(57)【要約】  本明細書に開示する実施形態は、差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）から遠隔に配置された光検出器を有する受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）を含む。更に、関連の構成要素、回路、及び方法を開示する。ＴＩＡから遠隔に配置された光検出器を設けることにより、光検出器をＴＩＡに近接して設けるという設計制約に関連付けられた追加コストを回避することができる。この点に関して、非限定的な例として、本明細書に開示する実施形態によるＲＯＡは、コストの観点から光ファイバの高い帯域幅及び低ノイズ性能という追加の利点を有する消費者用途のための短距離アクティブ光ケーブルアプリケーションを可能にする。この点に関して、本明細書に開示するＲＯＡは、共鳴効果を抑制又は低減する高い入力インピーダンスの差動ＴＩＡ回路及び送信回路を提供し、差動ＴＩＡ回路は、ＲＯＡの高帯域幅作動を可能にするほど十分に低い抵抗−容量（ＲＣ）時定数を維持する。【選択図】図５
2015532569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ヘッダパッケージに設けられ、入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器と、
前記光学ヘッダパッケージから遠隔に配置された集積回路に設けられ、第１の差動入力ノードと第２の差動入力ノードを含み、該第１の差動入力ノード及び該第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路と、
前記第１の差動入力ノードに結合された第１の送信線と前記第２の差動入力ノードに結合された第２の送信線とで構成された送信回路と、
前記光検出器を前記差動ＴＩＡ回路に結合して該光検出器から受信した前記出力電気信号を増幅するために前記第１の送信線に結合された該光検出器の第１のノード及び前記第２の送信線に結合された該光検出器の第２のノードと、
を含むことを特徴とする受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）。
【請求項２】
前記差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路は、前記光検出器から少なくとも約１．０ミリメートル（ｍｍ）だけ遠隔に位置付けられることを特徴とする請求項１に記載のＲＯＡ。
【請求項３】
前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスは、約３５オームであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲＯＡ。
【請求項４】
前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスは、約１０（１０）オームと２００（２００）オームの間であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲＯＡ。
【請求項５】
前記送信回路の送信インピーダンスが、前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスに対してインピーダンス整合されるか又は実質的にインピーダンス整合されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項６】
前記送信回路が、ＰＣＢに設けられた少なくとも１つのＰＣＢトレースとして設けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）上に設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項７】
前記光検出器は、フォトダイオードから構成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項８】
前記光検出器の寄生インダクタンスを低減するために該光検出器の前記第１のノード及び前記第２のノードのうちの少なくとも一方に結合された少なくとも１つの補償コンデンサーを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項９】
前記光検出器の寄生キャパシタンスを低減するために該光検出器の前記第１のノード及び前記第２のノードのうちの少なくとも一方に結合された少なくとも１つの補償誘導子を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１０】
前記差動ＴＩＡ回路は、
前記第１の送信線に結合された前記第１の差動入力ノードを含む第１のＴＩＡ、及び
前記第２の送信線に結合された前記第２の差動入力ノードを含む第２のＴＩＡ、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１１】
前記出力差動ＴＩＡ回路は、前記第１のＴＩＡの第１の出力ノードに結合された第１の差動入力ノードと前記第２のＴＩＡの第２の出力ノードに結合された第２の差動入力ノードとを有する出力差動ＴＩＡを更に含み、該差動ＴＩＡ回路は、該第１のＴＩＡ及び該第２のＴＩＡによって増幅された共通ノイズを拒否するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のＲＯＡ。
【請求項１２】
前記差動ＴＩＡ回路は、集積回路（ＩＣ）チップに設けられることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１３】
前記差動ＴＩＡ回路の出力信号ノードに結合された入力ノードを含んで前記集積回路（ＩＣ）チップに設けられたプロトコル回路を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のＲＯＡ。
【請求項１４】
差動ＴＩＡ回路をシールドするＲＦシールドを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１５】
前記光学ヘッダパッケージと、前記送信回路の少なくとも一部分とは、ＲＦシールドされないことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１６】
