DE69006062T2

DE69006062T2 - Unterdrückung von transienten Spannungen für elektro-optische Module.

Info

Publication number: DE69006062T2
Application number: DE69006062T
Authority: DE
Inventors: Paul John Koens; Joseph John Lommen; Camilo M Tabalba
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1989-03-29
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2010-03-03
Also published as: CA1330576C; EP0389824A1; JPH02288098A; CN1021400C; ATE100597T1; EP0389824B1; CN1046077A; JP2544227B2; DE69006062D1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft faseroptische Module für faseroptische Verbindungen, die dazu dienen, verschiedene Systemelemente in einem Telefon- Schaltsystem anzuschließen.

Stand der Technik

In einem Telefon-Schaltsystem, in dem faseroptische Verbindungen zwischen verschiedenen Systemelementen benutzt werden, werden elektro-optische Sender- und Empfänger-Module verwendet, um jedes Ende der optischen Verbindung abzuschließen. Jedes dient als die elektronisch/optische Schnittstelle zwischen dem Gerät und der Faser. Elektronische Ausrüstungen müssen gegen elektrostatische Spannungen (ESD) oder Transientenspannungen geschützt werden, denen sie durch benachbarte Ausrüstungen oder durch die Ausrüstung bedienende Arbeiter ausgesetzt werden können. Solche zerstörerischen Spannungen können im Bereich von einigen 100 bis einigen 1000 Volt liegen.
Da ein vollständiger Schutz gegen ESD sehr schwierig ist, ist es eine übliche Praxis geworden, den elektronischen Erdungs-Rücklaufpfad abzutrennen. Etwaige ESD-Schläge können dann auf metallischen Oberflächen zur Gestellmasse geleitet werden, die ihrerseits fest mit der regulären Haus-Erde verbunden ist. Zwar können optische Signale nicht durch ESD beeinflußt werden, wohl aber die elektrischen Komponenten.
Physikalisch sind die Module auf einer Schaltungskarte angebracht, die an einer Seite der Grundplatte (Backplane) befestigt ist. In manchen Fällen sind bis zu 12 Module einschließlich zugehöriger Takt-Wiedergewinnungsschaltungen auf einer solchen Karte angeordnet. Wegen der geringen Größe der Karte, die 10,5 x 3,5 Zoll (26,7 x 8,9 cm) betragen kann, und wegen der Notwendigkeit, die Module dicht an der Frontplatte anzuordnen, um den optischen Anschluß zugänglich zu machen, ist eine kleine Modulgröße erforderlich. Außerdem sollte der Modul in der Lage sein, das Hybridelement von mechanischen Spannungen aufgrund von Kräften im Zusammenhang mit dem faseroptischen Anschluß und Kabel zu entlasten, einen allgemeinen mechanischen Schutz, Abschirmung mit Erdung gegen elektromagnetische Interferenz (EMI) und eine Wärmeableitung von den elektronischen Komponenten gewährleisten und der allgemeinen Strömung von Kühlluft über die gedruckte Schaltungsplatine (PCB) einen minimalen Widerstand bieten.
Zwar existieren bereits kleinbauende elektro-optische Module, doch haben diese einen optischen Anschlußteil mit einer metallischen Auskleidung oder Hülle, um eine größere Steifheit zu gewährleisten. Selbst wenn der Anschlußteil an der Gerätemasse geerdet ist, hat sich gezeigt, daß unerwünschte Signale und Hochspannungs-Transienten die Arbeitsweise der internen Komponenten des Moduls und anderer elektronischer Schaltungen auf der Schaltungskarte beeinträchtigt haben.
DE-A-2 741 585 beschreibt einen elektro-optischen Modul, der einen optischen Anschlußteil mit einem Anschluß-Ende aufweist, das dazu eingerichtet ist, ein optisches Faserkabel aufzunehmen und zu befestigen. Obgleich ein Teil dieses Anschlußendes aus Kunststoff hergestellt sein kann, ist das Anschlußende als Ganzes nicht elektrisch von den Teilen isoliert, die die elektronischen Komponenten tragen, so daß die elektronischen Schaltungen durch Hochspannungs-Transienten beeinträchtigt werden können.
Es besteht folglich Bedarf an einem verbesserten elektro-optischen Modul, der in der Lage ist, Hochspannungs-Transienten zu widerstehen und unerwünschte Signale zu vermeiden, während er seine geringen Abmessungen und seine Steifheit beibehält und die obigen Anforderungen erfüllt.

