透鏡的中心線與光電探測器探測面的中心線重合。光電探測器下接的接收天線管腳從接收光學天線封裝筒底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板相連接。
[0007]所述發(fā)射光學天線和接收光學天線的光軸距離大于或等于20mm，減少反射雜散光的影響。發(fā)射光學天線和接收光學天線的光軸平行度小于0.5°。以保證與對端無線光模塊的發(fā)射與接收對應。
[0008]所述發(fā)射微透鏡和激光器發(fā)光面之間的距離可調(diào)節(jié)，發(fā)射光學天線發(fā)射的光束發(fā)散角為25°?45°。
[0009]所述接收微透鏡和光電探測器探測面之間的距離固定，接收光學天線接收光束的視場角為3°?5。。
[0010]發(fā)射光學天線封裝筒和接收光學天線封裝筒為金屬殼體，不但起著結(jié)構(gòu)上的支撐作用，同時為其內(nèi)的激光器或光電探測器散熱。
[0011]接收微透鏡和發(fā)射微透鏡為半球透鏡。
[0012]模塊封裝結(jié)構(gòu)上有3?8個安裝孔，以將無線光模塊固定連接于電路板。
[0013]2個本發(fā)明的板間互連的無線光模塊分別經(jīng)電路接口插接于兩塊需要信號互連的業(yè)務電路板，2個無線光模塊之間的最小距離為IOmm?100mm。且一端的無線光模塊的接收光學天線光軸與對端無線光模塊的發(fā)射光學天線光軸的平行度小于或等于4°，二光軸的距離小于或等于4_。
[0014]業(yè)務電路板通過電路接口將業(yè)務電路板的電信號送入無線光模塊的轉(zhuǎn)換電路板，電信號通過轉(zhuǎn)換電路板的激光器驅(qū)動電路來驅(qū)動激光器發(fā)光，發(fā)出光信號，該光信號由對端電路板所接的無線光模塊接收。同時本無線光模塊的接收光學天線接收對端發(fā)射的光信號，光信號被光電探測器轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，探測電路對此電信號進行放大和整形處理，經(jīng)電路接口傳輸?shù)剿B接的業(yè)務電路板。從而實現(xiàn)兩塊業(yè)務電路板的互連。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明用于板間互連的無線光模塊的優(yōu)點為:1、與電互連方式相比，使用本無線光模塊互連帶寬高、損耗小，且基本不存在串擾、匹配和電磁兼容問題；與光纖互連方式相比，使用本無線光模塊互連插拔方便、節(jié)省空間；2、集成度高，傳輸速率高(通信速率最高可達lOGbps)，適用于電磁環(huán)境復雜的系統(tǒng)；3、兩塊互連的業(yè)務電路板之間的距離沒有嚴格限定，無線光模塊探測動態(tài)范圍為_20dBm到OdBm，滿足一般業(yè)務電路板互連的要求；4、無線光模塊發(fā)射光束較大的發(fā)散角以及較寬的光束接收視場角，克服了電路板加工及無線光模塊安裝精度導致的本端發(fā)射與對端接收位置偏移的問題，二者相對位置偏差小于4_即可正常工作；5、加工方便，成本不高，實用性和可靠性顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是用于板間互連的無線光模塊實施例結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；
[0017]圖2是用于板間互連的無線光模塊實施例結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0018]圖3是圖1中的發(fā)射光學天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是圖1中的接收光學天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本用于板間互連的無線光模塊實施例在2塊業(yè)務電路板間實現(xiàn)互連的示意圖。
[0021]圖中標號為:
