特開 2024-104745 高速ビットレートと低速ビットレートとで同時に動作するように構成された光電子モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104745

(43)【公開日】2024-08-05

(54)【発明の名称】高速ビットレートと低速ビットレートとで同時に動作するように構成された光電子モジュール

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/40 20130101AFI20240729BHJP

【ＦＩ】

H04B10/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024008047

(22)【出願日】2024-01-23

(31)【優先権主張番号】18/158,509

(32)【優先日】2023-01-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】591132380

【氏名又は名称】ラディアル

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】マティアス・ペズ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・デカーロ

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム・スタートラ―

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA11

5K102AA15

5K102AA16

5K102AL12

5K102AL13

5K102PB14

(57)【要約】

【課題】光電子モジュールを、高速データレート専用と低速データレート専用の２つの別々のモジュールを実装することなく、高速データレートと低速データレートの両方に対応することができるように、改良すること。
【解決手段】本出願は、再構成可能なシステムオンチップ、すなわちチップ上のプログラマブルユニットによって、高速ビットレートと低速ビットレートとで同時に動作するように構成された固有の光電子モジュールに関する。この再構成可能なシステムには、リンクが送信チャネルであるときには少なくともドライバになり、リンクが受信チャネルであるときには少なくとも増幅器になる、低速チャネルの電子回路が組み込まれる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電子モジュールであって、
ホストプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
データを高速レートで電子的処理するように構成された電子ダイと、
前記ホストＰＣＢ上に存在する少なくとも１つの光電子サブアセンブリ（ＯＳＡ）であって、
高速レートのデータ専用の少なくとも１つのチャネル、
低速レートのデータ専用の少なくとも１つのチャネル、および
少なくとも１つの光媒体、および光電子ダイの各活性化領域を少なくとも１つの光伝送媒体に整列させるように構成された整列手段、
を備えるＯＳＡと、
前記低速データの前記電子的処理の機能を組み込み、高速データと低速データの両方の前記電子的処理を制御するように構成されて、前記ホストＰＣＢ上に存在する、再構成可能なシステムオンチップ（ＲＳＯＣ）と、
を備えることを特徴とする光電子モジュール。

【請求項2】

前記ＯＳＡが送信器区分（Ｔｘ）および受信器区分（Ｒｘ）を備え、前記送信器区分（Ｔｘ）および前記受信器区分（Ｒｘ）のうち１つが、高速データレートでデータを送信するように構成されており、他の区分が低速信号を受信するように構成されている、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項3】

光コネクタを有する光ファイバを含む、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項4】

前記ＯＳＡが光ファイバピグテールを含み、その一端が、前記ホストＰＣＢ上に存在する支持体に収容され、かつ保持されているフェルールで終結する、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項5】

前記電子ダイが、前記チャネルのうち１つの光電子要素を監視するためのドライバを備える、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項6】

前記ドライバによって制御される前記光電子要素が垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である、請求項５に記載の光電子モジュール。

【請求項7】

前記チャネルのうち１つが、光電子要素としての光ダイオードと、前記光ダイオードの出力を増幅するように構成された増幅器とを含む、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項8】

低速データレートがＤＣ～１０Ｍｂｐｓであり、高速データレートが１００Ｍｂｐｓ～１０Ｇｂｐｓである、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項9】

前記ＲＳＯＣが温度補償機能を含む、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項10】

前記ＲＳＯＣが、前記チャネルのうちの１つにおいて受信された光学データに基づいて前記チャネルを監視するように構成されている、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項11】

前記ＲＳＯＣが、前記チャネルのうちの１つにおいて受け入れられたとき特別なキーデータメッセージを含む光路によって遠隔で再構成され得る、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項12】

前記ホストＰＣＢが、前記ホストＰＣＢ上に存在する部品をすべて保護するカバーを含む固有のパッケージの一部である、請求項１に記載の光電子モジュール。

【請求項13】

単一の光ファイバが、前記高速データと前記低速データを送受信する２つのチャネルに使用され、それにより前記光電子モジュールが双方向トランシーバとして構成されている、請求項１に記載の光電子モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異なるデータ速度で動作するチャネルを組み合わせた光電子モジュールに関する。

