(57)【要約】【課題】ノイズに対する耐性を高めることが可能な光デバイスを提供すること。【解決手段】本発明は、接地電位を有する金属ブロック１２と、金属ブロック１２上に設けられたキャリア１４と、キャリア１４上に設けられ、キャリア１４を貫通するビア配線１５を介して金属ブロック１２と接続された接地パターン１８と、キャリア１４上に設けられ、接地パターン１８と信号配線１９とからなる線路を含む伝送線路と、信号配線１９に接続された端子と、一端が接地パターン１８に接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３の他端に接続された端子と、を具備する光デバイスである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電位を有する導体と、
前記導体上に設けられたキャリアと、
前記キャリア上に設けられ、前記キャリアを貫通するビア配線を介して前記導体と接続された接地パターンと、
前記キャリア上に設けられ、前記接地パターンと信号配線とからなる線路を含む伝送線路と、
前記信号配線に接続された第１端子と、
一端が前記接地パターンに接続された第１抵抗と、
前記第１抵抗の他端に接続された第２端子と、を具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記信号配線は受光素子のアノードと接続されてなることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
一端が前記接地パターンに接続され、他端が前記信号配線に接続され、電流源から入力される電流を前記接地パターンに入力する第２抵抗を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の光デバイス。
【請求項４】
前記第１端子は、差動回路の一方の入力端子に接続され、
前記第２端子は、前記差動回路の他方の入力端子に接続されることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の光デバイス。
【請求項５】
前記第１端子および前記第２端子は、同軸ケーブルの出力端からなることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の光デバイス。
【請求項６】
前記信号配線と前記第１端子との間、及び前記第１抵抗と前記第２端子との間にキャパシタを備えることを特徴とする請求項１から５いずれか一項記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を受信する光デバイスには、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）などの受光素子が用いられている。電気信号を伝送するため、例えばストリップライン及びマイクロストリップラインなどのような伝送路が受光素子に接続される。特許文献１には、ＰＤとトランスインピーダンスアンプとを搭載した受光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６９６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光素子は、直流の電源電圧を印加され、光信号を高周波の電気信号に変換する。光デバイスは外部のモジュールと接続され、モジュールに電気信号を出力する。モジュールは例えば差動増幅などを行う。しかし、光デバイスからモジュールに入力される２つの出力信号の電位が安定していない場合、モジュールが誤作動を起こすことがある。出力信号はノイズにより不安定化する。本願発明は、上記課題に鑑み、ノイズに対する耐性を高めることが可能な光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、接地電位を有する導体と、前記導体上に設けられたキャリアと、前記キャリア上に設けられ、前記キャリアを貫通するビア配線を介して前記導体と接続された接地パターンと、前記キャリア上に設けられ、前記接地パターンと信号配線とからなる線路を含む伝送線路と、前記信号配線に接続された第１端子と、一端が前記接地パターンに接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端に接続された第２端子と、を具備する光デバイスである。
【０００６】
上記構成において、前記信号配線は受光素子のアノードと接続されてなる構成とすることができる。
【０００７】