前記光学ヘッダパッケージは、トランスインピーダンス増幅器を含まないことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１７】
アクティブ光ケーブルのアクティブ光ケーブルアセンブリに設けられることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項１８】
前記アクティブ光ケーブルは、１００（１００）メートル（ｍ）よりも長くないことを特徴とする請求項１７に記載のＲＯＡ。
【請求項１９】
前記アクティブ光ケーブルアセンブリは、前記差動ＴＩＡ増幅器回路に電力を供給するように構成されたスイッチング電源を更に含むことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載のＲＯＡ。
【請求項２０】
受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）を組み立てる方法であって、
入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器をプリント回路基板（ＰＣＢ）上の光学ヘッダパッケージに設ける段階と、
前記光学ヘッダパッケージから遠隔に配置された前記ＰＣＢ上の集積回路に設けられ、第１の差動入力ノードと第２の差動入力ノードを含み、該第１の差動入力ノード及び第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路を設ける段階と、
第１の送信線を前記ＰＣＢ内の第１のＰＣＢトレースとしてかつ第２の送信線を該ＰＣＢ内の第２のＰＣＢトレースとして設ける段階から構成される送信回路を該ＰＣＢに設ける段階と、
前記差動ＴＩＡ回路の前記第１の差動入力ノードを前記第１の送信線に結合し、かつ該差動ＴＩＡ回路の前記第２の差動入力ノードを前記第２の送信線に結合する段階と、
前記光検出器を前記差動ＴＩＡ回路に結合して該光検出器から受信した前記出力電気信号を増幅するために該光検出器の第１のノードを前記第１の送信線に結合し、かつ該光検出器の第２のノードを前記第２の送信線に結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記ＴＩＡ入力インピーダンスを前記送信回路の送信インピーダンスとインピーダンス整合するか又は実質的にインピーダンス整合する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記光学ヘッダパッケージをＲＦシールドしない段階を更に含むことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記光学ヘッダパッケージにトランスインピーダンス増幅器を設けない段階を更に含むことを特徴とする請求項２０から請求項２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
光学ヘッダパッケージに設けられ、入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器と、
第１の差動入力ノードと第１の出力ノードとを有する第１のＴＩＡ、
第２の差動入力ノードと第２の出力ノードとを有する第２のＴＩＡ、及び
前記第１のＴＩＡの前記第１の出力ノードに結合された第１の差動入力ノードと前記第２のＴＩＡの前記第２の出力ノードに結合された第２の差動入力ノードとを有し、前記差動ＴＩＡ回路が、該第１のＴＩＡ及び該第２のＴＩＡによって増幅された共通ノイズを拒否するように構成される出力差動ＴＩＡ、
を含み、
前記第１の差動入力ノード及び前記第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する、
差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路と、
前記第１のＴＩＡの前記第１の差動入力ノードに結合された第１の送信線と前記第２のＴＩＡの前記第２の差動入力ノードに結合された第２の送信線とで構成された送信回路と、
前記光検出器を前記差動ＴＩＡ回路に結合して該光検出器から受信した前記出力電気信号を増幅するために前記第１の送信線に結合された該光検出器の第１のノード及び前記第２の送信線に結合された該光検出器の第２のノードと、
を含むことを特徴とする受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）。
【請求項２５】
前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスは、約３５オームであることを特徴とする請求項２４に記載のＲＯＡ。
【請求項２６】
前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスは、約１０（１０）オームと２００（２００）オームの間であることを特徴とする請求項２４に記載のＲＯＡ。
【請求項２７】
前記送信回路の送信インピーダンスが、前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスに対してインピーダンス整合されるか又は実質的にインピーダンス整合されることを特徴とする請求項２４から請求項２６のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項２８】
前記差動ＴＩＡ回路の出力信号ノードに結合された入力ノードを含んで集積回路（ＩＣ）チップに設けられたプロトコル回路を更に含むことを特徴とする請求項２４から請求項２７のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項２９】
前記光学ヘッダパッケージと、前記送信回路の少なくとも一部分とは、ＲＦシールドされないことを特徴とする請求項２４から請求項２８のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項３０】
前記光学ヘッダパッケージにトランスインピーダンス増幅器を設けないことを更に含むことを特徴とする請求項２４から請求項２９のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項３１】
アクティブ光ケーブルのアクティブ光ケーブルアセンブリに設けられることを特徴とする請求項２４から請求項３０のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項３２】
前記アクティブ光ケーブルアセンブリは、前記差動ＴＩＡ増幅器回路に電力を供給するように構成されたスイッチング電源を更に含むことを特徴とする請求項３１に記載のＲＯＡ。
【請求項３３】
受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）を組み立てる方法であって、
入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器をプリント回路基板（ＰＣＢ）上の光学ヘッダパッケージに設ける段階と、
前記光学ヘッダパッケージから遠隔に配置された前記ＰＣＢ上の集積回路に設けられ、
第１の差動入力ノードと第１の出力ノードとを有する第１のＴＩＡ、
第２の差動入力ノードと第２の出力ノードとを有する第２のＴＩＡ、及び
前記第１のＴＩＡの前記第１の出力ノードに結合された第１の差動入力ノードと前記第２のＴＩＡの前記第２の出力ノードに結合された第２の差動入力ノードとを有し、前記差動ＴＩＡ回路が、該第１のＴＩＡ及び該第２のＴＩＡによって増幅された共通ノイズを拒否するように構成される出力差動ＴＩＡ、
を含み、
前記第１の差動入力ノード及び前記第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する、
差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路を設ける段階と、
第１の送信線を前記ＰＣＢ内の第１のＰＣＢトレースとしてかつ第２の送信線を該ＰＣＢ内の第２のＰＣＢトレースとして設ける段階から構成される送信回路を該ＰＣＢに設ける段階と、
前記第１のＴＩＡの前記第１の差動入力ノードを前記第１の送信線に結合し、かつ前記第２のＴＩＡ回路の前記第２の差動入力ノードを前記第２の送信線に結合する段階と、
前記光検出器を前記差動ＴＩＡ回路に結合して該光検出器から受信した前記出力電気信号を増幅するために該光検出器の第１のノードを前記第１の送信線に結合し、かつ該光検出器の第２のノードを前記第２の送信線に結合する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記送信回路の前記送信インピーダンスを前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスに対してインピーダンス整合するか又は実質的にインピーダンス整合する段階を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
集積回路（ＩＣ）チップにプロトコル回路を設ける段階と、該プロトコルチップの入力ノードを前記差動ＴＩＡ回路の出力信号ノードに結合する段階とを更に含むことを特徴とする請求項３３又は請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記光学ヘッダパッケージをＲＦシールドしない段階を更に含むことを特徴とする請求項３３から請求項３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記光学ヘッダパッケージにトランスインピーダンス増幅器を設けない段階を更に含むことを特徴とする請求項３３から請求項３６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、２０１３年３月８日出願の米国特許出願番号第１３／７９０，３５０号及び２０１２年１０月２２日出願の米国特許出願番号第６１／７１６，８６８号に対する優先権の利益を主張するものであり、これらの両方の内容が本出願の拠所であり、その全文が引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明の開示の技術は、光ファイバから光信号を受信して受信光信号を電気信号に変換する受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
相互接続線の速度が、例えば、毎秒５ギガビットから毎秒１０ギガビット及びそれより高速に増大するときに、従来の銅ケーブルに対する代替物としてアクティブ光ケーブル（ＡＯＣ）が益々使用されてきている。アクティブ光ケーブルは、電気信号を光信号への変換し、光ファイバを通して光信号として搬送することを可能にする。光ファイバを利用する利点は、極めて広い帯域幅と、環境電子ノイズに対する高い防御性とを含む。
【０００４】
この点に関して、図１は、例示的なアクティブ光ケーブル１０を示している。図１に示すように、アクティブ光ケーブル１０は、終端コネクタ１２Ａ、１２Ｂを含む。各終端コネクタ１２Ａ、１２Ｂは、入力電気信号を受信するように構成された導電体入力１４Ａと、出力電気信号を供給するように構成された導電体出力１４Ｂとを含む。終端コネクタ１２Ａ、１２Ｂの各々のためのコネクタハウジング１８Ａ、１８Ｂ内に、終端コネクタ光電子送受信機１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ含まれる。光電子送受信機１６Ａ、１６Ｂの各々は、導電体入力１４Ａからの電気入力信号を受信し、受信電気入力信号を光ファイバ１６を通して送信される光信号に変換する送信機光学サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）（図示せず）を含む。光電子送受信機１６Ａ、１６Ｂの各々は、光ファイバ１６を通して送信された光信号を導電体出力１４Ｂ上に電気出力信号として供給される電気信号に変換し戻す受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）（図示せず）も含む。
【０００５】
アクティブ光ケーブルは、データセンター内で専用ネットワークと公衆ネットワークの両方を通して音声、ビデオ、及びデータの送信を加入者に配信するのに一般的に使用される。例えば、アクティブ光ケーブルは、サーバ、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）、及び／又はデータセンターにおける他の機器の間の相互接続をサポートすることができる。距離が長くなると、アクティブ光ケーブルは、同じ距離に対してリピータを使用する従来の銅ケーブルよりも廉価である可能性がある。光電子機器及び光ファイバアラインメント構成要素の追加コストは、アクティブ光ケーブル内の光ファイバのコストと比較してそれ程重大ではない。また、長距離のアクティブ光ケーブルのコストは、アクティブ光ケーブルを通してサービスを受信することができる銅ケーブルと比較してより多いユーザを通してサービスプロバイダにより償却することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
より短いアクティブ光ケーブルでは、追加の構成要素コストは、アクティブ光ケーブルの全コストのうちのより大きい割合となり、それによって同じ短かさを有する従来の銅ケーブルよりも高価なケーブルがもたらされる。従って、一般的にアクティブ光ケーブルは、短い消費者用途（例えば、消費者電子デバイス、パーソナルコンピュータ、外部ハード駆動装置、デジタルカメラ、及びテレビジョン）における使用に向けては設計されなかった。短いケーブル距離に対する高いアクティブ光ケーブルコストは、従来の銅ケーブルを凌ぐ高いコストを正当化するほど十分な価値を消費者に提供するとは受け止められていない。しかし、消費者用途は、光ファイバケーブルから利益を受けることができる高い帯域幅を必要とし始めている。従って、光ファイバの高い帯域幅及び低いノイズの作動から利益を受け、採算が取れ、かつ消費者用途における使用に適する短距離アクティブ光ケーブルに対する未解決の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示する実施形態は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）から遠隔に配置された光検出器を有する受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）を含む。更に、関連の構成要素、回路、及び方法を開示している。本出願のＲＯＡ概念は、従来の長距離用途のための従来のＲＯＳＡ設計に反する設計相違点を使用する。例えば、ＴＩＡから遠隔に配置された光検出器を設けることにより、光検出器をＴＩＡに近接して設けるという従来の設計制約に関連付けられた追加コストを回避することができ、それによってＲＯＡのコストが低減される。例えば、光検出器をＴＩＡに直接に接続するための高価な接合組み立て技術を回避することができる。この点に関して、非限定的な例として、本明細書に開示する実施形態によるＲＯＡは、コストの観点から、光ファイバの高い帯域幅及び低ノイズ性能という追加の利点を伴って、アクティブ光ケーブルアプリケーションが消費者用途における使用に向けてより容易に受け入れられることを可能にすることができる。光検出器をＲＯＡ内でＴＩＡから遠隔に配置することを可能にするように、典型的な受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）に関する設計制約が回避される。
【０００８】
この点に関して、本明細書に開示する実施形態において、高いＴＩＡ入力インピーダンスが、差動ＴＩＡ回路に与えられる。ＲＯＡ内で光検出器を差動ＴＩＡ回路に結合する配線接続部が、インピーダンス制御式送信回路として設けられる。高いＴＩＡ入力インピーダンスを与えることにより、差動ＴＩＡ回路が、光検出器をＴＩＡに結合する送信回路を通して受信される電気信号を吸収して送信回路上の共鳴効果を抑制又は低減することが可能になる。更に、光検出器をＴＩＡに結合するインピーダンス制御式送信回路を設けることにより、送信回路の容量成分を低減又は排除することができ、差動ＴＩＡ回路に関する抵抗−容量（ＲＣ）時定数が阻止又は低減されて高帯域幅作動が可能になる。この点に関して、高帯域幅作動に向けて、光検出器の容量は、差動ＴＩＡ回路に関する低ＲＣ時定数に対する限界容量因子であるように設計することができる。１つの非限定的な実施形態において、送信回路は、例えば、電気トレースなどを使用することにより、差動ＴＩＡ回路のＴＩＡ入力インピーダンスに対してインピーダンス整合されるか又は実質的にインピーダンス整合される。
【０００９】
この点に関して、一実施形態において、受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）を提供する。ＲＯＡは、光学ヘッダパッケージに設けられて入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器を含む。ＲＯＡは、光学ヘッダパッケージから遠隔に配置された集積回路に設けられた差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路を更に含む。差動ＴＩＡ回路は、第１の差動入力ノードと第２の差動入力ノードとを含み、第１の差動入力ノード及び第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する。ＲＯＡは、第１の差動入力ノードに結合された第１の送信線と、第２の差動入力ノードに結合された第２の送信線とから構成される送信回路を更に含む。光検出器を差動ＴＩＡ回路に結合して光検出器から受信した出力電気信号を増幅するために、光検出器の第１のノードが第１の送信線に結合され、光検出器の第２のノードが第２の送信線に結合される。
【００１０】
別の実施形態において、ＲＯＡを組み立てる方法を提供する。本方法は、入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器をプリント回路基板（ＰＣＢ）上の光学ヘッダパッケージに設ける段階を含む。本方法はまた、光学ヘッダパッケージから遠隔に配置されたＰＣＢ上の集積回路に設けられた差動ＴＩＡ回路を設ける段階を含み、差動ＴＩＡ回路は、第１の差動入力ノードと第２の差動入力ノードとを含み、差動ＴＩＡ回路は、第１の差動入力ノード及び第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する。本方法はまた、第１の送信線をＰＣＢ内の第１のＰＣＢトレースとしてかつ第２の送信線をＰＣＢ内の第２のＰＣＢトレースとして設ける段階から構成される送信回路をＰＣＢに設ける段階を含む。本方法はまた、差動ＴＩＡ回路の第１の差動入力ノードを第１の送信線に結合し、差動ＴＩＡ回路の第２の差動入力ノードを第２の送信線に結合する段階を含む。本方法はまた、光検出器を差動ＴＩＡ回路に結合して光検出器から受信した出力電気信号を増幅するために光検出器の第１のノードを第１の送信線に結合し、かつ光検出器の第２のノードを第２の送信線に結合する段階を含む。
【００１１】
別の実施形態において、別の例示的ＲＯＡを提供する。ＲＯＡは、光学ヘッダパッケージに設けられて入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器を含む。ＲＯＡはまた、差動ＴＩＡ回路を含む。差動ＴＩＡ回路は、第１の差動入力ノードと第１の出力ノードとを有する第１のＴＩＡを含む。差動ＴＩＡ回路はまた、第２の差動入力ノードと第２の出力ノードとを有する第２のＴＩＡを含む。ＲＯＡはまた、第１のＴＩＡの第１の出力ノードに結合された第１の差動入力ノードと、第２のＴＩＡの第２の出力ノードに結合された第２の差動入力ノードとを有する出力差動ＴＩＡを含み、差動ＴＩＡ回路は、第１のＴＩＡ及び第２のＴＩＡによって増幅された共通ノイズを拒否するように構成される。ＲＯＡはまた、第１の差動入力ノード及び第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する差動ＴＩＡ回路を含む。ＲＯＡはまた、第１のＴＩＡの第１の差動入力ノードに結合された第１の送信線と、第２のＴＩＡの第２の差動入力ノードに結合された第２の送信線とから構成される送信回路を含む。光検出器を差動ＴＩＡ回路に結合して光検出器から受信した出力電気信号を増幅するために光検出器の第１のノードは、第１の送信線に結合され、光検出器の第２のノードは、第２の送信線に結合される。
【００１２】
別の実施形態において、ＲＯＡを組み立てる方法を提供する。本方法は、入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器をプリント回路基板（ＰＣＢ）上の光学ヘッダパッケージに設ける段階を含む。本方法はまた、光学ヘッダパッケージから遠隔に配置されたＰＣＢ上の集積回路に設けられた差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路を設ける段階を含む。差動ＴＩＡ回路は、第１の差動入力ノードと第１の出力ノードとを有する第１のＴＩＡと、第２の差動入力ノードと第２の出力ノードとを有する第２のＴＩＡと、第１のＴＩＡの第１の出力ノードに結合された第１の差動入力ノード及び第２のＴＩＡの第２の出力ノードに結合された第２の差動入力ノードを有する出力差動ＴＩＡとを含み、差動ＴＩＡ回路は、第１のＴＩＡ及び第２のＴＩＡによって増幅された共通ノイズを拒否するように構成される。差動ＴＩＡ回路は、第１の差動入力ノード及び第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する。本方法はまた、第１の送信線をＰＣＢ内の第１のＰＣＢトレースとしてかつ第２の送信線をＰＣＢ内の第２のＰＣＢトレースとして設ける段階から構成される送信回路をＰＣＢに設ける段階を含む。本方法はまた、第１のＴＩＡの第１の差動入力ノードを第１の送信線に結合し、かつ第２のＴＩＡの第２の差動入力ノードを第２の送信線に結合する段階を含む。本方法はまた、光検出器を差動ＴＩＡ回路に結合して光検出器から受信した出力電気信号を増幅するために光検出器の第１のノードを第１の送信線に結合し、かつ光検出器の第２のノードを第２の送信線に結合する段階を含む。
【００１３】
追加の特徴及び利点を以下に続く詳細説明に示し、これらの特徴及び利点は、当業者にはこの詳細説明から直ちに明らかになり、又は以下に続く詳細説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む本明細書に説明する実施形態を実施することによって認識されるであろう。
【００１４】
上述の概要説明と以下に続く詳細説明の両方は、実施形態を提供し、かつ本発明の開示の性質及び特性を理解するための概要又はフレームを提供するように意図したものであることを理解しなければならない。添付図面は、更なる理解をもたらすために含めたものであり、本明細書内に組み込まれてその一部を構成するものである。図面は、様々な実施形態を示し、開示する概念の原理及び作動を本明細書と共に説明するのに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】導電体入力と導電体出力とを有する終端コネクタと、電気入力信号を光信号として変換して光ファイバを通して搬送するための電気から光への（Ｅ−Ｏ）コンバータと、搬送光信号を電気出力信号に変換し戻すための光から電気への（Ｏ−Ｅ）コンバータとを使用する例示的なアクティブ光ケーブル（ＡＯＣ）の図である。
【図２】帯域幅性能を最大に高め、長距離光損失を補償するために高いＴＩＡ感度を与える低入力インピーダンスを有するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）に直接に取り付けられた光検出器を含み、図１の長距離アクティブ光ケーブルに対して使用することができる従来の受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）の概略図である。
【図３】誘導結合ノイズを低減するためにかつ高いＴＩＡ感度に関して光検出器電極が電流ループアンテナとして作用する効果を低減又は排除するために光検出器の電極がＴＩＡの負の入力に直接に結合された図２の従来のＲＯＳＡの光検出器及びＴＩＡの回路図である。
【図４】アクティブ光ケーブルに対して使用することができる例示的なユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタの一部として設けられ、インピーダンス制御式送信線を通して高入力インピーダンスＴＩＡから遠隔に位置付けられ、それに結合された光検出器をプリント回路基板（ＰＣＢ）上に含む例示的な受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）の図である。
【図５】インピーダンス制御式送信線を通して高入力インピーダンスＴＩＡから遠隔に配置された光検出器を使用する図４のＲＯＡの回路図である。