Kurze Darstellung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten elektro-optischen Modul und ein verbessertes Erdungsschema zu schaffen, die einen von dem Modul, das die elektronischen und Opto-Einrichtungen enthält, wegführenden Entladungspfad für Hochspannungs-Transienten bietet, während die obigen Konstruktionsanforderungen erfüllt werden.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen elektro-optischen Modul ist das Anschlußende des optischen Anschlußteils, der dazu eingerichtet ist, das optische Kabel aufzunehmen und zu befestigen, elektrisch von der Schaltungsplatine isoliert, die die elektronischen Komponenten trägt, und der Anschlußteil ist außerdem mit Mitteln versehen, die einen Entladungspfad bilden, so daß Hochspannungs-Transienten von der Schaltungsplatine weggeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Mittel zur Bildung des Entladungspfades durch einen elektrisch leitenden Überzug gebildet, der das Anschlußende des optischen Anschlußteils umgibt und zu dem mit der Schaltungstafel verbundenen Bereich des Anschlußteils beabstandet ist.
In einer anderen Ausführungsform werden die Mittel zur Bildung des Entladungspfades durch das Anschlußende des optischen Anschlußteils selbst gebildet, und zwischen diesem Anschlußende und dem mit der Schaltungsplatine verbundenen Bereich ist ein Isolator vorgesehen.
Speziellere optionale Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1a u. 1b Front- und Seitenansichten einer typischen Karte sind, die die Anordnung von elektro-optischen Anschlußteilen zeigen;
Fig. 2a u. 2b Front- und Seitenansichten eines elektro-optischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind;
Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Figur 2a ist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Entladungspfades für Hochspannungs-Transienten bei dem Modul nach Figur 3 ist;
Fig. 5 ein Schnitt durch einen elektro-optischen Modul gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Entladungspfades für Hochspannungs-Transienten bei dem Modul nach Figur 5 ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Figuren 1a und 1b zeigen eine Front- und eine Seitenansicht einer typischen Anschlußkarte 10, die auf Backplanes von Telelon-Schaltsystemen verwendet wird. Wie oben angegeben wurde, verwenden fortgeschrittene Telefon- Schaltgeräte heute elektro-optische Module 11 und 12 zum Senden und Empfangen von Informationen mit hoher Geschwindigkeit Beispielsweise könnte der Modul 11 als Empfangsmodul verwendet werden, während der Modul 12 als Sendemodul dienen könnte. Die Karte 10 trägt verschiedene elektronische Komponenten 13 und ist mit der Backplane des Schaltgerätes durch Vielpol-Stecker 14 und 15 verbunden. Eine Frontplatte 16 trennt die optischen Anschlußteile 17 und 18 der Module 11 und 12 von den Gehäusen 19 und 20 der Module und von anderen elektronischen Komponenten 13. Optische Fasern können mit Hilfe der nötigen, an die Anschlußteile 17 und 18 angepaßten Anschlußteile an die Module 11 und 12 angeschlossen werden.
Figuren 2a und 2b zeigen eine Front- und eine Seitenansicht eines elektrooptischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein Modul 30, der dem Modul 11 oder 12 in Figur 1b entspricht, umfaßt einen optischen Anschlußteil 31 mit einem ersten Bereich 32, der als Anschlußende dient und zur Aufnahme und Befestigung eines optischen Faserkabels ausgebildet ist, sowie ein Gehäuse 33, das eine Schaltungsplatine mit verschiedenen elektro-optischen Komponenten enthält. Das Gehäuse 33 kann ein herkömmliches Gehäuse für elektronische Baugruppen sein. Es ist jedoch nicht für die Unterdrückung von Transienten erforderlich, sondern wird normalerweise zur Abschirmung der elektronischen und optischen Einrichtungen gegen elektromagnetische Interferenz oder zur Verminderung elektromagnetischer Strahlung eingesetzt. Das Gehäuse 33 ist an dem optischen Anschlußteil 31 befestigt, ist jedoch von diesem elektrisch isoliert durch einen Isolator 34, der den ersten Bereich 32 des Anschlußteils 31 von einem an dem Gehäuse 33 befestigten zweiten Bereich 35 trennt. Eine Serie von Anschlußstiften 36 dient zur Befestigung und elektrischen Verbindung der Schaltungsplatine und des Moduls 30 mit der in Figur 1 gezeigten Trägerkarte.
Figur 3 ist ein Schnitt durch den elektro-optischen Modul nach Figur 2a. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, ist der erste Bereich 32 des Anschlußteils 31 von dem zweiten Bereich 35 und dem Gehäuse 33 durch einen ringförmigen Isolator 34 isoliert. Der ringförmige Isolator ermöglicht es Licht, das sich durch den optischen Kanal 37 ausbreitet, den elektro-optischen Wandler 38 zu erreichen. Das Licht kann durch geeignete Mittel auf den Wandler 38 fokussiert werden, beispielsweise durch eine Gradienten-(GRlN = graded index)-Linse 39 oder entsprechendes. Der elektro-optische Wandler 38 kann eine LED oder eine Laserdiode enthalten, oder er kann einen optischen Detektor aufweisen. Verschiedene elektro-optische Komponenten 40 sind auf der Schaltungsplatine 41 gehalten und durch den zweiten Bereich 35 an dem Anschlußteil 31 befestigt, wodurch die elektro-optischen Komponenten gegen Hochspannungs-Transienten isoliert sind, die diese sowie andere elektronische Komponenten auf der Karte beeinträchtigen könnten. Der optische Kanal 37 wird jedoch nicht durch Transientenspannungen, elektromagnetische Interferenz oder Strahlung beeinträchtigt.