上記構成において、一端が前記接地パターンに接続され、他端が前記信号配線に接続され、電流源から入力される電流を前記接地パターンに入力する第２抵抗を具備する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第１端子は、差動回路の一方の入力端子に接続され、前記第２端子は、前記差動回路の他方の入力端子に接続される構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１端子および前記第２端子は、同軸ケーブルの出力端からなる構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記信号配線と前記第１端子との間、及び前記第１抵抗と前記第２端子との間にキャパシタを備える構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ノイズに対する耐性を高めることが可能な光デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は実施例１に係る光デバイスを例示する断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のキャリア付近における線Ａ−Ａに沿った断面を例示する断面図である。
【図２】図２は光デバイス１００の等価回路を例示する回路図である。
【図３】図３（ａ）は光デバイスと後段のモジュールとの接続例を示すブロック図である。図３（ｂ）は信号Ｓ１及び電位Ｓ２を例示するタイムチャートである。
【図４】図４（ａ）はノイズが生じた場合における光デバイス及びモジュールを例示するブロック図である。図４（ｂ）は信号Ｓ１及び電位Ｓ２を例示するタイムチャートである。
【図５】図５（ａ）は比較例に係る光デバイスを例示する平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６】図６は光デバイスの等価回路を例示する回路図である。
【図７】図７（ａ）は比較例における光デバイスとモジュールとの接続例を示すブロック図である。図７（ｂ）は信号Ｓ１及び電位Ｓ２を例示するタイムチャートである。図７（ｃ）は光デバイスとモジュールとの別の接続例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１（ａ）は実施例１に係る光デバイス１００を例示する断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のキャリア１４付近における線Ａ−Ａに沿った断面を例示する断面図である。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、光デバイス１００の筐体１０は、金属ブロック１２（導体）、キャリア１４、ＰＤキャリア１６を内部に収納している。また筐体１０には電源ピン１１及び接地ピン１３が設けられている。図示していないが、他のピンを筐体１０に設ける場合もある。筐体１０の内底面に金属ブロック１２が設けられ、金属ブロック１２の上面にキャリア１４とＰＤキャリア１６とが設けられている。金属ブロック１２は接地電位と接続された筐体１０の内底面に、例えばロウ付けなどにより固定されている。キャリア１４及びＰＤキャリア１６は金属ブロック１２の上面に固定されている。
【００１６】
キャリア１４は配線基板の機能を備えており、その上面に接地パターン１８、信号配線１９、伝送線路２３、キャパシタＣ４、抵抗Ｒ１（負荷抵抗、第２抵抗）及びＲ３（終端抵抗、第１抵抗）が設けられている。信号配線１９と、接地パターン１８及び金属ブロック１２とは、ＰＤ２０の出力信号である高周波信号を伝送するための伝送線路を構成している。詳細には、信号配線１９の両側に接地パターン１８が配置された領域ではコプレーナラインが構成されている。また、信号配線１９の両側に接地パターン１８が配置されていない領域では、信号配線１９と、その下面の金属ブロック１２とでマイクロストリップラインが構成されている。信号配線１９は、その両側に設けられた抵抗Ｒ１を介して接地パターン１８に電気的に接続されている。キャパシタＣ１及びＣ２は接地パターン１８の上に設けられている。接地パターン１８は、キャリア１４を貫通するビア配線１５を介して金属ブロック１２に電気的に接続されている。
【００１７】
ＰＤキャリア１６の上面には、配線パターン２４、２５及び２６、並びに抵抗Ｒ２が設けられている。図示していないが、ＰＤキャリア１６上面の配線パターン２４及び２５はＰＤキャリア１６の側面にまで延長されて設けられている。またＰＤキャリア１６上面において配線パターン２５の両側に配置された配線パターン２４は、ＰＤキャリア１６側面においてＰＤ２０と抵抗Ｒ２とに共通に接続されている。ＰＤキャリア１６の側面に延長された配線パターン２４及び２５は、ＰＤキャリア１６の側面においてＰＤ２０と接続される。ＰＤ２０のカソード側電極は配線パターン２４と接続され、ＰＤ２０のアノード側電極は配線パターン２５と接続される。ＰＤキャリア２０に設けられた抵抗Ｒ２は接地電位を安定させるためのダンピング抵抗として機能する。配線パターン２５は、ワイヤ７０によって信号配線１９と接続される。
