JP2014135360A - Optical-electrical converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電気変換装置に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
従来から、電気信号と光信号との一方を他方に変換する光電気変換装置が提供されている。光電気変換装置は、光アクティブコネクタとも呼ばれる。 2. Description of the Related Art Conventionally, photoelectric conversion devices that convert one of an electrical signal and an optical signal into the other have been provided. The photoelectric conversion device is also called an optical active connector.
光電気変換装置は、外部回路に電気的に接続される電気接続部と、光接続部を介して他の光電気変換装置に光学的に接続されるとともに電気接続部を介して伝送される電気信号と光接続部を介して伝送される光信号との一方を他方に変換する変換回路とを備える。 The photoelectric conversion device includes an electrical connection unit electrically connected to an external circuit, and an electrical connection optically connected to another photoelectric conversion device via the optical connection unit and transmitted via the electrical connection unit. A conversion circuit that converts one of the signal and the optical signal transmitted through the optical connection unit into the other.
また、図7に示すように、上記の光電気変換装置1として、厚さ方向の一方の面(図での下面。以下、「裏面」と呼ぶ。)に電気接続部としてのプラグ21が実装され、厚さ方向の他方の面(図での上面。以下、「表面」と呼ぶ。)に変換回路3が実装されたプリント配線板4を備えるものがある(例えば、特許文献1参照)。
As shown in FIG. 7, as the
プラグ21は、外部回路が実装されたプリント配線板8に実装されるソケット22とともに周知のコネクタ2を構成する。すなわち、プラグ21がソケット22に挿入接続されることで、変換回路3と外部回路との電気的な接続が達成される。上記のようなコネクタ2は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明は省略する。変換回路3と上記のような電気接続部としてのプラグ21とがプリント配線板4の互いに異なる面に実装されていることで、プリント配線板4の厚さ方向に直交する方向についての小型化(コンパクト化)が可能となっている。
The
変換回路3は、光接続部としての光ファイバ5を介して相互に光学的に接続される光素子31と、光素子31に電気的に接続された集積回路32とからなる。集積回路32はプリント配線板4上に直接実装され、光素子31はプリント配線板4上に実装されたサブマウント基板33上に実装されている。これにより、光素子31がプリント配線板4上に直接実装される場合に比べ、集積回路32の熱が光素子31に与える影響が抑えられる。また、光素子31と光ファイバ5との光学的な接続は、サブマウント基板33に設けられた凹部(図示せず)内で達成される。集積回路32の端子は、サブマウント基板33上の導電パターンとプリント配線板4上の導電パターンとに対し、それぞれボンディングワイヤ61,62を用いたワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
The
より具体的には、相互に接続された光電気変換装置1のうち一方の光電気変換装置(例えば左側の光電気変換装置。以下、「送信側変換装置」と呼ぶ。)1では、光素子31として例えば半導体レーザの一種である垂直共振器面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)のような発光素子が用いられる。送信側変換装置1では、集積回路32は、プラグ21を介して入力された電気信号に応じて上記の光素子(発光素子)31を駆動する駆動回路を構成する。
More specifically, one of the
また、他方の光電気変換装置(例えば右側の光電気変換装置。以下、「受信側変換装置」と呼ぶ。)1では、光素子31として光信号を電気信号に変換するフォトダイオードのような受光素子が用いられる。受信側変換装置1では、集積回路32は、上記の光素子(受光素子)31の出力に対し増幅やノイズ除去といった適宜の信号処理を施してプラグ21に出力する信号処理回路を構成する。
In the other photoelectric conversion device (for example, right photoelectric conversion device; hereinafter referred to as “reception-side conversion device”) 1, the
すなわち、一方の外部回路(例えば左側のプリント配線板8に実装された外部回路)から送信側変換装置1に入力された電気信号が、いったん光信号に変換されて光ファイバ5を介して伝送され、受信側変換装置1において電気信号に復元されて他方の外部回路(例えば右側のプリント配線板8に実装された外部回路)に入力される。
That is, an electrical signal input from one external circuit (for example, an external circuit mounted on the left printed wiring board 8) to the transmission
なお、各光電気変換装置1がそれぞれ変換回路3において発光素子及び駆動回路と受光素子及び信号処理回路とを兼ね備え、光電気変換装置1間で双方向に光信号を送受信可能とされることもあり得る。
Each
ここで、変換回路3(集積回路32)は、それぞれ、プラグ21に対し、プリント配線板4に設けられたスルーホール(以下、「伝送用スルーホール」と呼ぶ。)を介して電気的に接続される。