Figur 4 ist eine Darstellung eines Erdungsschemas unter Verwendung des elektro-optischen Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem typischen Telefon-Schaltgerät sind eine Vielzahl von Karten Seite an Seite auf einem Traggestell angeordnet, so daß eine Folge von Fachböden gebildet wird. Auf den Fachböden werden die Karten in einzelne Schlitze eingeschoben, so daß sie mit der Backplane verbunden werden. Figuren 4 und 6 sind einfache Darstellungen des Erdungsschemas, das bei der Ausführungsform des elektro-optischen Moduls nach Figuren 3 und 5 verwendet wird. In der Ausführungsform nach Figur 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10 die lösbare Karte mit der Frontplatte 16. Die Frontplatte ist in der Praxis bei der Konstruktion der Ausrüstungen üblicherweise vorhanden. Die Platte 16 hat eine leitende Oberfläche oder besteht aus Metall. Der elektro-optische Modul erstreckt sich mit seinem optischen Anschlußteil 31 durch sie hindurch. Das Gehäuse 33 ist an der Karte 10 befestigt und mit dieser elektrisch durch Stifte 36 verbunden. Das Gestell des Telefon-Schaltgerätes ist durch Seitenwände 55 und 56 repräsentiert, die mit einer Erdungsleitung 59 verbunden sind. Wenn eine hohe Transientenspannung längs der metallischen Umhüllung der optischen Faser geleitet wird, so wird sie über einen physikalisch leitfähigen Pfad 57 oder 58 auf das Gerätegestell 55 oder 56 und schließlich zur Erde 59 abgeleitet. Der Isolator 34 isoliert die Schaltungsplatine von etwaigen schädlichen Effekten der Transientenspannungen, ohne daß der Betrieb des elektro-optischen Moduls und seiner Komponenten beeinträchtigt wird. Für die Schaltungsplatine und die elektro-optischen Komponenten ist eine Spannungsquellen- oder logische Masse 61 vorgesehen. Die Praxis, eine von der logischen Masse getrennte Erdung zu verwenden, vermeidet es, daß sich die Effekte von unerwünschten, durch die Gestell-Masse induzierten Strömen auf die Spannungsversorgungs-Masse und die elektro-optischen Komponenten auswirken.
Figur 5 ist ein Schnitt durch einen elektro-optischen Modul 70 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, umfaßt der Modul 70 einen optischen Anschlußteil 71 und das Gehäuse 33, das über der mit Anschlußstiften 36 versehenen Schaltungsplatine 41 angeordnet ist. Verschiedene elektro-optische Komponenten 40 dienen zur Umwandlung optischer Energie in elektrische Energie oder umgekehrt, mit einem Wandler 38. Bei dieser Ausführungsform besteht jedoch der optische Anschlußteil 71 aus einem einzigen Anschlußelement 77 aus nichtleitendem Material. Ein von dem Gehäuse 33 und der Schaltungsplatine 41 wegführender Entladungspfad wird mit Hilfe einer leitenden äußeren Hülle oder Beschichtung 78 gebildet, die um das Anschlußelement 77 herum angeordnet ist. Die Umhüllung erstreckt sich vom Anschlußende 79 zu einem Punkt 80 auf der Länge des Anschlußteils, der von dem Gehäuse 33 und der Schaltungsplatine 41 entfernt liegt. Folglich sind das Gehäuse 33 und die Schaltungsplatine 41 gegenüber dem Anschlußteil durch den zwischen der Umhüllung 78 und dem Rand des Gehäuses gebildeten Spalt isoliert.
Figur 6 ist eine Darstellung eines Erdungsschemas unter Verwendung des elektro-optischen Moduls nach Figur 5. Ähnlich wie bei der Anordnung des Erdungsschemas nach Figur 4 ist die physikalische räumliche Zuordnung der Elemente dieselbe. Der elektro-optische Modul weist den durchgesteckten optischen Anschlußteil 71 auf. Das Gehäuse 33 ist an der Karte 10 befestigt und durch Stifte 36 elektrisch mit dieser verbunden. Das Gestell des Telefon- Schaltgerätes ist durch Seitenwände 55 und 56 repräsentiert, die mit der Erde 59 verbunden sind. Wenn jedoch bei dieser Ausführungsform eine hohe Transientenspannung oder ein unerwünschtes Signal längs der metallischen Umhüllung der optischen Faser geführt wird, so wird es über die metallische Umhüllung 78 des Anschlußteils 71 über den physikalisch leitenden Pfad 57 oder 58 auf das Gerätegestell 55 oder 56 und schließlich zur Erde 59 abgeleitet. Der Spalt 101 zwischen der Umhüllung 78 und dem Gehäuse 33 isoliert die Schaltungskarte von etwaigen zerstörerischen Effekten, die längs der Faser geführte unerwünschte Signale auf dem Modul haben könnten. Für die Schaltungsplatine und die elektro-optischen Komponenten ist die Spannungsversorgungs- oder logische Masse 61 vorgesehen. Diese Praxis vermeidet es, daß sich die Effekte von unerwünschten, durch die Gestellmasse induzierten Strömen auf die Spannungsversorgungs-Masse und die elektrooptischen Komponenten auswirken.