[0022]1、發(fā)射光學天線，11、發(fā)射微透鏡，12、激光器，13、發(fā)射光學天線封裝筒，14、發(fā)射天線管腳，2、接收光學天線，21、接收微透鏡，22、光電探測器，23、接收光學天線封裝筒，24、接收天線管腳，3、轉(zhuǎn)換電路板，4、電路接口，5、模塊封裝結(jié)構(gòu)，51、安裝孔?！揪唧w實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明技術方案更加清晰，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0024]本用于板間互連的無線光模塊實施例結(jié)構(gòu)參照圖1和圖2，即本實施例的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖和俯視圖。發(fā)射光學天線I和接收光學天線2垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板3上，發(fā)射光學天線I和接收光學天線2的光軸平行度小于0.5°，二者距離為25mm。所述轉(zhuǎn)換電路板3包括激光器驅(qū)動電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路。發(fā)射光學天線1、接收光學天線2和轉(zhuǎn)換電路板3封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)5內(nèi)，轉(zhuǎn)換電路板3的電路接口 4凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)5外。模塊封裝結(jié)構(gòu)5的四角各有一安裝孔51。
[0025]本例發(fā)射光學天線I的結(jié)構(gòu)如圖3所示，激光器12封裝于發(fā)射光學天線封裝筒13內(nèi)，發(fā)射微透鏡11嵌于發(fā)射光學天線封裝筒13的頂端，發(fā)射微透鏡11的中心線與激光器12發(fā)光面的中心線重合。本例發(fā)射微透鏡11直徑1.5mm,為K9玻璃材料的半球透鏡。激光器12下接的發(fā)射天線管腳14從發(fā)射光學天線封裝筒13底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板3相連接。發(fā)射微透鏡和激光器發(fā)光面之間的距離可調(diào)節(jié)，使發(fā)射光學天線發(fā)射的光束的發(fā)散角為25°?45°。激光器12發(fā)射1550nm或者1310nm通信波段的激光，發(fā)射功率為5mW。
[0026]本例接收光學天線2的結(jié)構(gòu)如圖4所示。光電探測器22封裝于接收光學天線封裝筒23內(nèi)，接收微透鏡21嵌于接收光學天線封裝筒23的頂端，接收微透鏡21的中心線與光電探測器22探測面的中心線重合。本例接收微透鏡21直徑3.0mm,為K9玻璃材料的半球透鏡。本例光電探測器22為雪崩光電二極管(簡寫APD,英文為Avalanche Photo Diode),接收1550nm或者1310nm通信波段的激光，光電探測器22下接的接收天線管腳24從接收光學天線封裝筒23底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板3相連接。接收微透鏡21和光電探測器22探測面之間的距離固定，接收光學天線2接收光束的視場角為4°。在通信速率1.25Gbps時，探測器的靈敏度達_30dBm。
[0027]本例發(fā)射光學天線封裝筒13和接收光學天線封裝筒23均為金屬殼體。
[0028]本例用于2塊業(yè)務電路板互連的示意圖參照圖5，2塊本例的無線光模塊分別與業(yè)務電路板A和業(yè)務電路板B連接。無線光模塊的電路接口 4插在業(yè)務電路板上，螺釘經(jīng)模塊封裝結(jié)構(gòu)5的安裝孔51固定連接無線光模塊和業(yè)務電路板。
[0029]業(yè)務電路板A通過電路接口 4將電信號傳輸給A端的無線光模塊的轉(zhuǎn)換電路板，該電信號通過其中激光器驅(qū)動電路驅(qū)動激光器發(fā)出相應電信號的光信號。該光信號通過發(fā)射光學天線1，以合適的功率以及發(fā)射角發(fā)射。B端的無線光模塊的接收光學天線2接收其視場角內(nèi)一定功率的光信號、并轉(zhuǎn)換為相應的微弱電信號，B端的轉(zhuǎn)換電路板中的探測電路對該微弱電信號進行放大和整形處理，再通過電路接口 4輸出到業(yè)務電路板B。B端無線光模塊的接收光學天線2與A端無線光模塊的發(fā)射光學天線I的之間的最小距離為20mm。A端的無線光模塊的接收光學天線光軸與B端無線光模塊的發(fā)射光學天線光軸的的平行度等于3°，二光軸的距離小于2mm。
[0030]業(yè)務電路板B將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綐I(yè)務電路板A的過程與此相同。
