CN112187371A - 光电平衡探测器及其接收模块和应用 - Google Patents
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Abstract
一种光电平衡探测器及其接收模块和应用，该光电平衡探测器包括接收前端、连接过渡块和差分放大器芯片电处理后端；其中，所述接收前端包括两个独立的光电平衡探测器芯片，通过光纤与外界光信号连接，并通过光电平衡探测器芯片实现光到电的转换；所述连接过渡块两端分别与接收前端和和差分放大器芯片电处理后端连接，实现两个独立的光电平衡探测器芯片到差分放大器芯片的过渡。本发明实现了独立探测器芯片的平衡封装，减少金丝键合引入的集成参数对模块高频性能的影响；同时使得两个探测器芯片的距离不受限，降低了封装的难度，摆脱了对阵列集成探测器芯片的使用，降低了模块的成本。
Description
技术领域
本发明涉及光通信器件领域，更为具体地讲，涉及一种光电平衡探测器及其接收模块和应用。
背景技术
平衡探测器作为相干光通信***的一部分，在高级调制格式的长距离光纤通信链路中起到至关重要的作用。另外，平衡探测器因其能够增强差模信号、抑制共模信号，被广泛应用于模拟光链路中，如宽带无线通信、卫星有效载荷等。目前平衡探测器的封装多采用差分放大的形式，但因为集成的放大器芯片输入焊盘的间距很小，如果直接采用金丝键合的方式连接探测器芯片和放大器芯片，两个探测器芯片只能是阵列集成的形式。而且如果阵列的间距与放大器焊盘间距不匹配，会导致键合的金丝长度过长，进入较大的寄生参数，降低平衡探测器的高频性能。此外共模抑制比是平衡探测器的一个重要参数，其要求探测器芯片的响应要一致，这对阵列探测器芯片制作和耦合的一致性要求变高。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种光电平衡探测器及其接收模块和应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种光电平衡探测器的接收模块，包括接收前端、连接过渡块和差分放大器芯片电处理后端，其中，
所述接收前端包括两个独立的光电平衡探测器芯片，通过光纤与外界光信号连接，并通过光电平衡探测器芯片实现光到电的转换；
所述连接过渡块两端分别与接收前端和和差分放大器芯片电处理后端连接，实现两个独立的光电平衡探测器芯片到差分放大器芯片的过渡。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种光电平衡探测器，内含有如上所述的接收模块。
作为本发明的又一个方面，还提供了一种如上所述的接收模块或如上所述的光电平衡探测器在光电通信领域的应用。
基于上述技术方案可知，本发明的光电平衡探测器及其接收模块和应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、本发明采用连接过渡块连接探测器芯片和差分放大器芯片，实现了独立探测器芯片的平衡封装，减少金丝键合引入的集成参数对模块高频性能的影响；同时使得两个探测器芯片的距离不受限，降低了封装的难度，摆脱了对阵列集成探测器芯片的使用，降低了模块的成本；
2、本发明采用独立的探测器芯片封装耦合方式，可在封装前对芯片进行测试，挑选出响应一致性高的芯片进行封装，灵活性强，有利于提高平衡探测器的共模抑制比。
附图说明
图1是本发明实施例的光电平衡探测器接收模块的结构示意图；
图2是本发明实施例的光电平衡探测器接收模块的主视图；
图3是本发明实施例的光电平衡探测器接收模块的主体结构三维图；
图4是本发明实施例的连接过渡块的上层导体表面结构图；
图5是本发明实施例中光电平衡探测器立式封装的前端结构示意图。
附图标记说明：
1-接收前端；2-连接过渡块；3-差分放大器芯片电处理后端；4-差分信号输出端；5-平衡探测器高频管壳；6-接收光纤；7-差分信号传输线；8-探测器芯片；9-芯片电容；10-供电电路板；11-贴片电阻；12-贴片电容；13-光入射接口；14-差分信号输出接口；15-直流引脚；16-第一端；17-第二端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种光电平衡探测器的接收模块，包括接收前端、连接过渡块和差分放大器芯片电处理后端，其中，