【００１８】
電源ピン１１は、ワイヤ３０、３４及びマイクロストリップライン２８を介してキャパシタＣ１の一端（上面電極）に電気的に接続されている。マイクロストリップライン２８は、絶縁材料の上面に配線パターン２８ａが設けられた構造を有している。マイクロストリップライン２８は、導電性の台座２９上に設けられている。台座２９は、ロウ付けによって金属性の筐体１０の内底面と電気的に接続されている。台座２９は、ワイヤ３２を介して接地ピン１３と電気的に接続されていることから、筐体１０の内底面は接地電位に接続されることになる。また筐体１０の内底面に設けられた金属ブロック１２も接地電位と接続されることになる。
【００１９】
キャパシタＣ１の一端（上面電極）はワイヤ３６を介してキャパシタＣ２の一端（上面電極）と接続され、キャパシタＣ２の一端はワイヤ３８を介して配線パターン２６と接続されている。配線パターン２６は抵抗Ｒ２及び配線パターン２４を介してＰＤ２０のカソードと電気的に接続されている。キャパシタＣ１及びＣ２の他端（下面電極）は接地パターン１８に接続されている。なお、本実施例ではキャパシタＣ１及びＣ２、抵抗Ｒ２、配線パターン２４及び２６は、線Ｂに対して線対称になるように１対ずつ設けられている。
【００２０】
信号配線１９はキャパシタＣ３を介して同軸コネクタの配線４０に接続されている。接地パターン１８は、抵抗Ｒ３、伝送線路２３、キャパシタＣ４を介して同軸コネクタの配線４２と接続されている。キャパシタＣ３及びＣ４は信号の直流（Direct Current：ＤＣ）成分をカットするフィルタとして機能する。配線４０及び４２は筐体１０の側面に設けられた同軸コネクタ（図示せず）の中心導体である。この同軸コネクタは、光デバイス１００の外側に設けられた、例えば差動回路と接続される。
【００２１】
光信号は、筐体１０に設けられたレンズ２１を介してＰＤ２０に入射する。ＰＤ２０は光信号を電気信号に変換し出力する。ＰＤ２０が出力する信号は信号配線１９及びキャパシタＣ３を介して配線４０に入力される。配線４０は信号を光デバイス１００の外部に設けられた差動回路に出力する。配線４２は差動回路に接地電位を提供する。
【００２２】
図２は光デバイス１００の等価回路を例示する回路図である。図２の電源Ｖ１は図１（ａ）の電源ピン１１に対応する。インダクタＬ１はワイヤ３０に相当する。インダクタＬ２は配線パターン２８ａ、キャパシタＣａはマイクロストリップライン２８の絶縁材料の誘電率に相当する。インダクタＬ３はワイヤ３４、インダクタＬ４はワイヤ３６、インダクタＬ５はワイヤ３８にそれぞれ対応する。一方、ＰＤ２０の出力側には、信号配線１９が接続されている。信号配線１９の両側に接地パターン１８が設けられた領域ではコプレーナライン２２ａによる伝送線路が構成される。また、信号配線１９の両側に接地パターン１８が設けられない領域においては、マイクロストリップライン２２ｂによる伝送線路が構成される。インダクタＬ６はコプレーナライン２２ａにおける信号配線１９に相当し、キャパシタＣ５は信号配線１９と接地パターン１８との間の容量である。インダクタＬ７はマイクロストリップライン２２ｂにおける信号配線１９に相当し、キャパシタＣ７は信号配線１９と金属ブロック１２との間の容量である。配線４０は、同軸コネクタ側の出力端（出力端子Ｏｕｔ１に相当）と接続される伝送線路であり、インダクタＬ８、インダクタＬ８と筐体１０（又は金属ブロック１２）との間のキャパシタＣ８によって構成される。配線４２は、同軸コネクタ側の出力端（出力端子Ｏｕｔ２に相当）と接続される伝送線路であり、インダクタＬ８、及びインダクタＬ８と筐体１０（又は金属ブロック１２）との間のキャパシタＣ８によって構成される。配線４２はキャパシタＣ４及び抵抗Ｒ３を介して接地パターン１８と接続されている。キャパシタＣ４と抵抗Ｒ３との間には伝送線路２３が設けられている。伝送線路２３はインダクタＬ７と、インダクタＬ７と金属ブロック１２との間のキャパシタＣ７によって構成される。インダクタＬ１２はビア配線１５に対応する。すなわち、ビア配線１５の径は小さいため、接地パターン１８と金属ブロック１２との間には、インダクタＬ１２が介在することになる。なお、金属ブロック１２と筐体１０の内底面とは大きな面積で電気的に接続されているのでその間のインダクタンスは無視できる。電源Ｖ１は外部に設けられた電源である。
【００２３】
図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示したように、実施例１は、外部の差動回路が単相で駆動（差動入力の片方を一定の電位で終端）する場合に、光デバイス１００内部の終端抵抗（抵抗Ｒ３）を提供する構成を有している。
【００２４】