Here, the conversion circuit 3 (integrated circuit 32) is electrically connected to the
しかしながら、伝送される信号の周波数が高い場合(例えば、信号の伝送速度がGbpsオーダーである場合)、上記の伝送用スルーホールにおけるインピーダンス不整合に起因するノイズ(ジッタ)のレベルが、ビットエラーの要因として問題になる程度に高くなる可能性がある。 However, when the frequency of the transmitted signal is high (for example, when the transmission speed of the signal is on the order of Gbps), the level of noise (jitter) due to impedance mismatch in the transmission through-hole described above is the bit error. It may be high enough to cause problems.
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信号の高周波化に伴うノイズレベルの上昇が抑えられる光電気変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion apparatus in which an increase in noise level accompanying a high frequency signal is suppressed.
本発明の光電気変換装置は、外部回路に電気的に接続される電気接続部と、光接続部を介して他の光電気変換装置に光学的に接続されるとともに前記電気接続部を介して伝送される電気信号と前記光接続部を介して伝送される光信号との一方を他方に変換する変換回路と、一方の面に前記電気接続部が実装され他方の面に前記変換回路が実装されたプリント配線板とを備え、前記プリント配線板は、前記電気接続部と前記変換回路とを互いに電気的に接続する導電体が内周面上に設けられた伝送用スルーホールを有し、前記プリント配線板において前記伝送用スルーホールの近傍には、グランドに電気的に接続される導電体が内周面上に設けられた整合用スルーホールが設けられていることを特徴とする。 The photoelectric conversion device of the present invention is electrically connected to another photoelectric conversion device via an optical connection portion and an electrical connection portion electrically connected to an external circuit, and via the electrical connection portion. A conversion circuit that converts one of an electric signal to be transmitted and an optical signal transmitted through the optical connection unit into the other, the electrical connection unit mounted on one surface, and the conversion circuit mounted on the other surface A printed wiring board, and the printed wiring board has a transmission through hole in which a conductor for electrically connecting the electrical connecting portion and the conversion circuit to each other is provided on an inner peripheral surface, In the printed wiring board, in the vicinity of the transmission through hole, a matching through hole is provided in which a conductor electrically connected to the ground is provided on the inner peripheral surface.
上記の光電気変換装置において、前記プリント配線板において、前記伝送用スルーホールは複数個設けられていて、いずれかの前記伝送用スルーホール内の前記導電体と前記変換回路とを接続する導電体である伝送用導電体と、他のいずれかの前記伝送用スルーホール内の前記導電体と前記変換回路とを接続する伝送用導電体との間であって互いに異なる電気信号が伝送される前記伝送用導体間には、グランドに電気的に接続される導電体であるグランド導電体が設けられていることが望ましい。 In the above photoelectric conversion device, the printed wiring board includes a plurality of transmission through holes, and a conductor that connects the conductor in any one of the transmission through holes and the conversion circuit. The electrical conductors that are different from each other are transmitted between the electrical conductor for transmission and the electrical conductor for transmission that connects the electrical conductor in one of the other transmission through-holes and the conversion circuit. It is desirable that a ground conductor, which is a conductor electrically connected to the ground, is provided between the transmission conductors.
