DE102009034163A1

DE102009034163A1 - Paralleles Lichtbussystem für optische Leiterplatten

Info

Publication number: DE102009034163A1
Application number: DE200910034163
Authority: DE
Inventors: Ulrich Lohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die wachsende Datenmenge bei Chip-Level Kommunikation erfordert eine möglichst energie- und platzsparende Möglichkeit elektrische in optische Signal zu wandeln.
Mit dem beschriebenen Lichtbussytem werden die Signale direkt von den VCSEL-Lasern vertikal in die optische Zwischenschicht der Platine oder in einen anderen optische Transportschicht geführt, und dort bis zum Empfänger in der planaren optischen Schicht transportiert.
Vorteil hier ist die „Kreuzbarkeit” des parallelen optischen Signals und die geringe Baugröße der Verbindung.
Eine Anwendung wird bei der zukünftigen Intraboardverbindung in der Rechentechnik sowie in der optischen Verbindungstechnik bei hohen Datenraten gesehen.

Description

A
Einleitung einer Patentanmeldung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches I.
Anwendungsgebiet:
Damit die wachsenden Datenraten und die Menge an Signalen bei der Intra- und Interplatinenkommunikation ohne aufwendiges HF-Elektronikdesign erzielt wird, ist eine flexible optische Signalverteilung auf dem gesamten Board erforderlich.
Stand der Technik:
Es existieren Systeme, die per Lichtwellenleiter zwischen den Leiterplatten realisiert sind und per Laserdioden einzelnen Lichtkanäle realisieren können. Ferner existieren Leiterplatten mit eingebetteten optischen Schichten, allerdings ohne effiziente, bzw. bisher lediglich aufwendig zu platzierende Ein- und Auskoppelelemente.
Nachteile des Standes der Technik:
Bei den existierenden Systemen ist die Kanalmenge und die räumliche Platzierung der Lichtwellenleiter und somit die Platzierung der Sender und Empfänger auf der Platine fixiert. Somit ergeben sich Nachteile beim Leiterplattendesign. Die Ein- und Auskopplung der optischen Signale gestaltet sich aufwendig und ineffizient, da das Design vorher feststehen muss.
Aufgabe der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Datenübertragung auf Leiterplatten mit einer höheren Datenrate als bisher möglich zu realisieren und die räumliche Flexibilität der Sende- und Empfangselemente auf einer optischen Platine ohne Designaufwand zu erhöhen, sowie die Anzahl der möglichen Signal-Kanäle durch Kodierung der Kanaladressen zu erweitern.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs I gelöst.
Lösung der Aufgabe:
Mit dem beschriebenen Lichtbussystem werden parallele VCSEL(Laserdioden)-basierte optische Kanäle mittels den beschrieben Ein- und Auskoppelelemente planar in die optische Leiterplatte eingekoppelt und über diffraktive optische Elemente wie nachfolgend beschrieben flexibel in der optischen Zwischenschicht der Leiterplatte umgelenkt. Ferner werden die Laser-Kanäle mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert, um diese dann, in den Empfangsbauteilen mittels Bandpassfiltern wieder entsprechen den Zieladressen zuzuordnen.
Vorteile der Erfindung:
Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen oder elektronischen Lösungen zur Platinensignalführung besteht der große Vorteil, dass mit einer optischen Zwischenschicht in der Leiterplatte gearbeitet werden kann, die nicht vorher bezüglich der Lichtführung designt werden muss, sondern flexibel mittels der beschrieben Anordnung, auf der gesamten Platinenfläche genutzt werden kann. Die optischen Kanäle werden planar in die Platine eingekoppelt und umgelenkt, so dass aufwendige Aufbauten vermieden werden können. Das gleich gilt auch für die Auskopplung auf der Empfängerseite. Mittels Kodierung durch unterschiedliche Modulationsfrequenz der parallelen Laser-Quellen ergeben sich hinsichtlich der Adressierung flexible Möglichkeiten z. B. Kreuzverteilungen etc.
B
Beschreibung der Patentanmeldung
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1: Funktionsskizze eines optischen Kanals des Lichtbussystems mit Sende- und Empfangseinheit, Koppelelemente und Strahlverlauf in der optischen Zwischenschicht der Leiterplatte
Die Sende- und Empfangselemente sind vorzugshalber in VCSEL-Modulen (Laserdioden) zu realisieren, da hiermit aufgrund der Bauform eine optimale planare Einkopplung in die optische Platine stattfinden kann.
Die Ein- und Auskoppelelemente sind als z. B. diffraktive Off-Axis-Linsen-Elemente auszuführen, um die wesentlichen Vorteile wie z. B. Robustheit und geringe Bauteilhöhe zu nutzen und um eine große optische Designfreiheit in Bezug auf das beschrieben Beugungsgitter zur Strahlablenkung und Fokussierung zu ermöglichen.
Das Licht der parallelen VCSEL-Sendeelemente auf der Leiterplatte wird mit Hilfe des diffraktiven Elementes der Einkoppelelemente derart abgelenkt und fokussiert, dass es innerhalb der optischen Zwischenschicht zwischen den PCB-Lagen ohne weitere optische Elemente, lediglich über die Zick-Zack-Pfade der reflektierenden Grenzschichten bis zu den Auskoppelelementen gelangen kann (siehe auch 1).
Nach der Auskopplung durch die planaren Auskoppelelemente wird das Laserlicht erneut auf die Empfängerelemente (Photodioden) fokussiert und mittels nachgeschalteten Bandpassfilter entsprechend den Modulationsfrequenzen der Zieladressen der optischen Kanäle zugeordnet.
Mittels dieser Anordnung kann ohne aufwendiges Design der optischen Zwischenschicht ein optischer Link durch die optische Platine realisiert werden und dieser flexibel nur mit den Ein- bzw. Auskoppelelementen den Bedürfnissen der späteren Designphasen des elektronischen Platinenlayouts angepasst werden.

Claims

Paralleles Lichtbussystem für optische Leiterplatten zur räumlich flexiblen Verteilung von mehreren codierten optischen Informationssignalen durch einen gemeinsamen lichtführenden Raum (4), dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Signale durch einen planaren lichtführenden Raum (4) zwischen den beiden konventionellen elektronischen Platinenlagen (8) transportiert werden
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die optischen Koppelelemente (3) zum gemeinsamen lichtführenden Raum diffraktiv oder refraktiv ausgeführt sind und den Lichtstrahl im Zick-Zack Pfad durch den lichtführenden Raum lenken (5).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame lichtführende Raum (4) mit einer reflektierenden Schicht umschlossen ist (7).
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Signalträger-Lichtquellen (1) als Laserquelle ausgeführt sind und über unterschiedliche Modulationsfrequenzen die parallelen Kanäle codiert werden, und so durch den photosensitiven Empfänger (2) und nachgeschaltete Bandpassfilter (6) adressiert werden können.