ところで、ＰＤ２０の出力を出力端子Ｏｕｔ１へ伝送するコプレーナライン２２ａは、キャリア１４に設けられた接地パターン１８の電位を基準にした伝送特性を有している。一方、接地パターン１８の電位は負荷抵抗である抵抗Ｒ１を介してＰＤ２０と接続されていることから、ＰＤ２０の動作に基づいて揺らぎを生じる。このため、出力端子Ｏｕｔ１に出力される出力信号には、上記揺らぎが含まれることになる。この揺らぎは、ビア配線１５によるインダクタＬ１２によって、安定した接地電位を有する金属ブロック１２（あるいは筐体１０の内底面）と接地パターン１８とが高周波的に分離され、接地パターン１８の電位が十分に安定しないことに起因する。インダクタＬ１２による分離（接地パターン１８の電位の揺らぎ）は、特にＰＤ２０の出力信号の周波数が高い場合に顕著である。
【００２５】
一方、本実施例では、抵抗Ｒ３が接地パターン１８に接続されている。このため、外部の差動回路に提供される終端抵抗の特性にも上記揺らぎが含まれることになる。ここで、外部の差動回路に出力される出力信号の伝送特性と、差動回路へ提供される終端回路の特性の両方に上記揺らぎが乗ることになる。差動回路に出力される出力信号の伝送特性と終端特性に乗る揺らぎ（ノイズ成分）は、ほぼ同一の大きさ、同一の周波数、及び同一の位相を有するコモンモードノイズとなる。この結果、光デバイス１００のノイズに対する耐性が高まる。
【００２６】
図３（ａ）は光デバイス１００と後段のモジュール１１０との接続例を示すブロック図である。図３（ａ）に示すモジュール１１０は光デバイス１００の受光出力を増幅して電気信号へ変換する機能を有する。モジュール１１０には、光デバイス１００とのインターフェイスを構成する前記差動回路を含む外部回路が搭載されている。光デバイス１００のＯｕｔ１側の同軸コネクタに接続された同軸ケーブル４０１はモジュール１１０の２つの入力端子のうち入力端子１１２に接続される。光デバイス１００のＯｕｔ２側の同軸コネクタに接続された同軸ケーブル４２１は入力端子１１４に接続される。入力端子１１２はモジュール１１０に搭載された差動回路の入力側に接続され、入力端子１１４は差動回路の終端側と接続される。モジュール１１０の差動回路は同軸ケーブル４０１から入力される信号Ｓ１と同軸ケーブル４２１を経由した光デバイス１００の終端回路の電位Ｓ２との電位差に基づき差動増幅を行い、増幅した信号を出力する。信号Ｓ１及び電位Ｓ２について説明する。
【００２７】
図３（ｂ）は信号Ｓ１及び電位Ｓ２を例示するタイムチャートである。横軸は時間、縦軸は電圧を表す。実線は信号Ｓ１、破線は電位Ｓ２を表す。図３（ｂ）は前記ノイズ（揺らぎ）が生じていないと仮定した例を示す。信号Ｓ１は電圧Ｖａと−Ｖａとの間で振動する周期的信号である。電位Ｓ２は一定の電圧Ｖｂを有する。モジュール１１０は信号Ｓ１と電位Ｓ２との電位差ΔＶが所定の閾値以上の場合、差動増幅を行う。電位差ΔＶが閾値より小さい場合、モジュール１１０は差動増幅を行わない。
【００２８】
図４（ａ）はノイズが生じた場合における光デバイス１００及びモジュール１１０を例示するブロック図である。前述したように、接地パターン１８の接地電位の揺らぎはノイズＮ１及びＮ２を発生させる。ノイズＮ１は同軸ケーブル４０１を通じて入力端子１１２に入力され、ノイズＮ２は同軸ケーブル４２１を通じて入力端子１１４に入力される。前記したように、ノイズＮ１及びＮ２はコモンモードノイズである。
【００２９】
図４（ｂ）は信号Ｓ１及び電位Ｓ２を例示するタイムチャートである。図４（ｂ）に示すように、信号Ｓ１の矢印Ａ１で示す部分は、ノイズＮ１の影響で揺らぎを生じている。矢印Ａ１で示す部分が理想的には直線状であるのに対し、この例では曲線状となる。電位Ｓ２にもノイズＮ１と同等のノイズＮ２が影響する。ノイズＮ２により、電位Ｓ２は信号Ｓ１に連動するように、電圧Ｖｃと−Ｖｃとの間で振動する周期的信号となる。以上のように、揺らぎが生じても電位差ΔＶの変動が抑制され、モジュール１１０が再生する電気信号のエラーレートを低減することができる。
【００３０】
図５（ａ）は比較例に係る光デバイス１００Ｒを例示する平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）において図１（ａ）及び図１（ｂ）に相当する部分は同じ符号を付している。
【００３１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、比較例では終端抵抗（抵抗Ｒ３）がキャリア１４に設けられたパターン４４に接続され、パターン４４はビア配線４６を経由して金属ブロック１２に接続されている。金属ブロック１２は前記したように筐体１０の内底面に接続されている。筐体１０の内底面は台座２９、ワイヤ３２を介して接地ピン１３と接続されている。筐体１０の内底面の電位は安定した接地電位である。金属ブロック１２はその底面全体が筐体１０の内底面と接続されているので、金属ブロック１２全体も安定した接地電位と考えることができる。安定した終端抵抗を提供する観点からは、抵抗Ｒ３は直接に金属ブロック１２へ接続されるべきである。本比較例は、この観点から構成されたものである。
