CN102590961A - 光学收发器模块及光学收发器模块所用的emi消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学收发器模块及光学收发器模块所用的EMI消除方法。光学收发器模块包括具有布置在其中的EMI消除装置的光学收发器模块壳体。EMI消除装置包括至少具有第一壁和第二壁的金属室，第一壁和第二壁通常彼此平行。第一和第二室壁分别具有形成在其中的第一开口和第二开口，至少一根光纤穿过该第一开口和该第二开口。第一室壁和第二室壁彼此分离预先选择的距离，对该预先选择的距离进行选择，以确保穿过第二开口并且在第一时刻入射到第一壁上的EMI被朝向第二壁反射，并且与在第二时刻通过第二开口的EMI发生相消干涉，第二时刻比第一时刻更晚。

Description

光学收发器模块及光学收发器模块所用的EMI消除方法
技术领域
本发明涉及一种光学收发器模块。更具体地，本发明涉及用在光学收发器模块中的、用于消除电磁干扰(EMI)的装置和方法。
背景技术
光学收发器模块是具有发射器(TX)部分和接收器(RX)部分的光学通讯器件。TX部分包括激光器驱动器电路以及至少一个激光二极管。激光器驱动器电路输出电驱动信号到各个激光二极管以使得各个激光二极管受到调制。当激光二极管被调制时，其输出光学信号，该光学信号具有与逻辑1和逻辑0相对应的功率水平。光学收发器模块的光学***将由每个激光二极管产生的光学信号聚焦到保持在光学连接器模块内的各个发射光纤的末端上，该光学连接器模块连接到该光学收发器模块。
光学收发器模块的RX部分包括至少一个接收光电二极管，其接收从保持在光学连接器模块中的各个接收光纤的末端输出的进入光学信号。接收器模块的光学***将从各个接收光纤的末端输出的光会聚到各个接收光电二极管。各个接收光电二极管将进入光学信号转换为电模拟信号。电子检测电路(诸如跨阻放大器(TIA))接收由接收光电二极管产生的电信号，并且输出相应的经放大的电信号，该经放大的电信号被RX部分的其他电路处理，以恢复数据。
一些光学收发器模块在TX部分中具有单个激光二极管并且在RX部分中具有单个激光二极管，以同时分别在发射光缆和接收光缆的各自的发射光纤和接收光纤上发射和接收光学信号。发射和接收光缆的末端在其上具有光学连接器模块，该光学连接器模块适合于***形成在光学收发器模块中的发射插座和接收插座中。这些类型的光学收发器模块通常被称作为可插拔收发器模块。小形状因素可插拔(SFP)以及SFP+收发器模块是可插拔光学收发器模块的示例。上文中描述的这种类型的并行光学收发器也可以被构造为可插拔光学收发器模块，但是也可以被构造为安装到电路板的中平面安装的光学收发器模块。
一些光学收发器模块在TX部分中具有多个激光二极管并且在RX部分中具有多个激光二极管，以同时发射和接收多个光学信号。在通常被称作为并行光学收发器模块的这些类型的光学收发器模块中，发射光缆和接收光缆分别具有多个发射光纤和多个接收光纤。该线缆通常是末端终止于光学连接器模块中的线束(ribbon cable)，该光学连接器模块被构造为***光学收发器模块的插座中。
通常，可***的光学收发器模块(诸如SFP和SFP+光学收发器模块)例如被设计为***壳体中。可***的收发器模块和壳体在其它们之上具有锁止特征，以允许收发器模块与壳体的配合并互锁。可***的收发器模块通常包括弹簧锁销(latch lock pin)，其被设计为被接收在形成于壳体中的插销口中。在大部分可***的光学接收器模块设计中，弹簧锁销周围的区域构成了允许EMI从收发器模块离开的EMI开口孔。联邦通信委员会(FCC)已经设置限制能够从可以预期的源放射出的电磁辐射量的标准。各种金属屏蔽设计以及含有金属材料的树脂已经被用来覆盖EMI离开壳体的区域。迄今为止，这些技术和设计已经实现了有限的成功，特别是关于在非常高的数据速率(例如，10吉比特每秒(Gbps))下发射和接收数据的光学收发器模块来说。
例如，EMI颈圈(collar)经常被用于可***的光学收发器模块以提供EMI屏蔽。当今使用的EMI颈圈构造上存在区别，但是基本都包括带部以及弹性指部，该带部绕收发器模块壳体的外周固定，该弹性指部具有安装到带部的近端以及延伸离开该近端的远端。弹性指部绕颈圈周期性地间隔开。弹性指部在它们的远端附近具有折叠部，其使得远端向内指向接收器模块壳体并且在壳体上的周期性间隔的点上与壳体相接触。在折叠部出现在弹性指部的远端附近的位置，弹性指部的外表面沿着外壳的内表面与外壳的内表面在周期性间隔的点处相接触。