【0002】

「光サブアセンブリ」すなわちＯＳＡという用語は、１つまたは複数の光電子部品と、その、１つまたは複数の光ファイバに対する光結合システムとをグループ化する、サブアセンブリを記述するために使用される。

【0003】

本発明は、航空学、宇宙、防衛、監視の分野、運送または医療の分野、さらには電気通信の分野、データ通信の分野および産業の分野において特に実装される光電子モジュールに関する。

【背景技術】

【0004】

光リンクシステムは、光電子モジュールと、１つまたは複数の光ファイバによって形成された光リンクとを使用することで知られている。それぞれの光電子式の送信器モジュール、受信器モジュール、またはトランシーバモジュールは、デイジーチェーン接続された、電子基板、光電子部品およびその制御電子部品、および１つまたは複数の光ファイバと、光電子部品と光ファイバとの間の光結合デバイスとから成る。

【0005】

そこで、各モジュールは、ろう付けもしくは接着によって、または電気コネクタによって、アプリケーションボードに固定される。

【0006】

したがって、機能的な光リンクシステムは、少なくとも１つの送信器モジュールと、光ファイバ媒体を介して送信器モジュールに光学的に結合された少なくとも１つの受信器とを備える。

【0007】

本出願人ＲＡＤＩＡＬＬが販売するＤ－Ｌｉｇｈｔｓｙｓ（登録商標）という商品は、送信器、受信器、または送信器と受信器の両方の機能を統合しているトランシーバに関するものである。

【0008】

今日、一部では、いくつかの光電子モジュールは、高速データ信号のみを、通常は１００Ｍｂｐｓ（メガバイト／秒）からのレートで送受信するように専用化されている。これらのモジュールは、電気信号のＤＣ（直流）成分に対応するようには構成されていない特別な電子部品を含む。

【0009】

また、他方では、いくつかの光電子モジュールは、低速データ信号のみを、通常はＤＣ～１０Ｍｂｐｓのレートで送受信するように専用化されている。

【0010】

これは、所与の用途において、高速データレートと低速データレートの両方に対応する必要がある場合には２つの別々のモジュールが必要になり、コスト、スペースおよびエネルギー消費に関して制約となることを意味する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許第７，３０９，１６９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

したがって、光電子モジュールを、高速データレート専用と低速データレート専用の２つの別々のモジュールを実装することなく、特に、高速データレートと低速データレートの両方に対応することができるように、さらに改良する必要がある。

【0013】

本発明は、この必要性のいくつかまたはすべてに対処することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

したがって、本発明の主題は、光電子モジュールであって
－ ホストプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
－ データを高速レートで電子的に処理するように構成された電子ダイと、
－ ホストＰＣＢ上に存在する少なくとも１つの光電子サブアセンブリ（ＯＳＡ）であって、
・ 高速レートのデータ専用の少なくとも１つのチャネル、
・ 低速レートのデータ専用の少なくとも１つのチャネル、
・ 少なくとも１つの光媒体、および光電子ダイの各活性化領域を少なくとも１つの光伝送媒体に整列させるように構成された整列手段
を備えるＯＳＡと、
－ 低速データの電子的処理の機能を組み込み、高速データと低速データの両方の電子的処理を制御するように構成されて、ホストＰＣＢ上に存在する、再構成可能なシステムオンチップ（ＲＳＯＣ）と
を備える、光電子モジュールである。

【0015】

有利な実施形態によれば、ＯＳＡは送信器区分（Ｔｘ）および受信器区分（Ｒｘ）を備え、送信器区分（Ｔｘ）および受信器区分（Ｒｘ）のうち１つは、高速データレートでデータを送信するように構成されており、他の区分は低速信号を受信するように構成されている。

【0016】

好ましくは、光電子モジュールは、光コネクタを有する光ファイバを含む。

【0017】

好ましくは、ＯＳＡは光ファイバピグテールも含み、その一端は、ホストＰＣＢ上に存在する支持体に収容され、かつ保持されているフェルールで終結する。

【0018】

有利な変形形態によれば、電子ダイは、データチャネルのうち１つの光電子要素を監視するためのドライバを備え、ドライバによって制御される光電子要素は垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、データチャネルのうち１つは、光電子要素としての光ダイオードと、光ダイオードの出力を増幅するように構成された増幅器とを含む。

【0019】

低速データレートは、好ましくはＤＣ～１０Ｍｂｐｓであり、高速データレートは、好ましくは１００Ｍｂｐｓ～１０Ｇｂｐｓである。

【0020】

好ましい変形形態によれば、ＲＳＯＣは温度補償機能を含む。

【0021】

好ましくは、ＲＳＯＣは、チャネルのうちの１つにおいて受信された光学データに基づいてデータチャネルを監視するように構成される。

【0022】

ＲＳＯＣは、チャネルのうちの１つにおいて受け入れられたとき特別なキーデータメッセージを含む光路によって遠隔で再構成され得る。

【0023】

好ましい構成によれば、ホストＰＣＢは、ホストＰＣＢ上に存在する部品をすべて保護するカバーを含む固有のパッケージの一部である。

【0024】

別の好ましい構成によれば、単一の光ファイバが、高速データと低速データを送受信する２つのチャネルに使用され、それによりモジュールが双方向トランシーバとして構成される。

【0025】

言い換えれば、本発明は、高速データレートおよび低速データレートの光リンクと、再構成可能なシステムオンチップすなわちチップ上のプログラマブルユニットとを有する、固有の光電子モジュールに存する。この再構成可能なシステムには、リンクが送信チャネルであるときには少なくともドライバになり、リンクが受信チャネルであるときには少なくとも増幅器になる、低速チャネルの電子回路が組み込まれる。なおまた、再構成可能なシステムは、温度、レーザなどのパラメータ、および／またはバイアス電流などの受信の光学パラメータを考慮に入れて、これらの高速電子部品を制御する。

【0026】

その意味で、本発明による光電子モジュールは、速度データレートに関して非対称であり、すなわち、異なる速度データレートで動作する２つの区分があって、一方は低速であり、他方は高速である。

【0027】

この光電子モジュールに組み込むことができるのは、送信器リンクのみまたは受信器リンクのみである。また、再構成可能なシステムは３つ以上のチャネルを制御することができるので、本発明は、２つのリンクに限定されることなく、ＶＣＳＥＬ、光ダイオード配列、または複数の光電子ダイに適用され得る。

【0028】

好ましい実施形態によれば、この光電子モジュールは、低速データレートの少なくとも１つの受信器を備え、この固有のシステムは、受信器データから情報を取り出し、内部で処理して、高速データレート区分を制御するように構成される。

【0029】

なおまた、このシステムは、特別なトリガと、それに続く、低速データチャネルによって送信された新規プログラムのパラメータとに基づいて、内部で再プログラムされ得る。

【0030】

本発明による非対称光電子モジュールの主な利点は、高速レートの光電子モジュールと低速レートの光電子デバイスとの組合せと比較して、あるいはその組合せをたった１つのパッケージに収めたものと比較しても、多くあり、以下のように箇条書きされ得る。
－ 再構成可能なシステムオンチップに、低速の電子チェーンを組み込み、高速側の監視および制御を保証するので、電子部品の総数が減少する。
－ 一方の側で複数のチャネルすなわち２つ以上のチャネルを使用するために必要とされる再構成可能なシステムは、１つだけである。
－ ＰＣＢ設計が簡易化され、ＰＣＢ構造も、電子部品の複数の動作周波数に関連した複数の層の代わりに、たった１つの層になる。主な結果として、本発明による完全なデバイスのフットプリントは大幅に縮小する。たとえば、完全なハイブリッド二重トランシーバのフットプリントは、約１０×１３×３．５ｍｍ^３になり得る。

【0031】

電子部品総数の減少および／または既製の標準部品である再構成可能なシステムオンチップの使用の結果として、光電子デバイスのコストが低下する。

【0032】

他の直接的な結果には、電力消費および熱放散の低下がある。

【0033】

なおまた、再構成可能なシステムを使用すると、追加のダイなしで高速側と低速側との間のループを制御することが可能になる。必要なとき、システムは、高速側を監視するために、内部で低速データを処理し得る。

【0034】

以下の図を参照しながら実例となる非限定的な例として示される本発明の例示的な実装形態の詳細な説明を読み取ることにより、本発明の他の利点および特徴が、より明白になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】２つの光ファイバピグテールが備わっている本発明による光電子（トランシーバ）モジュールの一例の斜視図である。

【図2】図１の詳細図である。

【図3】本発明による光電子モジュールの第１の実施形態を表す機能図である。受信器区分（Ｒｘ）は低速の光学データに専用化されており、送信器区分（Ｔｘ）は高速の光学データに専用化されている。

【図4】本発明による光電子モジュールの第２の実施形態を表す機能図である。この実施形態によれば、受信器区分（Ｒｘ）は高速の光学データに専用化されており、送信器区分（Ｔｘ）は低速の光学データに専用化されている。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１および図２は本発明による光電子（トランシーバ）モジュール１を示し、これらは、好ましくは、１００Ｍｂｐｓ～１０Ｇｂｐｓの高速ビットレートと、ＤＣ～１０Ｍｂｐｓの低速ビットレートとで同時に動作することができる。

【0037】

示されるように、トランシーバモジュール１は、ホストＰＣＢ １１と、ホストＰＣＢ １１上に存在するすべての部品を保護するカバー１２とを含む、固有のパッケージ１０を備える。

【0038】

ホストＰＣＢ １１上には全体的にＴ字形の支持体１３もあって、２つの保持および圧着のスリーブ１４、１５を支持する。

【0039】

図１に示された実施形態では、パッケージ１０は光ファイバピグテール（図示せず）を含み、それらのコネクタ化された端部は、保持チューブ１４および１５によって光ケーブル組立体２０および３０に接続されている。集合ケーブルのコネクタ２１、３１はＬＣコネクタでもよい。

【0040】

別の実施形態では、パッケージはピグテール化されており、すなわち、コネクタ端部を有するピグテールがパッケージから直接出ている。

【0041】

別の実施形態では、光ファイバはパッケージにコネクタ化される。

【0042】

図３は、第１の実施形態を表す光電子モジュール１の機能図を示す。

【0043】

この第１の実施形態では、光電子モジュール１は、ホストＰＣＢ １１上に受け取られた光学式半組立体（ＯＳＡ）２を備える。このＯＳＡは、低速レートでデータを受信するように構成された受信器区分Ｒｘと、高速レートでデータを送信するように構成された送信器区分Ｔｘとを備え、これらの光電子部品は、ホストＰＣＢに接合されたＯＳＡ内に並んで配置されている。

【0044】

受信器区分（Ｒｘ）は、光ダイオードである光電子部品１６を含む。

【0045】

送信器区分（Ｔｘ）は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である光電子部品１７を含む。

【0046】

本発明によれば、ホストＰＣＢ １１上には、低速データの電子的処理の機能を組み込み、高速データと低速データの両方の電子的処理を制御するように構成された、再構成可能なシステムオンチップ（ＲＳＯＣ）１００が存在する。

【0047】

したがって、光ダイオード１６は、組込み型増幅器１８によって光ダイオード１６から（低速レートの）データを取り出すＲＳＯＣ １００に対して電気的に接続されている。

【0048】

電子ダイは、データを高速レートで電子的に処理するように構成されている。前記ダイはレーザドライバ１９を備える。

【0049】

本発明によれば、ＲＳＯＣ １００は、低速で受信する機能に加えて、ＶＣＳＥＬ １７を監視するレーザドライバ１９の高速データレート部品とインターフェースされる。

【0050】

インターフェースは、好ましくは、ＲＳＯＣ １００をレーザドライバ１９に電気的に接続する少なくとも１つの管理制御ループ１０１によって行われる。

【0051】

ＲＳＯＣ １００に、ループ１０２を通じて、トリガフラグおよび／または新規プログラムが実装され得る。

【0052】

図４が示す代替実施形態では、受信器区分Ｒｘは高速レートでデータを受信するように構成されており、送信器区分Ｔｘは、図３を参照しながら説明されたものなどの同一の電子部品や光電子部品およびＲＳＯＣ １００を用いて、低速レートでデータを送信するように構成されている。

【0053】

好ましい実施形態では、ＲＳＯＣ １００は、光学式高速データレートリンクが光学式低速データレートリンクに依拠するときには、同一モジュールの送信器区分（ＴＸ）のデータを制御するために、受信器区分（Ｒｘ）のデータを内部で処理し得る。この処理は、たとえばＵＡＲＴコードによって行われ得る。