【００３２】
図６は光デバイス１００Ｒの等価回路を例示する回路図である。図６に示すように、抵抗Ｒ３は金属ブロック１２の電位と接続されている。すなわち、抵抗Ｒ３と接地パターン１８との間には、ビア配線４６に相当するインダクタＬ１４およびビア配線１５に相当するインダクタＬ１２とが介在することになり、高周波的な分離度が高い。
【００３３】
図７（ａ）は比較例における光デバイス１００Ｒとモジュール１１０との接続例を示すブロック図である。図７（ａ）に示すように、接地パターン１８における揺らぎに起因して、ノイズＮ１が発生する。その一方、接地パターン１８との高周波的な分離度が大きいパターン４４には、ノイズＮ１と同等のノイズは伝達されない。
【００３４】
図７（ｂ）は信号Ｓ１及び電位Ｓ２を例示するタイムチャートである。図７（ｂ）に示すように、ノイズＮ１により信号Ｓ１の電圧が電圧Ｖａより小さいＶｄ、及び電圧−Ｖａより大きい−Ｖｄになることがある。その一方で、電位Ｓ２は一定の電位Ｖｂを維持する。このとき電位差ΔＶは小さくなる。
【００３５】
図７（ｃ）はノイズＮ１及びＮ２が異なる位相を有する場合を示すブロック図である。ノイズＮ１の周波数が低い場合、接地パターン１８とパターン４４の間のインピーダンスが低下し、パターン４４に対してもノイズが伝達される場合が考えられる。しかし、インダクタＬ１２及びＬ１４を経由することから、ノイズの位相が変化してしまうことが考えられる。図７（ｃ）に示すように、ノイズＮ１は同軸ケーブル４０１に入力され、ノイズＮ２は同軸ケーブル４２１に入力される。ノイズＮ２はノイズＮ１と異なる位相を有する。図示はしないが、ノイズの位相にズレがあるため、電位Ｓ２は信号Ｓ１に連動せず、電位差ΔＶが大きく変動する。電位差ΔＶの変動により、モジュール１１０が誤作動する。
【００３６】
実施例１及び比較例に示した金属ブロック１２及びビア配線１５及び４６は例えばコバール、金（Ａｕ）、及び銅（Ｃｕ）などの金属により形成されている。接地パターン１８、パターン４４、並びに配線パターン２４及び２６は例えばＡｕ、及びアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成されている。キャリア１４及びＰＤキャリア１６は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体により形成されている。ワイヤは例えばＡｕなどの金属により形成されている。伝送線路は、例えばコプレーナライン又はマイクロストリップラインなどとすることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０                                筐体
１２                                金属ブロック
１４                                キャリア
１５、４６                          ビア配線
１６                                ＰＤキャリア
１８                                接地パターン
１９                                信号配線
２０                                ＰＤ
２２ａ                              コプレーナライン
２２ｂ、２８                        マイクロストリップライン
４０、４２                          配線
１００、１００Ｒ                    光デバイス
１１０                              モジュール
１１２、１１４                      入力端子
Ｒ１〜Ｒ３                          抵抗
Ｃ１〜Ｃ５、Ｃ７、Ｃ８、Ｃａ        キャパシタ
Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２                  出力端子
【図１】
2014157946.tif 000003
【図２】
2014157946.tif 000004
【図３】
2014157946.tif 000005
【図４】
2014157946.tif 000006
【図５】
2014157946.tif 000007
【図６】
2014157946.tif 000008
【図７】
2014157946.tif 000009