穿过EMI屏蔽装置的EMI的量与EMI屏蔽装置的最大的EMI开口孔的最大尺寸成比例。因此，诸如EMI颈圈的EMI屏蔽装置以及其他装置被设计为确保不存在尺寸超出最大可允许的EMI开口孔尺寸的开口孔，该最大可允许的EMI开口孔尺寸与所关注的频率有关。例如，在上述类型的一致EMI颈圈中，弹性指部与外壳的内表面相接触的位置之间的间隔应当不超出被减弱的关注频率的波长的四分之一。通过使得最大EMI开口孔尺寸显著地小于波长的四分之一(例如，波长的八分之一或十分之一)，可以实现更大地衰减关注的频率。然而，使用当前可以获得的制造技术降低该间隔的能力有限。此外，随着光学收发器模块的频率增加，需要使得该间隔更小，以有效地屏蔽EMI，这变得越来越难以或者不可能实现非常高的频率。
在并行光学收发器模块中，承载光纤的光缆通常是线束，光纤在线束中并排布置为1×N阵列，其中N是线束的光纤的数目。因此，发射光纤通常在一个线束中布置成一个1×N阵列，并且接收光纤通常在另一个线束中布置成一个1×N阵列。通常，线束被布置在彼此上方，使得光纤的2×N阵列通过形成在光学连接器模块的前端的间隙进入光学连接器模块。该间隙构成比光学收发器模块的最大可允许EMI开口孔大得多的EMI开口孔，特别是在高比特率下。因此，不能接受的EMI量可能从光学收发器模块通过该间隙离开。
有时用来在光学连接器模块中的间隙处提供EMI屏蔽的技术涉及将金属EMI屏蔽装置放置在光学连接器模块的前端中围绕该间隙，使得光纤穿过EMI屏蔽装置。虽然这种屏蔽装置相对有效地防止EMI穿过壳体中与该间隙紧邻的区域，但是它们对于防止EMI穿过仅填充有光纤和空气的间隙本身完全无效。当然，光纤和空气对于EMI是可透过的。
总之，在光学收发器模块中提供EMI屏蔽的所有当前技术都试图确保不存在尺寸超出最大可允许EMI开口孔尺寸的EMI开口孔。如上所述，随着光学收发器模块的频率或比特率继续增加(即，波长继续降低)，变得非常难以或者不可能有效地实施这种类型的解决方案。因此，存在对于不仅依靠这些技术来在光学收发器模块中提供有效的EMI屏蔽的EMI屏蔽装置和方法。
发明内容
本发明涉及一种具有EMI消除装置的光学收发器模块以及EMI消除方法。光学收发器模块包括具有布置在其中的EMI消除装置的光学收发器模块壳体。EMI消除装置包括至少具有第一壁和第二壁的金属室，第一壁和第二壁通常彼此平行。第一和第二室壁分别具有形成在其中的第一开口和第二开口，至少一根光纤穿过该第一开口和该第二开口。第一室壁和第二室壁彼此分离预先选择的距离，对该预先选择的距离进行选择，以确保穿过第二开口并且在第一时刻入射到第一壁上的EMI被朝向第二壁反射，并且与在第二时刻通过第二开口的EMI发生相消干涉，第二时刻比第一时刻更晚。
本方法包括提供具有壳体的光学收发器模块，在该壳体中布置了金属室，并且在第一时刻，将EMI从金属室的第一壁朝向形成于室的第二壁中的第二开口反射，使得在第二时刻通过第二开口的EMI与从第一壁反射的EMI发生相消干涉，第二时刻比第一时刻更晚。
本发明的这些和其他特征和优点将会通过以下描述、附图以及权利要求而变得清楚。
附图说明
图1示出了具有根据本发明的EMI消除装置的并行光学收发器模块的立体侧视图。
图2示出了图1中示出的光学收发器模块的侧截面图。
图3示出了穿过图1和图2中示出的光学收发器模块中的开口(其构成EMI开口孔)的光纤的末端的平面图。
具体实施方式
根据本发明，光学收发器模块具有EMI消除装置，该装置具有传播室，该传播室具有基于光学收发器模块的主频率(primary frequency)而选择的尺寸，使得在该室中传播的EMI的至少一部分受到相消(destructive)干扰并且被消除。此外，EMI消除装置可以包括对没有被消除的至少一部分EMI进行吸收的EMI吸收材料。因此，EMI消除装置对于吸收EMI以防止其离开光学收发器模块非常有效。示意性地或示例性地，将会参照附图详细描述本发明的实施例。
图1示出了具有EMI消除装置(未示出)的并行光学收发器模块1的立体图，将将会在下文中参照图2进行详细描述。根据该示意性的实施例，并行光学收发器模块1是有源光缆的一部分，其包括第一和第二光学线束6、与护套(boot)8相连的光学连接器模块10以及与光学连接器模块10机械地耦合的插头20，其中护套8固定到线缆6的末端6a。光学连接器模块10和插头20分别具有壳体10a和20a，其分别由金属(诸如金属铸模材料)制成。
光学收发器模块1的插头20被构造为***到形成于壳体(未示出)的开口中。位于插头外壳20a上的锁定销5被接收到形成于壳体中的各个插销口中，由此将插头20与外壳互锁。在该互锁位置中，布置在第一和第二电路板21和22上的电触点13和14的第一和第二行分别被接收到位于外壳内的电连接器(未示出)的各个插槽(未示出)中，以在光学收发器模块1与电连接器之间进行电连接。
图2示出了图1中示出的平行光学收发器的侧截面图。插头20的第一和第二电路板21和22分别具有安装到其上的TX组件和RX组件。TX组件包括多个激光二极管23a和激光二极管驱动器电路23b。RX组件24包括多个光电二极管24a以及接收器电路24b。插头20的第一光学耦合***25被安装到线束6的发射光纤11的末端(未示出)。插头20的第二光学耦合***26被安装到线束6的接收光纤12的末端(未示出)。在操作过程中，由激光二极管23a产生的光信号被经由第一光学耦合***25耦合到发射光纤11的末端，并且从接收光纤12传递的光学信号被经由第二光学耦合***26耦合到光电二极管24a上。
如图1和图2所示，光学收发器模块1包括上文中描述的用于提供EMI屏蔽的那种类型的EMI颈圈31。EMI颈圈31被围绕插头20的壳体20a的***安装，在此处锁定销5与形成在外壳(未示出)中的插销口耦合。EMI颈圈31有效地防止EMI通过插销口离开。EMI颈圈31有效地防止EMI通过插销口离开。然而，如果不采用其他EMI屏蔽，存在EMI可以从光学收发器模块1离开的其他区域。特别地，开口35(图2)存在于光学连接器模块10中，EMI可以通过开口35离开。开口35被设置为允许光纤11和12穿过光学连接器模块10进入插头20。线束6承载发射光纤11的1×N阵列以及接收光纤12的1×N阵列，其中N是在每个阵列中光纤的数目。因此，开口35至少足够大以允许光纤的2×N阵列从其穿过。
图3示出了穿过开口35的光纤11和12的各自的末端11a和12a的平面图。开口35构成EMI开口孔。图3中的虚线36表示与开口35相对应的EMI开口孔的最大尺寸。对于光学收发器模块1的主频率1相对高的情况(例如，5吉赫兹(GHz)＝10Gbps)，由虚线36表示的EMI开口孔尺寸比最大可允许EMI孔尺寸大得多，其约为主频率下的一个波长。因此，如果没有采用合适的EMI屏蔽方案，那么不可以接受的EMI量将会通过开口35离开。
再次参照图2，EMI消除装置布置在光学连接器模块10的前端10b。如上所述，光学连接器模块10的壳体10a由金属制成。EMI消除装置包括分别至少具有第一和第二壁110a和110b的金属室110，该第一壁110a和第二壁110b彼此间隔开等于或基本等于光学收发器模块1的主频率的四分之一波长的距离。前述开口35形成在第一室壁110a中。第二开口37形成在第二室壁110b中。光纤11和12穿过开口35和37。
在操作期间，在插头20内产生的主频率的EMI传播通过形成在第二室壁110b中的第二开口37并且进入金属室110。进入金属室110的EMI的至少一部分入射到第一室壁110a上并且由此朝向第二室壁110b反射。因为室壁110a与110b之间的距离是四分之一波长，第一时刻由第一室壁110a反射的EMI和第二时刻通过第二开口37进入室110的EMI发生相消干涉，其中第二时刻在时间上比第一时刻更晚。相消干涉引起EMI至少使得EMI的很大部分被消除，并且因此防止其通过开口35离开。
EMI消除装置将EMI衰减了约20分贝(dB)。通过将EMI吸收材料120吸收到室119中，可以增加由EMI消除装置衰减的EMI的量。EMI吸收材料可以是吸收所关注的一个或多个频率的EMI的任何材料。适合于这种目的的一种类型的材料是
Figure BSA00000661432800071
材料，其为由比利时的Emerson & Curning Microwave Products出售的。
Figure BSA00000661432800072
材料是浸入了具有受控导电性的炭黑分散体的聚氨酯泡沫材料。包括在室110中的EMI吸收材料120进一步衰减了EMI。室110的EMI消除效果和EMI吸收材料120的EMI吸收效果的结合导致约60dB的整体EMI衰减。
虽然EMI消除装置被设计为衰减关注的频率的EMI，但是EMI消除装置也消除和/或吸收在其他频率处的EMI。例如，在作为关注的频率的谐波的频率处的EMI也在室110中经历相消干涉。此外，EMI吸收材料120通常能够吸收具有相对宽的频率范围的EMI。因此，EMI消除装置有效地在包括(但不局限于)关注的频率的频率范围上衰减EMI。此外，第一和第二室壁110a和110b之间的距离可以被选择为小于或大于主频率的四分之一波长(例如，八分之一波长或半个波长)，以使得室110失谐，从而使不同于主波长的波长或者除了主波长之外的波长被衰减。
应当注意，为了描述本发明的原理和概念的目的，已经参照示意性实施例描述了本发明。本发明不局限于这些实施例。如阅读这里提供的描述的本领域技术人员可以理解的，可以对于这里描述的实施例进行修改，而不超出本发明的范围。例如，虽然已经参照具体类型的光学收发器模块描述了本发明，但是本发明不局限于用于具有任何具体构造的光学收发器模块。同样，本发明可以被用在不具有接收器功能的光学发射器模块中以及不具有发射器功能的光学接收器模块。作为这里使用的术语，术语“光学收发器模块”意图表示全部这些模块。

Claims (10)

1.一种光学收发器模块，包括：
光学收发器模块壳体；以及
布置在所述壳体中的电磁干扰(EMI)消除装置，所述EMI消除装置包括至少具有第一壁和第二壁的金属室，所述第一壁和所述第二壁大致彼此平行，所述第一室壁和第二室壁中分别形成第一开口和第二开口，至少一根光纤穿过这些开口，所述第一室壁和所述第二室壁彼此分离开预先选择的距离，其中，所述预先选择的距离被选择成确保穿过所述第二开口并且在第一时刻入射到所述第一壁上的EMI被朝向所述第二壁反射回去，并且与在第二时刻通过所述第二开口的EMI发生相消干涉，所述第二时刻比所述第一时刻更晚。
2.根据权利要求1所述的光学收发器模块，其中，所述预先选择的距离等于或近似等于所述EMI的四分之一波长。
3.根据权利要求2所述的光学收发器模块，还包括：
布置在所述金属室中的EMI吸收材料。
4.根据权利要求3所述的光学收发器模块，其中，所述EMI吸收材料包括聚氨酯泡沫。
5.根据权利要求3所述的光学收发器模块，其中，所述EMI消除装置在所述模块上的下述位置附近被布置在所述光学收发器模块的前端：包括所述至少一根光纤的光纤光缆的末端在该位置处被固定到所述壳体。
6.一种用于在光学收发器模块中衰减电磁干扰(EMI)的方法，所述方法包括：
提供具有壳体的光学收发器模块，所述壳体中布置了金属室，所述金属室具有大致彼此平行的第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁具有分别形成在其中的第一开口和第二开口，至少一根光纤延伸通过所述第一开口和所述第二开口，所述第一室壁和所述第二室壁彼此分离开预先选择的距离；以及
在第一时刻，将EMI从所述金属室的所述第一壁朝向形成于所述室的所述第二壁中的第二开口反射，使得在第二时刻通过所述第二开口传播的EMI与从所述第一壁反射的EMI发生相消干涉，所述第二时刻比所述第一时刻更晚。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预先选择的距离等于或近似等于所述EMI的四分之一波长。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属室具有布置在其中的EMI吸收材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述EMI吸收材料包括聚氨酯泡沫。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属室在所述模块上的下述位置附近被布置在所述光学收发器模块的前端：包括所述至少一根光纤的光纤光缆的末端在该位置处被固定到所述壳体。
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