所述接收前端包括两个独立的光电平衡探测器芯片，通过光纤与外界光信号连接，并通过光电平衡探测器芯片实现光到电的转换；
所述连接过渡块两端分别与接收前端和和差分放大器芯片电处理后端连接，实现两个独立的光电平衡探测器芯片到差分放大器芯片的过渡。
在本发明的一些实施例中，所述连接过渡块包括第一导体层，第一导体层上设有两路信号线；两路信号线间距较大的一端与分别与两个光电平衡探测器芯片连接，两路信号线间距较小的一端与差分放大器芯片电处理后端连接。
在本发明的一些实施例中，所述两路信号线中心对称；
在本发明的一些实施例中，所述两路信号线的距离与两个光电平衡探测器芯片中心距离一致；
在本发明的一些实施例中，所述两路中心对称的信号线构成GSGSG结构。
在本发明的一些实施例中，所述接收模块还包括设置在过渡块上芯片电容，用于传输探测器芯片产生的高频信号并与过渡块的信号线上的高频信号构成回路。
在本发明的一些实施例中，所述连接过渡块和光电平衡探测器芯片之间的连接关系为共面结构连接或异面结构连接。
在本发明的一些实施例中，所述接收模块还包括差分信号输出端，用于输出经过差分放大器芯片电处理后端的两路差分信号。
在本发明的一些实施例中，所述接收模块还包括平衡探测器高频管壳；
在本发明的一些实施例中，所述平衡探测器高频管壳的两端分别设有光入射接口和差分信号输出接口；
在本发明的一些实施例中，所述平衡探测器高频管壳还设有直流引脚。
在本发明的一些实施例中，所述平衡探测器高频管壳内部还设有供电电路板；
在本发明的一些实施例中，所述供电电路板包括光电平衡探测器的偏置电路和差分放大器芯片电处理后端的供压电路。
本发明还公开了一种光电平衡探测器，内含有如上所述的接收模块。
本发明还公开了如上所述的接收模块或如上所述的光电平衡探测器在光电通信领域的应用。
在一个示例性实施例中，本发明公开了一种高速光电平衡探测器接收模块，包括：
接收前端，通过光纤与外界光信号连接，并通过探测器芯片实现光到电的转换；
连接过渡块，实现大间距的两个探测器芯片输出焊盘到差分放大器芯片小间距焊盘的过渡，大间距和小间距的具体值随工艺条件变化；
差分放大器芯片电处理后端，用于将接收前端输出的两路电信号进行差分放大；
差分信号输出端，用于输出经过放大器芯片电处理的两路差分信号。
在进一步的方案中，平衡探测器的接收模块还包括：平衡探测器高频管壳，光入射接口和差分信号输出接口分别设置于该高频管壳的两端。管壳两侧还设置有直流引脚，用于给探测器芯片和差分放大器芯片提供工作电压。
在进一步的方案中，所述的连接过渡块为共面波导结构，其上包含两路中心对称的信号线。信号线间距大的一端分别与两个探测器芯片的P极相连，其信号线的距离与两个探测器芯片中心距离一致。信号线间距小的一端与差分放大器芯片的信号输入焊盘相连，其信号线的距离与放大器芯片的输入焊盘距离一致。
在进一步的方案中，所述的接收前端包括：接收光纤、探测器芯片和探测器芯片的偏置电路。
在进一步的方案中，所述接收光纤采用由V型槽固定的45度斜面光纤。
在进一步的方案中，所述探测器芯片的偏置电路包含一个匹配电阻值的串联电阻以控制静态工作点和一个匹配电容值的并联电容以去除电压源的高频信号。
在进一步的方案中，所述探测器芯片与连接过渡块，连接过渡块与差分放大器芯片之间均采用金丝键合方式实现连接。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
本实施例提供了一种高速光电平衡探测器接收模块，其结构如图1所示。接收前端1通过光纤与外界光信号连接，并通过探测器芯片实现光到电的转换；连接过渡块2实现大间距的两个探测器芯片输出焊盘到差分放大器芯片小间距焊盘的过渡；差分放大器芯片电处理后端3用于将前端输出的两路电信号进行差分放大；差分信号输出端4用于输出经过放大器芯片电处理的两路差分信号。
参照图2，本实例中的平衡探测器接收模块包含平衡探测器高频管壳5，光入射接口13和差分信号输出接口14分别设置于高频管壳5的两端。管壳5两侧还设置有直流引脚15，用于给探测器芯片8和差分放大器芯片电处理后端3提供工作电压。图2中的模块采用了水平耦合封装的方式，平衡探测器的接收光纤6采用由V型槽固定的45度斜面光纤，与外界光信号连接，光路经过45度斜面由水平方向转为垂直方向入射到探测器芯片的光敏面内。
差分信号传输线7，与差分放大器芯片电处理后端3的输出端连接，将差分信号传输到管壳5的射频输出口。图3为图2虚线框里的结构，即平衡探测器的主体结构。