【0054】

なおまた、固有のＲＳＯＣ １００は、その相互接続マトリクス部によって、多くの高速データリンク、多くの光電子ダイ、およびそれらに関連する電子チェーンとインターフェースされ得る。この構成では、この部品によって、ＰＣＢ上のダイの数を減少することができる。コストおよびフットプリントが低減される。

【0055】

有利な変形形態では、トランシーバの構成、すなわちデュアル送信器／受信器の構成において、米国特許第７，３０９，１６９号に説明されているものなどの幾何学的配置のうち１つを使用して、高速データおよび低速データを、同一の波長であっても送受信するのに、単一の光ファイバが使用され得る。これによって、特に複数のデュアル送信器が１つのデバイスに組み込まれるとき、全体のモジュールのフットプリントをさらに縮小する。なおまた、ファイバの総数を減らすことができる。

【0056】

有利には、ＲＳＯＣ １００は、送信器区分Ｔｘまたは受信器区分Ｒｘ用の、高速レートのデータ専用の温度補償機能を実装するように構成される。したがって、高速区分ＴｘまたはＲｘは、ＶＣＳＥＬ １７によって、モジュール１の温度に基づいて、光出力、変調、および光ピークを調節する温度補償モードを組み込む。

【0057】

受信器区分Ｒｘが低速データに専用化されている図３の実施形態では、信号は、ＲＳＯＣ １００に対するブートローダモードを起動するための特別なキーデータメッセージを含み得る。

【0058】

したがって、再プログラムするデータを伴うＲＸ信号は、ＲＳＯＣ １００を再構成することができる。ＲＳＯＣ １００のこの遠隔構成により、ユーザは、ＲＳＯＣ １００のソフトウェアを修正するために通常は物理的にアクセス不能なモジュール１をアンインストールする必要がなくなる。

【0059】

本発明の枠組から逸脱することなく、他の変形形態および拡張機能が提供され得る。

【0060】

例として、トランシーバモジュール１は、区分Ｒｘにおける１つの受信チャネルおよび区分Ｔｘにおける１つの送信チャネルに限定されない。したがって、たとえば、単一モジュールにおける複数のＴｘチャネルを有する１つのＲｘチャネルが予見され得る。

【0061】

別の例として、低データレート区分および高データレート区分は、両方の受信器区分または両方の送信器区分であり得る。

【0062】

多くの種類の光チャネルが構想され得る。したがって、モジュール１は、ピグテールでもあり得、すなわち、内部ファイバが光ダイオードまたはＶＣＳＥＬと整列し得、または、何らかの光電子ダイが、個々のコネクタを用いて、コネクタの先端で、モジュールの外部に実装され得る。

【0063】

なおまた、トランシーバモジュール１は、示されるようなＬＣコネクタに限定されず、任意の種類の光ファイバ接続に適合する。ＳＣ、ＦＣ、ＳＴ、ＭＵ、ＭＴＲＪ、およびＭＴＰを含む既知のコネクタタイプのうち任意のものが実装され得る。

【0064】

また、トランシーバモジュール１は、たとえば５０ミクロン、または６２．５ミクロンなどのコアを有する任意の種類の光ファイバにも適合する。本発明の枠組では、ＯＭタイプ（ＯＭ１、ＯＭ２、ＯＭ３、ＯＭ４、ＯＭ５）の光ファイバが好都合である。

【0065】

「備える」という表現は、別段の定めがない限り、「少なくとも１つ備える」と同義であると理解されたい。

【符号の説明】

【0066】

１ 光電子モジュール、トランシーバモジュール
２ 光学式半組立体（ＯＳＡ）
１０ パッケージ
１１ ホストＰＣＢ
１２ カバー
１３ 支持体
１４ スリーブ、保持チューブ
１５ スリーブ、保持チューブ
１６ 光電子部品、光ダイオード
１７ 光電子部品、ＶＣＳＥＬ
１８ 組込み型増幅器
１９ レーザドライバ
２０ 光ケーブル組立体
２１ 集合ケーブルのコネクタ
３０ 光ケーブル組立体
３１ 集合ケーブルのコネクタ
１００ 再構成可能なシステムオンチップ（ＲＳＯＣ）
１０１ 管理制御ループ
１０２ ループ
Ｒｘ 受信器区分
Ｔｘ 送信器区分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】