【図６】ＴＩＡパッドから遠隔に位置付けられ、ＰＣＢトレース送信線を通してＴＩＡパッドに結合された光検出器パッドをサポートするＰＣＢ金属化パターンを示す図４のＲＯＡのためのＰＣＢの略拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、全部ではないが一部の実施形態を示す添付図面にその例を示す実施形態を詳細に参照する。実際には上述の概念を多くの異なる形態に具現化することができ、本明細書に限定的なものと解釈すべきではなく、これらの実施形態は、本発明の開示が、適用可能な法的要件を満たすことになるように提供するものである。可能である場合は常に類似の構成要素又は部品を指す上で類似の参照番号を使用する。
【００１７】
本明細書に開示する実施形態は、短距離用途に適するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）から遠隔に配置された光検出器を有する受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）を含む。更に、関連の構成要素、回路、及び方法も開示している。一方、従来の長距離ＲＯＳＡ設計は、ＴＩＡと密接に接続したフォトダイオードを有し、本明細書に解説するように短距離用途には適さない。ＴＩＡから遠隔に配置された光検出器を設けることにより、光検出器をＴＩＡと近接して設ける設計制約に関連付けられた追加コストを回避することができ、それによってＲＯＡのコストが低減する。例えば、光検出器をＴＩＡに直接に接続する高価な接合技術を回避することができる。この点に関して、非限定的な例として、本明細書に開示する実施形態によるＲＯＡは、光ファイバの高帯域幅及び低ノイズ性能、並びにノイズの共通モード除去等の他の特徴を併せた追加の利点を伴って、アクティブ光ケーブル用途が消費者用途における使用に向けてコストの観点からより容易に受け入れられることを可能にすることができる。光検出器をＲＯＡ内でＴＩＡから遠隔に配置することを可能にするために、従来の設計制約及び従来の受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）に関する慣習が回避される。
【００１８】
この点に関して、本明細書に開示する実施形態において、高いＴＩＡ入力インピーダンスを有する差動ＴＩＡ回路が設けられる。更に、ＲＯＡ内で光検出器を差動ＴＩＡ回路に結合する配線接続部が、インピーダンス制御式送信回路として設けられる。１つの非限定的な実施形態において、送信回路は、差動ＴＩＡ回路のＴＩＡ入力インピーダンスに対してインピーダンス整合されるか又は実質的にインピーダンス整合される。高いＴＩＡ入力インピーダンスを与えることにより、差動ＴＩＡ回路が、光検出器をＴＩＡに結合する送信回路を通して受信される電気信号を吸収して送信回路上の共鳴効果を抑制又は低減することが可能になる。更に、光検出器をＴＩＡに結合するインピーダンス制御式送信回路を設けることにより、送信回路の容量成分を低減又は排除することができ、差動ＴＩＡ回路に関する抵抗−容量（ＲＣ）時定数が抑制又は低減されて高帯域幅作動が可能になる。この点に関して、高帯域幅作動に向けて、光検出器の容量は、差動ＴＩＡ回路に関する低ＲＣ時定数に対する限界容量因子であるように設計することができる。
【００１９】
インピーダンス制御式送信線を通して高入力インピーダンスＴＩＡから遠隔に配置された光検出器を含むＲＯＡの例示的実施形態を解説する前に、従来技術において長距離通信に向けて設計された従来の受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）に対して図２及び図３に関して解説する。図２及び図３のＲＯＳＡの解説は、短距離アクティブ光ケーブルにおける使用に対してはコスト問題を抱え、本発明の開示の実施形態によって対処される典型的なＲＯＳＡ設計制約を示すためのものである。例えば、短距離ケーブルは、非限定的な例として１００メートルよりも短いとすることができるが、他の短いものも可能である。
【００２０】
図２は、この点に関する従来の受信機光学サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）２０の概略図である。図１のアクティブ光ケーブル１０を含む長距離光ファイバに向けて設計された従来のＲＯＳＡ２０の例は、米国特許第７，１６０，０３９号明細書に開示されている。従来のＲＯＳＡ２０は、図１のアクティブ光ケーブル１０内に使用することができる。下記でより詳細に解説するように、従来のＲＯＳＡ２０は、低入力インピーダンスを有するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）２２と、高帯域幅性能に向けて入力キャパシタンスを低減し、ＴＩＡ２２が外来ノイズを増幅するのを低減又は排除するためにＴＩＡ２２に直接装着された光検出器２４とを含む。図３は、図２の従来のＲＯＳＡ２０の光検出器２４の例示的な回路図である。下記では、図２の従来のＲＯＳＡ２０と、図３の従来のＲＯＳＡ２０の例示的なＴＩＡ２２及び光検出器２４の回路図とを併せて説明する。
【００２１】
図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０は、長距離光信号送信における使用に向けて、高い帯域幅の作動と高いＴＩＡ２２の感度とを可能にし、同時に外来ノイズの増幅を最小にするように設計される。図２を参照すると、従来のＲＯＳＡ２０は、光ファイバコネクタ２６の一部として設けられる。光ファイバコネクタ２６は、孔３０を含むハウジング２８を含む。孔３０は、出力電気信号に変換される入力光信号を受信するために、光ファイバ（図示せず）の終端に設けられた光ファイバフェルール（図示せず）を受け入れるように構成される。孔３０内には光学インサート３２が設けられる。光学インサート３２は、孔３０内に挿入された光ファイバフェルールの光ファイバに光学的に接続されるように構成される。光ファイバから受信される入力光信号は、光検出器２４に向けられる光ビーム３４として光学インサート３２によって屈折される。例えば、図３の回路図に示すように、光検出器２４は、交流（ＡＣ）成分と直流（ＤＣ）成分とを有する電気出力電流信号を発生させることによって入射光信号に応答する逆バイアスフォトダイオード３６である。一般に知られているように、ＴＩＡ２２は、その負の入力ノード３８におけるフォトダイオード３６からの電流入力信号をフィードバック抵抗ＲFの値の関数である利得を有する（例えば、１０００オームは、１ミリアンペア（ｍＡ）対１ボルト（Ｖ）の１０3の利得を与える）電圧出力信号に変換する。