Claims

1. Elektro-optischer Modul (11; 12; 30; 70) für den Anschluß an eine optische Faser, mit:

einem optischen Anschlußteil (17; 18; 31; 71) mit einem Anschlußende (32; 79), das zur Aufnahme und Befestigung eines optischen Faserkabels ausgebildet ist, und

einer an dem optischen Anschlußteil befestigten Schaltungsplatine (41), dadurch gekennzeichnet,

daß das Anschlußende (32; 79) des Anschlußteils elektrisch von der Schaltungsplatine (41) isoliert ist und

daß der Anschlußteil an seinem Anschlußende mit Mitteln (32; 78) zur Bildung eines Entladungspfades versehen ist, so daß längs der metallischen Umhüllung der optischen Faser geleitete hohe Transientenspannungen von der Schaltungsplatine weggeführt werden.

2. Elektro-optischer Modul nach Anspruch 1, bei dem der optische Anschlußteil (71) aus nichtleitendem Material besteht und die Mittel zur Bildung des Entladungspfades eine leitende äußere Hülle (78) aufweisen, die um den optischen Anschlußteil (71) herum angeordnet ist und sich vom Anschlußende (79) bis zu einem Punkt (80) auf der Länge des Anschlußteils erstreckt, der zu der Schaltungsplatine (41) entfernt liegt.

3. Elektro-optischer Modul nach Anspruch 1, bei dem der optische Anschlußteil (31) aufweist:

einen ersten Bereich (32), der das Anschlußende bildet und eine äußere Hülle mit einer mittig darin angeordneten Aufnahme für eine optische Faser aufweist, welcher erste Bereich mit Mitteln zur Aufnahme und Befestigung der optischen Faser versehen ist,

einen zweiten Bereich (35) zur Verbindung mit der Schaltungsplatine (41) und

einen Isolator (34), der den ersten Bereich von dem zweiten trennt, um die Schaltungsplatine von dem ersten Bereich zu isolieren, wobei die Mittel zur Bildung des Entladungspfades durch den ersten Bereich (32) des optischen Anschlußteils gebildet werden.

4. Elektro-optischer Modul nach Anspruch 3, bei der der Isolator (34) ringförmig ist.

5. Elektro-optischer Modul nach Anspruch 4, bei der der Isolator (34) aus einem keramischen Material besteht.