さらに、上記の光電気変換装置において、前記プリント配線板には、一方の開口を前記グランド導電体に囲まれた複数個の前記整合用スルーホールが、前記グランド導電体が前記伝送用導電体に挟まれる方向に交差する方向に複数個並べて設けられていることを特徴とす。 Furthermore, in the above photoelectric conversion device, the printed wiring board has a plurality of matching through holes whose one opening is surrounded by the ground conductor, and the ground conductor serves as the transmission conductor. It is characterized in that a plurality are arranged side by side in a direction intersecting the sandwiched direction.
また、上記の光電気変換装置において、グランドに電気的に接続される導電体で一方の面が覆われ他方の面を前記プリント配線板に対し少なくとも前記伝送用スルーホールを覆う形で重ねられるシールド用基板を備えることが望ましい。 Further, in the above photoelectric conversion device, a shield that is covered with a conductor electrically connected to the ground, and the other surface is overlaid on the printed wiring board so as to cover at least the transmission through-hole. It is desirable to provide a working substrate.
さらに、上記の光電気変換装置において、前記プリント配線板には前記伝送用スルーホールが複数個設けられていて、2個の前記伝送用スルーホール間で前記整合用スルーホールの一部が共用とされていることが望ましい。 Furthermore, in the above photoelectric conversion device, the printed wiring board is provided with a plurality of transmission through holes, and a part of the matching through hole is shared between the two transmission through holes. It is desirable that
本発明によれば、整合用スルーホールに設けられた導電体により、伝送用スルーホールにおいて特性インピーダンスが高くなってインピーダンスの不整合が抑えられるから、伝送用スルーホールの端での反射が抑えられる。また、整合用スルーホールに設けられた導電体により、伝送用スルーホールへの輻射ノイズの出入りが抑えられる。以上により、整合用スルーホールが設けられない場合に比べ、信号の高周波化に伴うノイズレベルの上昇が抑えられる。 According to the present invention, the conductor provided in the matching through-hole increases the characteristic impedance in the transmission through-hole and suppresses impedance mismatching, thereby suppressing reflection at the end of the transmission through-hole. . Further, the conductor provided in the matching through hole suppresses the entry and exit of radiation noise to the transmission through hole. As described above, an increase in the noise level due to the higher frequency of the signal can be suppressed as compared with the case where no matching through hole is provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の基本構成は図7に示した光電気変換装置1と共通であるので、共通する部分については詳細な説明を省略する。
Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the
本実施形態では、伝送される電気信号は差動信号であって、図1に示すように、プリント配線板4に円形状の伝送用スルーホール41が1対2個設けられており、各伝送用スルーホール41の内周面はそれぞれ導電体(例えば金属)の層で覆われている。このような導電体の層は、例えばめっきにより形成することができる。変換回路3(集積回路32)は、伝送用スルーホール41の内周面上に設けられた上記の導電体を介してプラグ21に電気的に接続されている。
In the present embodiment, the electric signal to be transmitted is a differential signal, and as shown in FIG. 1, one to two circular transmission through
また、プリント配線板4において変換回路3が実装された面(以下、「表面」と呼ぶ。)上には、上記の導電体に連続する導電体(いわゆる導電パターン。以下、「伝送用導電体」と呼ぶ。)63が、伝送用スルーホール41毎に1個ずつ設けられている。
On the surface of the printed
さらに、プリント配線板4において、各伝送用スルーホール41の周囲には、それぞれ4個ずつの円形状のスルーホール(以下、「整合用スルーホール」と呼ぶ。)42が、伝送用スルーホール41を中心とする正方形の頂点の配置で設けられている。各整合用スルーホール42の内周面は、それぞれ、グランドに電気的に接続される導電体(例えば金属)の層で覆われている。
Further, in the printed
上記構成によれば、整合用スルーホール42内の導電体により、伝送用スルーホール41内の導電体の特性インピーダンスが高くなってインピーダンスの不整合が抑えられるから、伝送用スルーホール41の端での反射が抑えられる。また、整合用スルーホール42内に設けられた導電体により、伝送用スルーホール41への輻射ノイズの出入りが抑えられる。以上により、整合用スルーホール42が設けられない場合に比べ、信号の高周波化に伴うノイズレベルの上昇が抑えられる。
According to the above configuration, the conductor in the matching through
ここで、上記の反射によるノイズをより低く抑えるためには、伝送用スルーホール41(厳密には、伝送用スルーホール41内の導電体)の特性インピーダンスは、前後の回路の特性インピーダンス(例えば100Ω)に一致することが望ましい。伝送用スルーホール41と整合用スルーホール42とが1個ずつである場合において、これらのスルーホール41,42内の導電体が一対の平衡線路を構成するとみなした場合、プリント配線板4の誘電率をεとおき、プリント配線板4の透磁率をμとおき、各スルーホール41,42の直径をdとおき、伝送用スルーホール41と整合用スルーホール42との距離をSとおくと、伝送用スルーホール41の特性インピーダンスZは次式で表される。
Here, in order to suppress the noise due to the reflection to a lower level, the characteristic impedance of the transmission through hole 41 (strictly speaking, the conductor in the transmission through hole 41) is the characteristic impedance of the front and rear circuits (for example, 100Ω). ) Is desirable. In the case where there is one transmission through
また、上記のように輻射ノイズの出入りを抑える効果は、伝送用スルーホール41から見た整合用スルーホール42の立体角が大きいほど高くなる。例えば、図2(a)に示すように、より多数(図では9個)の整合用スルーホール42を、伝送用スルーホール41と同心の円上に配列してもよい。又は、図2(b)に示すように、1個の伝送用スルーホール41に対し、伝送用スルーホール41と同心の円弧形状(C字形状)の整合用スルーホール42を1個設けてもよい。1個の伝送用スルーホール41に対する整合用スルーホール42の全体としての内接円の直径(例えば図2(a)の例においては伝送用スルーホール41と整合用スルーホール42との距離の2倍と伝送用スルーホール41の直径との和)をDとおく。また、伝送用スルーホール41の直径をdとおき、プリント配線板4の比誘電率をεrとおき、プリント配線板4の比透磁率は1とする。この場合、伝送用スルーホール41と整合用スルーホール42とを、外部導体の内径がDであって内部導体の外径がdである同軸ケーブルに近似した場合、特性インピーダンスZは次式で表される。
In addition, the effect of suppressing the entry and exit of radiation noise as described above increases as the solid angle of the matching through
さらに、図3に示すように、プリント配線板4の表面上において、2個の伝送用導電体63に挟まれる位置には、グランドに電気的に接続される導電体(導電パターン)であるグランド導電体64を設けることが望ましい。図3の例は、2チャンネルの信号の伝送に対応したものである。すなわち、差動伝送に用いられる伝送用導電体63及び伝送用スルーホール41の対と光素子31との組をチャンネル毎に1組ずつ計2組有する。各光素子31はそれぞれ異なる光ファイバ5(光接続部)に接続されている。また、集積回路32には、上記2チャンネル分の回路が1チップに集積されている。そして、グランド導電体64は、互いに異なる組に属する(つまり互いに異なるチャンネルに対応し、互いに異なる電気信号が伝送される)伝送用導電体63間に設けられている。上記のようなグランド導電体64を設ければ、伝送用導電体63間(チャンネル間)での輻射ノイズの出入り(いわゆるクロストーク)が抑えられる。図3の例では、整合用スルーホール42のうち、互いに異なるチャンネルに対応する(つまり互いに異なる電気信号が伝送される)伝送用導電体63間に挟まれるものの開口をグランド導電体64に囲み、これらの整合用スルーホール42内の導電体とグランド導電体64とを互いに連続させている。
Further, as shown in FIG. 3, on the surface of the printed
また、図4に示すように、グランド導電体64に囲まれる整合用スルーホール42は、伝送用導電体63がグランド導電体64を挟む方向(図での上下方向)に直交する方向である左右方向に直線状に並べて多数設けてもよい。この構成を採用すれば、図3の例よりもクロストークを抑える効果がさらに高くなる。
As shown in FIG. 4, the matching through-