【００２２】
図３の回路図を参照すると、ＴＩＡ２２の負の入力ノード３８が基本的には接地ノードＧＮＤに短絡されるように、従来のＲＯＳＡ２０のＴＩＡ２２には、可能な最も低い入力インピーダンスＺ0（例えば、１オームから１０オームまでの）が与えられる。従って、入力インピーダンスＺ0は、フォトダイオード３６と並列状態にある。数ピコファラッド（ｐＦ）程度まで小さいとすることができるフォトダイオード３６のキャパシタンスＣ0は、ＴＩＡ２２の入力インピーダンスＺ0と並列で設けられる。それによってＴＩＡ２２による電流測定速度に対して重要なノードである負の入力ノード３８では、ＴＩＡ２２の低入力インピーダンスが、低インピーダンスＺｏキャパシタンスＣ0（Ｚ0Ｃ0）時定数を与えるので、従来のＲＯＳ２０内で入力光信号を出力電気信号に変換するときのＴＩＡ２２の高帯域幅作動が可能になる。低Ｚ0Ｃ0時定数を与えることにより、ＴＩＡ２２が、負の入力ノード３８における電流を高速に測定することが可能になり、それによって従来のＲＯＳＡ２０に対して高帯域幅の作動及び機能が与えられる。ＴＩＡ２２に低入力インピーダンスＺ0が与えられない場合に、フォトダイオード３６のキャパシタンスＣ0は、アクティブ光ケーブル用途に対して望ましいギガヘルツ（ＧＨｚ）作動ではなく、メガヘルツ（ＭＨｚ）の帯域幅作動しか可能にすることができない。
【００２３】
従来の設計において高いＴＩＡ２２の感度を与えるためには、光検出器２４のフォトダイオード３６は、可能な限りＴＩＡ２２の近くに設けられる。従って、図３への参照を続けると、ＴＩＡ２２の集積回路（ＩＣ）チップ４２の装着面上の電気入力接点４０Ａ、４０Ｂは、光検出器２４の対応する電極４４Ａ、４４Ｂに直接に接続される。例えば、この直接接続は、フリップチップ接合工程において接合ワイヤを用いるか、又は半田バンプの使用による直接接合によって与えることができる。それによってフォトダイオード３６の電極４４Ａ、４４ＢとＴＩＡ２２の電気入力接点４０Ａ、４０Ｂの間の短い接続ワイヤ４６Ａ、４６Ｂ又は他の接合が可能になる。このようにして、短い接続ワイヤ４６Ａ、４６Ｂは、電流ループアンテナとして作用せず、従って、そうでなければ高感度ＴＩＡ２２によって増幅され、性能を低下させることになる外部ＲＦ無線信号及び他の外来ノイズを受信かつ結合しない。
【００２４】
例えば、ＴＩＡ２２に給電するスイッチング電源４７は、長尺の接続ワイヤ４６Ａの相互接続インダクタンス５２への代表的な磁束線５０によって容易に結合される誘導子４８からの磁気ＧＨｚノイズ成分を有する可能性がある。スイッチング電源のＧＨｚノイズ成分は、スイッチング電源４７をこの実施形態におけるＲＯＡ２０とその帯域幅性能とに影響を及ぼすことなく併用することを妨げる。図３に示すように、光検出器２４は、共通パッケージ５４の一部として設けられる。従来のＲＯＳＡ２０は、接続ワイヤ４６Ａ、４６Ｂ及びフォトダイオード３６の電極４４Ａ、４４Ｂが外部ＲＦ無線信号及び他の誘導ノイズに結合することを排除又は低減して高いＴＩＡ２２の感度を可能にするために、密封してＲＦシールドすることができる。
【００２５】
従って、要約すると、長距離光信号送信に向けて設計された図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０の帯域幅性能を最大に高めるためには、ＴＩＡ２２を可能な最も低い入力インピーダンスＺ0を有するように設計しなければならない。従来のＲＯＳＡ２０の設計は、インピーダンスを制御しようとは試みない。入力インピーダンスＺ0は、光検出器２４の電極４４Ａ、４４Ｂのインピーダンスに対してインピーダンス整合されず、従って、ＴＩＡ２２の帯域幅性能は、ＴＩＡ２２の負の入力ノード３８に存在するフォトダイオード３６のキャパシタンスＣ0の直接関数である。低いＴＩＡ２２の入力インピーダンスを与えることにより、ＴＩＡ２２が負の入力ノード３８において高速に電流を測定することを可能にする低いＺ0Ｃ0時定数が与えられ、従って、従来のＲＯＳＡ２０に対して高い帯域幅作動が与えられる。フォトダイオード３６の電極４４Ａ、４４ＢとＴＩＡ２２の電気入力接点４０Ａ、４０Ｂの間に短い接続部を設けることにより、光信号損失を補償する高いＴＩＡ２２の感度を与えることも望ましい。このようにして、従来の設計におけるフォトダイオード３６の電極４４Ａ、４４Ｂは、高感度ＴＩＡ２２によって増幅される外部ＲＦ無線信号及び他の誘導ノイズを受信して結合する電流ループアンテナとして作用しない。
【００２６】
一方、消費者用途などが、光ファイバの高帯域幅及び低ノイズ作動の利点を享受することができるように、短距離アクティブ光ケーブルへの未解決の必要性が存在する。アクティブ光ケーブルの高帯域幅及び低ノイズ作動があったとしても、従来のＲＯＳＡ設計を含むアクティブ光ケーブル構成要素の高いコストは、短いケーブル長では、高速銅ケーブルと比較して高いコストを正当化する程に十分に高い価値をある一定の消費者に提供することができない。従って、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０に使用される従来のＲＯＳＡ設計は、短距離アクティブ光ケーブルにおける使用では法外なコストのものである可能性がある。例えば、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０は、短い接続部を通して光検出器２４をＴＩＡ２２に直接に接続するための高価な接合組み立て技術を必要とする可能性がある。セラミック担体を必要とする可能性がある高価なフリップチップ接合が使用される可能性もある。メッシュ配線の使用等の高価なワイヤ接合組み立て技術が使用される可能性もある。
【００２７】
