用于具有在靠近电路连接区域处的阻抗补偿的e/o引擎的互连结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种互连结构，该互连结构用于将用于输出和/或接收电信号的至少 一个电子单元和用于将所述电信号转换为光信号和/或反之的至少一个光学单元联接到另 外的电子部件。本发明还设及包括运样的互连结构的光电模块和包括至少一个该光电模块 的有源(active)光缆组件。
【背景技术】
[0002] 为了支持例如25、40或者IOOGbps的高速数据传输应用的通信要求，当经由电线的 链路（link)具有过低带宽时，使用光链路。当使用该光链路用于从第一电子部件传输信号 至第二电子部件时，要传输的电信号首先转换为光信号，然后光信号经由光发送器联接到 光纤并且经由光纤传输到第二电子部件。在第二电子部件处，光信号借助于光接收器而被 接收并且转换回电信号。该转换后的电信号在第二电子部件中进一步处理。
[0003] 执行光信号和电信号之间的转换的光电部件通常称为收发器、E/0引擎或者EOE引 擎。
[0004] 如图1所示，用于转换电信号成为光信号W及反之的该收发器100包括电绝缘衬底 102,例如印刷电路板(PCB)或者柔性印刷电路(FPC)。收发器100进一步包括多个信号输入 线104,该多个信号输入线104布置为差分信号对、并且终止在用于例如经由另一印刷电路 板电接触另外电子部件的前端接触区中。
[0005] 信号输入线的与前端接触区106相反的另一外端连接到电路连接区域110中的电 子传输单元108。电子传输单元108包括用于驱动光发射器的驱动器电路，例如垂直腔面发 射激光器(VCS化)112的阵列。由激光二极管阵列112发出的光信号在内部联接到光导体，例 如光纤。
[0006] 此外，收发器单元100包括光电探测器阵列114,其包括例如光电二极管，诸如所谓 PIN二极管(正-本征-负光电二极管）。运些PIN二极管联接到光纤用于接收光信号并且将光 信号转换成为电信号。PIN二极管114的输出联接到放大器单元116,该放大器单元116可W 包括与光电二极管114阵列的相应输出相连的互阻抗放大器（transimpedance amplifier TIA)阵列。
[0007] 设有多个电信号输出线120,用W将前端接触区连接到放大器电路116的输出端 子。类似于信号输入线104,信号输出线120形成为差分线。
[000引接地平面层118设置在衬底102内，朝向输入信号线104和输出信号线120分别具有 明确限定的距离。
[0009]激光二极管112和驱动电路108W及PIN二极管114和所属放大器单元116均置于衬 底102上，使得它们由接地平面层118包围。如在国际申请PCT/EP2013/063694中提出的，接 地平面层118在前端接触区106的区域中设有开口 124, W提高从E/0引擎100到例如其它印 刷电路板(图中未示出）的过渡点处的信号品质。
[0010] 本发明的发明人发现，对于图I所示的构造，由于忍片上的ESD保护装置和粘结焊 盘的寄生效应，传输单元108前端W及互阻抗放大器单元116的阻抗显出电容性特性。因此， 在电子传输单元108和放大器单元116的电路连接区域110中观察到明显阻抗下降。运削弱 了光电单元的性能，使其难满足回程损耗的要求。
[0011] 另一方面，理想地，互连系统必须无失真地载运信号。一种类型的失真被称作串 扰。当一个信号在另一信号线上产生不想要的信号时发生串扰。一般地，串扰因信号线之间 的电磁禪合引起，因此对于高速、高密度的互连系统特别成问题。当信号线更靠近一起、或 者当它们载运的信号具有更高频率时，电磁禪合增大。在高速、高密度的互连系统中运两种 情况均存在。
[0012] 图2示出了在电路连接区域110 W20ps(20到80%)脉冲获得的时域反射测量法 (TDR)测量数据的结果，无任何阻抗匹配测量。从图2能够看出，明显的脉冲被反射回，指示 出在该区域中的不希望的干扰。
[0013] 因此，需要提供如下互连结构和相应的光电模块:其具有改进的信号完整性和减 小的串扰，同时保持小的形状因子和成本有效结构。
【发明内容】
[0014] 运一目的通过独立权利要求的主题解决。本发明的互连结构和光学模块的有利发 展是从属权利要求的主题。
[001引本发明基于运一发现:通过将间隙（clearance)引入到E/0引擎衬底的接地平面层 中，在电路连接端子区域中阻抗能够被增大到可接受的水平。有利地，运能够在电子传输单 元的端子W下W及在放大器单元的端子W下完成。通过提供该接地间隙构造，串扰(XT)、模 式变换W及共模回程损耗(CMRL)未明显受损，而阻抗可匹配W满足关于回程损耗的要求。
[0016] 特别地，该间隙每个分配给一对差分信号引线，且通过具有准确限定尺寸的接地 面网而与一个或两个相邻间隙分离开。为避免串扰，每一间隙与下一间隙W具有至少30WH 宽度的网分离开。
[0017] 为确保针对每个信号引线对建立一致的阻抗匹配，间隙具有与分别属于信号引线 的轮廓相匹配的轮廓。
[0018] 当分析用于信号引线的特定尺寸和布局的不同可选方案时，令人惊讶地发现，一 对引线中的每个引线朝向间隙的邻近外边界的距离与两根引线之间的距离的比率应近似 为1/2, W实现足够高的阻抗。例如，各引线能够与间隙的相应邻近外边界隔离50皿，且与一 对引线中另一引线相距100皿。
[0019] 另外，可W表明至少700WI1的间隙长度对于实现足够高的阻抗是有利的。
[0020] 本发明能够最有效地用于运样一种光电模块，该光电模块包括用于输出和/或接 收电信号的至少一个电子单元和用于将电信号转换成为光信号和/或反之的至少一个光学 单元。
[0021] 在本发明的背景下，光电模块通常指包括连接到驱动器和/或接收器电子设备、用 于传输或者接收光信号的光电部件的系统。在该背景下的光电部件是布置成将电能转换成 为光能或者将光能转换成为电能的装置，即光源和光电探测器，诸如激光二极管和光电二 极管，如上所述。通常，激光二极管是垂直腔面发射激光器(VCS化），并且作为光电二极管， 可W使用PIN光电二极管。
[0022] 典型地，该模块还将包括允许模块连接到一根或多根光纤的接口 W及用W调节光 电部件的工作参数的控制电子设备。例如，激光二极管的操作典型地要求可调节的偏置电 流、调制电流W及可选地预加强。通常，运些模块将支持多于一个的通道，诸如两个、四个、 八个、十二个或者十六个通道，但取决于应用可设想任意数目的通道。对于该用途，光源和 光电探测器通常可W阵列提供，诸如IxN阵列或者2xN阵列，其中N是正整数。严格地，2xN阵 列称为矩阵，但为简化标识，下文中仅使用术语"阵列"。此外，本申请中所示的实施方式总 是使用与如四通道小型可插拔(QSFP化/0引擎的应用相一致的4通道布置，但是本发明当然 不局限于运样的布置。
[0023] 为将电气数据信号转换为适于驱动光源W发出包括该数据信号的光信号的信号， 需要驱动电路。类似地，需要接收器电路W将接收的光信号转换成为适于在系统中进一步 传输的电信号。运些驱动器和接收器电路在本领域中是熟知的，并且它们典型地提供为集 成电路，或作为发射器忍片（包括驱动器电路）、接收器忍片（包括接收器电路)或者收发器 忍片(包括驱动器和接收器电路）。
[0024] 接收器忍片通常也称为TIA忍片(互阻抗放大器忍片)或者LIA忍片（限制阻抗放大 器忍片）。运些忍片包括:数据引脚/焊盘，用于从主系统接收电气数据信号/将电气数据信 号发送到主系统;和连接焊盘，用于连接到光学装置，即用于连接到忍片的光学侧（即光源 或光电探测器)的连接引脚/焊盘。
[0025] 当本发明互连结构用在输入并输出电信号但借助于光导体传导电信号的有源光 缆(AOC)组件中时，本发明实现的有利特性能够在特别高程度得W利用。有源光缆组件可W 是直接点对点连接机构，或者也可W构造为扇出缆线，即一个输入和多个输出。有源光缆技 术在不牺牲与标准电气接口兼容性的情况下改进了线缆的速度和距离性能。
【附图说明】
[0026] 附图整合到说明书中并形成说明书的一部分，W例示多个本发明实施方式。运些 附图连同说明书用来解释本发明原理。附图仅仅为例示如何形成和使用本发明的优选及替 代示例的目的，并不阐释为限制本发明为所示和描述的实施方式。此外，实施方式的多个方 面可形成-分别地或者W不同组合-根据本发明的方案。根据W下关于如在附图中例示的本 发明各种实施方式的更具体说明，其它特征和优点将变得明显，在附图中，同样附图标记指 示同样的元件，并且其中：
[0027] 图1示出了4-通道QSFP E/0引擎的布线图；
[0028] 图2示出了 W20ps(20-80%)脉冲在TX输入区无间隙地获得的时域反射测量法结 果；
[0029] 图3示出了所提出的根据本发明实施方式的接地面的布线；
[0030] 图4示出了图3的细节；
[0031] 图5示出了有和没有本发明接地间隙的时域反射测量法结果的比较；
[0032] 图6示出了安装在印刷电路板上的E/0引擎的差分回程损耗；
[0033] 图7示出了安装在印刷电路板上的E/0引擎的近端串扰；
[0034] 图8示出了安装在印刷电路板上的E/0引擎的远端串扰；
[0035] 图9示出了安装在印刷电路板上的E/0引擎的共模回程损耗；
[0036] 图10示出了安装在印刷电路板上的E/0引擎的模式变换SCD 11;和
[0037] 图11示出了安装在印刷电路板上的E/0引擎的模式变换SCD 21。
【具体实施方式】
[0038] 现在参考图3,示出了根据本发明的电连接接口的有利实施方式。
[0039] 在图3中，示出了金属部分，即信号引线和接地平面层，W使得本发明的中屯、思想 更清楚。但是，当然还存在绝缘层，W及此外，所示的金属层不必是唯一的导电层。另外，图3 仅仅示出了电路连接区域的一部分，并且当然清楚的是，本发明