さらに、図5に示すように、グランドに電気的に接続される導電体の層(例えば金属めっき)により一面を覆われたプリント配線板(以下、「シールド用基板」と呼ぶ。)7を、各伝送用スルーホール41をそれぞれ覆う形でプリント配線板4に重ねてもよい。シールド用基板7は、例えば上記の導電体が設けられていない側の面をプリント配線板4に向けてプリント配線板4の表面上に例えば接着により固定される。上記のようなシールド用基板7を設ければ、シールド用基板7が重ねられた方向(図5での紙面手前方向)への輻射ノイズの出入りを抑えることができる。シールド用基板7の導電体とプリント配線板4との間からの輻射ノイズの漏れを抑えるためには、シールド用基板7の厚さは可能な限り薄くされることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 5, a printed wiring board (hereinafter referred to as a “shielding substrate”) 7 whose one surface is covered with a conductor layer (for example, metal plating) electrically connected to the ground, The transmission through
また、図6に示すように、複数個の伝送用スルーホール41間で整合用スルーホール42の一部(図では2個)を共用としてもよい。具体的には、伝送用スルーホール41間において、整合用スルーホール42を、伝送用スルーホール41が並ぶ方向(図6での上下方向)には並べずに、上記方向に直交する方向(図6での左右方向)に並べて2個設けるのみとしている。上記2個の整合用スルーホール42は、それぞれ、伝送用スルーホール41の中心間を結ぶ線分の垂直二等分線上に位置する(つまり、2個の伝送用スルーホール41との距離が互いに等しい)。すなわち、上記2個の整合用スルーホール42が、伝送用スルーホール41間で共用とされている。図6の構成を採用すれば、図1の構成に比べ、プリント配線板4の面積が小さくてすむことにより、小型化が可能となる。
In addition, as shown in FIG. 6, a part (two in the figure) of the matching through
1 光電気変換装置
3 変換回路
4 プリント配線板
5 光ファイバ(光接続部)
7 シールド用基板
21 プラグ(電気接続部)
41 伝送用スルーホール
42 整合用スルーホール
63 伝送用導電体
DESCRIPTION OF
7
41 Transmission through
Claims (5)
光接続部を介して他の光電気変換装置に光学的に接続されるとともに前記電気接続部を介して伝送される電気信号と前記光接続部を介して伝送される光信号との一方を他方に変換する変換回路と、
一方の面に前記電気接続部が実装され他方の面に前記変換回路が実装されたプリント配線板とを備え、
前記プリント配線板は、前記電気接続部と前記変換回路とを互いに電気的に接続する導電体が内周面上に設けられた伝送用スルーホールを有し、
前記プリント配線板において前記伝送用スルーホールの近傍には、グランドに電気的に接続される導電体が内周面上に設けられた整合用スルーホールが設けられていることを特徴とする光電気変換装置。 An electrical connection electrically connected to an external circuit;
One of the electrical signal transmitted through the electrical connection unit and the optical signal transmitted through the optical connection unit is optically connected to another photoelectric conversion device through the optical connection unit and the other A conversion circuit for converting to
A printed wiring board having the electrical connection portion mounted on one surface and the conversion circuit mounted on the other surface;
The printed wiring board has a through-hole for transmission in which a conductor that electrically connects the electrical connection portion and the conversion circuit to each other is provided on an inner peripheral surface;
In the printed wiring board, in the vicinity of the transmission through-hole, a matching through-hole in which a conductor electrically connected to the ground is provided on the inner peripheral surface is provided. Conversion device.
2個の前記伝送用スルーホール間で前記整合用スルーホールの一部が共用とされていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電気変換装置。 The printed wiring board is provided with a plurality of transmission through holes,
5. The photoelectric conversion apparatus according to claim 1, wherein a part of the matching through hole is shared between the two transmission through holes. 6.
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