连接过渡块2，其为共面波导结构，分为三层，上导体层(第一导体层)、下导体层(第二导体层)和中间的介质层。其中上导体层的结构如图4所示，包含两路中心对称的信号线，构成G(地)S(信号)GSG结构。信号线间距大的一端即第一端16分别与两个探测器芯片8的P极相连，其信号线的距离与两个探测器芯片中心距离一致。信号线间距小的一端即第二端17与差分放大器芯片电处理后端3的信号输入焊盘相连，其信号线的距离与放大器芯片的输入焊盘距离一致。此结构可以利用在任何诸如此类尺度上不匹配的分立器件与集成器件的连接中。
供电电路板10，焊接在管壳5的内部，包含探测器芯片8的偏置电路和差分放大器芯片电处理后端3的供压电路。其中偏置电路上含有一个匹配电阻值的串联电阻11以控制静态工作点和一个匹配电容值的并联电容12以去除电压源的高频信号。
芯片电容9，焊接在连接过渡块上，底面与连接过渡块的地线焊接，顶面与探测器芯片8的N极连接，用于传输探测器芯片产生的高频信号，与信号线上的高频信号构成回路。所述的探测器芯片8与连接过渡块2、连接过渡块2与差分放大器芯片电处理后端3、芯片8和差分放大器芯片电处理后端3与供电电路10之间均采用金丝键合方式实现连接。
该模块也可采用立式封装的方式，图5是本发明中光电平衡探测器立式封装方式的前端结构示意图，其中过渡传输块设计成异面结构，过渡传输块2与探测器芯片8连接的一端即第一端设计成90度的转弯，将信号从竖直引到水平方向传播。探测器芯片竖直贴装，以V槽固定的透镜光纤作为接收光纤，则耦合时时探测器芯片的光敏面与光入射方向垂直。
该模块通过连接过渡块实现了两个独立探测器芯片与集成的差分放大器的连接，降低了金丝集成参数对高频性能的影响，摆脱了对探测器芯片距离的限定，降低了封装的难度。且独立的探测器芯片封装耦合方式，可在封装前对芯片进行测试，灵活地挑选出响应一致性高的芯片进行封装，有于提高平衡探测器的共模抑制比。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光电平衡探测器的接收模块，包括接收前端、连接过渡块和差分放大器芯片电处理后端；其中，
所述接收前端包括两个独立的光电平衡探测器芯片，通过光纤与外界光信号连接，并通过光电平衡探测器芯片实现光到电的转换；
所述连接过渡块两端分别与接收前端和和差分放大器芯片电处理后端连接，实现两个独立的光电平衡探测器芯片到差分放大器芯片的过渡。
2.根据权利要求1所述的接收模块，其特征在于，
所述连接过渡块包括第一导体层，第一导体层上设有两路信号线；两路信号线间距较大的一端与分别与两个光电平衡探测器芯片连接，两路信号线间距较小的一端与差分放大器芯片电处理后端连接。
3.根据权利要求2所述的接收模块，其特征在于，
所述两路信号线中心对称；
所述两路信号线的距离与两个光电平衡探测器芯片中心距离一致；
所述两路中心对称的信号线构成GSGSG结构。
4.根据权利要求1所述的接收模块，其特征在于，
所述接收模块还包括设置在过渡块上芯片电容，用于传输探测器芯片产生的高频信号并与过渡块的信号线上的高频信号构成回路。
5.根据权利要求1所述的接收模块，其特征在于，
所述连接过渡块和光电平衡探测器芯片之间的连接关系为共面结构连接或异面结构连接。
6.根据权利要求1所述的接收模块，其特征在于，
所述接收模块还包括差分信号输出端，用于输出经过差分放大器芯片电处理后端的两路差分信号。
7.根据权利要求1所述的接收模块，其特征在于，
所述接收模块还包括平衡探测器高频管壳；
所述平衡探测器高频管壳的两端分别设有光入射接口和差分信号输出接口；
所述平衡探测器高频管壳还设有直流引脚。
8.根据权利要求7所述的接收模块，其特征在于，
所述平衡探测器高频管壳内部还设有供电电路板；
所述供电电路板包括光电平衡探测器的偏置电路和差分放大器芯片电处理后端的供压电路。
9.一种光电平衡探测器，内含有如权利要求1至8任一项所述的接收模块。
10.如权利要求1至8任一项所述的接收模块或如权利要求9所述的光电平衡探测器在光电通信领域的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210105 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |