用于减少串扰的光学收发器 【技术领域】
本发明涉及一种用于减少串扰的光学收发器，尤其涉及一种通过在单个衬底上同时安装光发送设备和光接收设备来实现用于减少串扰的光学收发器。
背景技术
近年，诸如多媒体高速因特网、视频会议、IP电话、视频点播(VOD)、因特网游戏、通信、电子商务、远程教学、远程医疗等等的新业务已经越来越多地成为现实，并且主干网的传输能力已经大大提高。然而，用户(subscribe)网的传输能力几乎没有变化。这意味着在由用户网提供各种多媒体业务过程中，在主干网和用户网之间会出现瓶颈。通过利用x数字用户线(xDSL)和现在广为使用的电缆调制解调器(cable modem)来消除瓶颈是不容易的。因此，存在对能够以低成本制造的作为新技术的无源光网(以后称作为PON)的需求，它具有简单的网络结构和高的容量，并且能够处理所有数据的、音频地和视频的业务。
将PON技术划分为两种类型；一种是异步传输模式(以后称作为ATM)PON，而另一种是以太网PON。已经对ATM PON进行了用于IP数据、视频和诸如10/100Mbps以太网的高速业务的集成的开发，以及用于低成本且高速地提供集成信息的开发。然而，ATM PON不适用于用户网，因为它没有视频传输的能力，带宽也不够，高度复杂，成本也高等。由于这些原因，已经对诸如高速以太网、千兆比特以太网等等的技术进行了开发，并由此引入了具有1.25Gbps带宽的以太网PON。
将光学收发器连接到光纤上，并且所述光学收发器包括：具有平面光波电路(以后称作为PLC)的光信号发送单元，具有光发送设备和光接收设备的光电转换器，以及具有前置放大器和光发送设备驱动电路的电子器件。在混合集成的收发器的情形中，电子串扰将会出现，即，来自光发送设备的高速信号对光接收设备的运行有影响。由于大大降低了光接收设备的接收灵敏度，电子串扰使得光接收设备的工作范围受到限制，以致光学收发器的整个工作性能会恶化。特别是，在高速信号的情形中，电子串扰会激增。因此，要求开发能够降低电子串扰的光学收发器，进而开发诸如用于如上所述以太网PON的光学收发器的高速光学收发器。
随后将参照图1和2描述根据现有技术的光学收发器。
图1是根据现有技术的通过利用用于增加在光发送设备和光接收设备之间空间的技术，和用于在光发送设备和光接收设备之间形成中心地线(central ground line)的技术，用于降低串扰的光学收发器的示意配置图。图2是说明如图1所示的光学收发器部分的示意配置图。
根据现有技术的光学收发器包括：光信号发送器1100，光电转换器1200、衬底1300、引线框1400、包装密封材料(encapsulant)1500和引线框垫(leadframe pad)1600。
光信号发送器1100将从光纤1700接收的光信号发送到光接收设备1260，并将从光发送设备1210产生的光信号发送到光纤1700。
光电转换器1200将光信号转换为电信号，反之亦然。并且，光电转换器包括：光发送设备1210，用于将电信号转换为光信号；光发送设备的高速信号线1220；光发送设备的偏置线1230；监控器光电检测器(MPD)1240，用于监控光发送设备1210的光功率；MPD的信号线1250；光接收设备1260，用于将光信号转换为电信号；光接收设备的高速信号线1270；光接收设备的偏置线1280；和中心地线1290。
引线框1400、包装密封材料1500和引线框垫1600是在形成模块时为了容易地在印刷电路板(PCB)上安装而必要的器件。
根据现有技术的光学收发器通过加宽在光发送设备1210和光接收设备1260之间的物理空间，并通过在光发送设备1210和光接收设备1260之间形成中心地线1290，来防止在光发送设备1210和光接收设备1260之间的干扰。
根据现有技术，当运行速度达到好几百Mbps时，可能将光学收发器作为PON的标准模块安装在小型组件可插拔式(SFP，small form factorpluggable)封装上。然而，当运行速度变为好几个Gbps时，由于在光发送设备1210和光接收设备1260之间的物理空间变为增加到好几十个毫米，所以存在不能将光学收发器安装在SFP封装上的问题。而且，因为作为在其上安装有光发送设备1210和光接收设备1260的硅衬底的电特性的传导率非常低，仅仅在将它假定为一般电介质的情况下，位于光发送设备1210和光接收设备1260之间的中心地线1290才会是有效的。然而，问题是具有非常高传导率的衬底花费大，由此不能低成本地实现。
【发明内容】
因此，设计了本发明以解决上述问题。本发明的目的在于减少光学收发器的串扰。
而且，本发明的目的在于使得光学收发器在光发送设备和光接收设备之间具有更窄的物理空间。
而且，本发明的目的在于使得光学收发器能够在通常使用的10Ohm电阻的衬底上实现。
而且，本发明的目的在于使得光学收发器同时具有-90dB或者更低的串扰特性和-10dB或者更低的反射特性，以致适合于1.25Gbps的以太网PON。