[0031]上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.用于板間互連的無線光模塊，包括一塊安裝有一個發(fā)射光學天線(I)和一個接收光學天線(2)的轉(zhuǎn)換電路板(3)，所述轉(zhuǎn)換電路板(3)包括激光器驅(qū)動電路、探測電路和數(shù)據(jù)接口電路；發(fā)射光學天線(I)和接收光學天線(2 )垂直安裝在轉(zhuǎn)換電路板(3 )上；發(fā)射光學天線(I)、接收光學天線(2 )和轉(zhuǎn)換電路板(3 )封裝在模塊封裝結(jié)構(gòu)(5 )內(nèi)，轉(zhuǎn)換電路板(3 )的電路接口( 4)凸出在模塊封裝結(jié)構(gòu)(5 )外； 所述發(fā)射光學天線(I)包括發(fā)射微透鏡(11 )、激光器(12)、發(fā)射光學天線封裝筒(13)以及發(fā)射天線管腳(14);激光器(12)封裝于發(fā)射光學天線封裝筒(13)內(nèi)，發(fā)射微透鏡(11)嵌于發(fā)射光學天線封裝筒(13)的頂端，發(fā)射微透鏡(11)的中心線與激光器(12)發(fā)光面的中心線重合；激光器(12)下接的發(fā)射天線管腳(14)從發(fā)射光學天線封裝筒(13)底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板(3)相連接； 所述接收光學天線(2)包括接收微透鏡(21)，光電探測器(22)、接收光學天線封裝筒(23)和接收天線管腳(24);光電探測器(22)封裝于接收光學天線封裝筒(23)內(nèi)，接收微透鏡(21)嵌于接收光學天線封裝筒(23)的頂端，接收微透鏡(21)的中心線與光電探測器(22)探測面的中心線重合；光電探測器(22)下接的接收天線管腳(24)從接收光學天線封裝筒(23 )底端伸出，與轉(zhuǎn)換電路板(3 )相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述發(fā)射光學天線(I)和接收光學天線(2)的光軸距離大于或等于20mm，發(fā)射光學天線(I)和接收光學天線(2)的光軸平行度小于0.5°。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述發(fā)射微透鏡(11)和激光器(12 )發(fā)光面之間的距離可調(diào)節(jié)，發(fā)射光學天線(I)發(fā)射的光束發(fā)散角為25°?45°。
4.根據(jù)權利要求2所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述接收微透鏡(21)和光電探測器(22 )探測面之間的距離固定，接收光學天線(2 )接收光束的視場角為3°?5°。
5.根據(jù)權利要求2所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述發(fā)射光學天線封裝筒(13)和接收光學天線封裝筒(23)為金屬殼體。
6.根據(jù)權利要求2所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述發(fā)射微透鏡(11)和接收微透鏡(24)為半球透鏡。
7.根據(jù)權利要求2所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述激光器(12)發(fā)射1550nm或者1310nm通信波段的激光，所述光電探測器(22)接收的的激光波段與其對應，為1550nm或者1310nm通信波段的激光。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 2個所述的用于板間互連的無線光模塊分別經(jīng)電路接口 4插接于兩塊需要信號互連的業(yè)務電路板，2個無線光模塊之間的最小距離為IOmm?100mm。
9.根據(jù)權利要求8所述的用于板間互連的無線光模塊，其特征在于: 所述的一端的無線光模塊的接收光學天線光軸與對端無線光模塊的發(fā)射光學天線光軸的的平行度小于或等于4°，二光軸的距離小于或等于4mm。
【文檔編號】H04B10/11GK103728699SQ201410004911
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權日:2014年1月6日
【發(fā)明者】朱宏韜, 曾永福, 郭軍, 熊漢林, 吳應明 申請人:中國電子科技集團公司第三十四研究所