本发明的一个方面是提供光学收发器，包括：光电转换器，在衬底上来实现，并具有用于将电信号转换为光信号的光发送设备；光发送设备的高速信号线；光发送设备的偏置线；用于将光信号转换为电信号的光接收设备；光接收设备的高速信号线；光接收设备的偏置线；位于邻近于光发送设备的高速信号线的第一虚(dummy)地线；和位于邻近于光接收设备的高速信号线的第二虚地线；和光信号发送器，其连接到光电转换器上，将从光纤接收到的光信号发送到光接收设备上，并将从光发送设备产生的光信号发送到光纤上。
在本发明的优选实施例中，光学收发器还可以包括：附装到衬底上的包装密封材料；位于在包装密封材料内的引线框垫；以及多个分别连接到光发送设备的高速信号线、光发送设备的偏置线、光接收设备的高速信号线、光接收设备的偏置线、第一虚地线、第二虚地线和引线框垫的引线框。而且，光电转换器还包括用于监控光发送设备的光功率的监控器光电检测器(MPD)和监控器光电检测器(MPD)信号线。
这里，所述衬底包括：具有氧化硅薄膜的硅衬底。光发送设备的高速信号线位于光发送设备的偏置线和第一虚地线之间，而光接收设备的高速信号线位于光接收设备的偏置线和所述第二虚地线之间。
这里，在光发送设备的高速信号线和第一虚地线之间的空间小于或者等于在光发送设备的高速信号线和光发送设备的偏置线之间的空间，而在光接收设备的高速信号线和第二虚地线之间的空间小于或者等于在光接收设备的高速信号线和光接收设备的偏置线之间的空间。并且，第一和第二虚地线位于光电转换器之外，而光发送设备和光接收设备的偏置线位于光电转换器之内。
同时，第一虚地线位于光发送设备的高速信号线和光发送设备的偏置线之间，而第二虚地线位于光接收设备的高速信号线和光接收设备的偏置线之间。光发送设备是激光二极管，而光接收设备是光电二极管。并且，光信号发送器由平面光波电路(PLC)组成。
【附图说明】
结合附图及下面的详细描述，本发明的上述及其他目的、特性和优点将更明白，其中：
图1是示出根据现有技术的光学收发器的示意配置图；
图2是示出根据现有技术的部分光学收发器的示意配置图；
图3是示出根据本发明的优选实施例的光学收发器的示意配置图；
图4是示出根据本发明的优选实施例的部分光学收发器的示意配置图；
图5是示出根据现有技术的光学收发器的串扰特性和反射特性的图；以及
图6是示出根据本发明的优选实施例的光学收发器的串扰特性和反射特性的图。
【具体实施方式】
随后，将参照附图描述本发明。因为在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以做出本发明的许多明显的不同的实施例，应当理解本发明不限于下面的特定实施例。将本发明的实施例提供给本领域的普通技术人员以便更充分地解释本发明。
图3是示出根据本发明的优选实施例的光学收发器的示意配置图。图4是示出如图3所示的部分光学收发器的示意配置图。
如图3和4所示的光学收发器包括：光信号发送器2100、光电转换器2200、衬底2300、引线框2400、包装密封材料2500以及引线框垫2600。光学收发器可以包括其他的电子器件(未示出)。
光信号发送器2100适合于将从光纤2700接收的光信号发送到光接收设备2260，并将从光发送设备2210产生的光信号发送到光纤2700。例如，光信号发送器2100具有平面光波电路(PLC)2110。将Y-叉形的PLC 2110的两端分别连接到光发送设备2210和光接收设备2260。
光电转换器2200适合于将光信号转换为电信号，反之亦然。光电转换器2200包括：光发送设备2210，用于将电信号转换为光信号；光发送设备的高速信号线2220；光发送设备的偏置线2230；监控器光电检测器(MPD)2240，用于监控光发送设备2210的光功率；MPD的信号线2250；光接收设备2260，用于将光信号转换为电信号；光接收设备的高速信号线2270；光接收设备的偏置线2280；第一虚地线2290和第二虚地线2295。
分别将光发送设备2210和光接收设备2260连接到PLC 2110的两端。光发送设备2210将从外部驱动电路(未示出)输入的电信号转换为具有例如1.3微米(μm)波长带宽的光信号，并接着通过PLC 2110和光纤2700将光信号发送到其它光学收发器(未示出)。光接收设备2260通过PLC 2110和光纤2700将从其它光学收发器输入的具有例如1.5微米(μm)波长带宽的光信号转换为电信号，并接着将电信号发送到安装在外部的前置放大器(未示出)。光发送设备2210可以是激光二极管，而光接收设备2260可以是光电二极管。所述驱动电路和前置放大器可以包括在电路中(未示出)。
第一虚地线2290和第二虚地线2295分别位于邻近于光发送设备的高速信号线2220和光接收设备的高速信号线2270。当在第一虚地线2290和光发送设备的高速信号线2220之间的空间小于或者等于在光发送设备的偏置线2230和光发送设备的高速信号线2220之间的空间，而在第二虚地线2295和光接收设备的高速信号线2270之间的空间小于或者等于在光接收设备的偏置线2280和光接收设备的高速信号线2270之间的空间时，则主要将光发送设备的高速信号线2220和光接收设备的高速信号线2270的噪声项耦合到所述第一虚地线2290和所述第二虚地线2295的每一个中，导致减少了电子串扰。例如，如图4所示，能够将光发送设备的高速信号线2220和所述第一虚地线2290之间的空间设计为小于0.5倍的光发送设备的偏置线2230和光发送设备的高速信号线2220之间的空间，并且能够将光接收设备的高速信号线2270和所述第二虚地线2295之间的空间设计为小于0.5倍的光接收设备的偏置线2280和光接收设备的高速信号线2270之间的空间。
如图所示，能够将光发送设备的偏置线2230和第一虚地线2290分别位于光发送设备的高速信号线2220的两边，并且能够将光接收设备的偏置线2280和第二虚地线2295分别位于光接收设备的高速信号线2270的两边。在这种情况下，如图所示，能够将光发送设备的偏置线2230和光接收设备的偏置线2280位于光电转换器2200的内部，并且能够将第一虚地线2290和第二虚地线2295位于所述光电转换器2200的外部。这里，在第一虚地线2290和光发送设备的高速信号线2220之间的空间必须小于或者等于在光发送设备的偏置线2230和光发送设备的高速信号线2220之间的空间。同样，在第二虚地线2295和光接收设备的高速信号线2270之间的空间必须小于或者等于在光接收设备的偏置线2280和光接收设备的高速信号线2270之间的空间。
同时，能够将第一虚地线2290位于光发送设备的高速信号线2220和光发送设备的偏置线2230之间，能够将第二虚地线2295位于光接收设备的高速信号线2270和光接收设备的偏置线2280之间。
可以期望地将在衬底上具有厚度为好几个微米(μm)的氧化硅薄膜的硅衬底用作衬底2300。
引线框2400、包装密封材料2500和引线框垫2600是当形成模块时为了容易地在印刷电路板(PCB)上安装而必要的器件。将对应于引线框2400的参考标号2410、2420、2430和2440的引线框接地。和图2不同，不将对应于参考标号2420和2430的编号的引线框连接到在衬底上的附加中心地(additional central ground)，而是将它们连接到引线框2600，并且用来在机械上支撑它并减少只在引线框2400中的寄生元件(parasitic component)。例如，引线框2400可以是Alloy 42家族的引线框。
随后，参照图5和6，比较本发明的优选实施例。
图5说明了根据如图1和2所示的现有技术制造的光学收发器的串扰特性和反射特性。在此光学收发器中，在光发送设备和光接收设备之间的空间是8.09毫米(mm)，而光学收发器的整个宽度是10.5mm。由图5，能够注意到在1.25GHz频率中的串扰特性小于-90dB，以致满足-26dBm的模块接收灵敏度，而在1.25GHz频率中的反射特性小于-10dBm，以便连接到50Ohm系统。
图6说明了按照如图3和4所示的本发明的实施例制造的光学收发器的串扰特性和反射特性，在此光学收发器中，在光发送设备和光接收设备之间的空间是4.7mm，而光学收发器的整个宽度是8.4mm。由图6，能够意识到根据本发明的光学收发器适用于1.25Gbps的以太网PON光学收发器，因为在1.25GHz时的所述串扰特性和反射特性分别小于-90dB和-10dB，这和图5类似。
如上所述，由根据现有技术和本发明在1.25GHz时的所述串扰特性和反射特性看来，与由现有技术制造的光学收发器相比，由本发明制造的光学收发器能够获得在光发送设备和光接收设备之间的空间的大约40％的降低，并且使得光学收发器的宽度减少20％。
根据本发明的光学收发器具有通过形成和光发送设备和光接收设备邻近的虚地线，能够消除所述电子串扰同时保持在彼此接近的光发送设备和光接收设备之间的物理空间的优点。
而且，根据本发明的光学收发器能够使用在所述技术领域通常使用的10Ohm电阻的硅衬底。同时，它可以具有的优点是，和现有技术相比，甚至在制造用于分别在1.25GHz时具有小于-90dB的串扰特性和小于-10dB的反射特性的以太网PON的光学收发器的场合，通过利用这种衬底，所述模块的尺寸能够减少大约20％。
而且，根据本发明的光学收发器的优点是，它适合于大批量生产，而不需要改变任何的生产线，因为它能够容易地实现且不需要附加的器件。
尽管出于解释的目的描述了本发明的优选实施例，但是，本领域的普通技术人员将会意识到，在不脱离附加权利要求所披露的发明的范围和实质的情况下，各种修改、补充和替代是可能的。
本申请包含涉及于2003年9月6日向韩国专利局提交的第2003-62417号专利申请，其整个内容在此引用，以作参考。