更に図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０は、光検出器２４及びＴＩＡ２２の密封及びＲＦシールドのための高価なパッケージも必要とする。例えば、サファイア基板及びマイクロ波遷移を使用する高価な金メッキ接合ブロックが使用される可能性がある。上述のように、高いＴＩＡ２２の感度を与えるためには光検出器２４とＴＩＡ２２とを互いの近くに設置しなければならないので、密封及びＲＦシールドは、全体の共通パッケージ５４に対しても施さなければならない。共通パッケージ５４は、ＴＩＡ２２と光検出器２４の両方を含むほど十分なサイズのものにもしなければならず、組み立て及び／又は検査中にＴＩＡ２２と光検出器２４とへの別々のアクセスを可能にする蓋を設ける必要がある可能性がある。共通パッケージ５４はまた、密封及びＲＦシールドを変わらずに維持しながら光ファイバを受け入れて光検出器２４に対して位置合わせする機能を可能にしなければならない。それには、共通パッケージ５４の高価な高精度製造を必要とする可能性があり、それによって従来のＲＯＳＡ２０のコストは増大する。
【００２８】
一方、短距離アクティブ光ケーブルは、高速電気ケーブルと比較して少なくとも短い長さに対しては同等のコストを有することが必要になる。短距離アクティブ光ケーブルにおけるＲＯＳＡのコストを低減することができる場合に、短距離アクティブ光ケーブルの全コストを低減することができ、それによって短距離アクティブ光ケーブルは、消費者用途などにおける使用に向けて、高帯域幅及び低ノイズ性能の追加の利益を伴ってより容易に受け入られるようになる。
【００２９】
図４及び図５は、約１００メートル又はそれ未満等の短距離の用途における使用に適する１つのそのようなＲＯＡを表している。この点に関して、図４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）６２上に例示的なユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ６４のためのアセンブリの一部として設けられた例示的な受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）６０の図である。ＲＯＡ６０は、アクティブ光ファイバＵＳＢケーブル６８の受信側光ファイバ６６Ｒと送信側光ファイバ６６Ｔとを通して光ファイバ送信を可能にするためのアクティブ光ケーブルに対して使用することができる。図４のアクティブ光ファイバＵＳＢケーブル６８は、非限定的な例として１メートルと１００メートルとの間等の短いケーブルである。ＲＯＡ６０は、光学ヘッダパッケージ７２に設けられたフォトダイオード７０を含む。光学ヘッダパッケージ７２は、フォトダイオード７０を含むのに望ましいいずれかのハウジング又はパッケージとすることができる。光学ヘッダパッケージ７２は密封することができ、光学ヘッダパッケージ７２に設けられたフォトダイオード７０を含む構成要素とインタフェースで接続するための導電体ピンを含むことができる。非限定的な例として、光学ヘッダパッケージ７２は、小さいプラスチックモールド成形リードフレームパッケージを含むことができる。別の例として、光学ヘッダパッケージ７２は、その面上に表面実装半田接続部を設けるためにＰＣＢの面上での金属キャスタレーションを用いて設けられたＰＣＢを含むことができる。
【００３０】
図４への参照を続けると、この実施形態における光学ヘッダパッケージ７２は、入力電気信号から変換された出力光信号を送信側光ファイバ６６Ｔを通して送信するように構成されたレーザ７４を更に含む。この実施形態において、フォトダイオード７０は、差動ＴＩＡ回路７６とは別個にそこから離間して設けられる。光学ヘッダパッケージ７２内のフォトダイオード７０は、集積回路（ＩＣ）チップ等のプロトコルチップ７８に設けられた高入力インピーダンス差動ＴＩＡ回路７６から遠隔に位置付けられる。遠隔に位置付けられるということは、フォトダイオード７０と差動ＴＩＡ回路７６とが同じパッケージ内に設けらないか、又は互いに直接に接合されないことを意味する。従って、先に上記に解説した理由から、意図的に設計によって光学ヘッダパッケージ７６内に含まれる誘導トランスインピーダンス増幅器は存在しない。言い換えれば、ＴＩＡ回路は、光学ヘッダパッケージから遠隔に位置付けられる。光学ヘッダパッケージ７２は、この実施形態では完全に受動的であり、光ファイバ６６Ｔ、６６ＲをＰＣＢ６２の作動区域内に密接に結合することを可能にするために、レーザ７４及びフォトダイオード７０をＰＣＢ６２に対して直角に回転させるように機能する。
【００３１】
図４への参照を続けると、光学ヘッダパッケージ７２内のフォトダイオード７０は、ＲＯＡ６０のコストを低減するためにプロトコルチップ７８に設けられた高入力インピーダンス差動ＴＩＡ回路７６から遠隔に位置付けられる。このようにして、差動ＴＩＡ回路７６に対して１つのＩＣチップ、プロトコルチップ７８に対して別個のＩＣチップというように２つの別個のＩＣチップを必要とすることがない。ＩＣチップの個数を低減し、ＲＯＡ６０のコストを低減するために、差動ＴＩＡ回路７６は、プロトコルチップ７８内に設けることができる。言い換えれば、組み立てのコストを低減するために、ＲＯＡ６０及びレーザ７４を除く全ての作動構成要素を単一プロトコルチップ７８（例えば、相補的金属酸化物半導電体（ＣＭＯＳチップ））内に設けることができる。この実施形態におけるプロトコルチップ７８は、ＵＳＢプロトコルに従って電気信号をＵＳＢコネクタ被覆８０内のＵＳＢピン（図示せず）に送信し、そこから受信するのに必要な回路を含む。プロトコルチップ７８と共に使用される概念はＵＳＢプロトコルに限定されず、必要に応じて他の適切なプロトコルチップと共に使用することができることに注意されたい。
【００３２】
図４への参照を続けると、フォトダイオード７０は、プロトコルチップ７８内の差動ＴＩＡ回路７６から離間してそれとは別個に設けられるので、ＲＯＡ６０では、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０の設計制約に関連付けられた追加コストを回避することができる。例えば、短い接続部を通してフォトダイオード７０を差動ＴＩＡ回路７６に直接に接続するための高価な接合組み立て技術を回避することができる。しかし、以下により詳細に解説するように、光学ヘッダパッケージ７２とプロトコルチップ７８の間の結合転移部が互いから別個に遠隔に位置付けられるので、フォトダイオード７０とプロトコルチップ７８内の差動ＴＩＡ回路７６とを結合する配線接続部８２は長くなる。例えば、フォトダイオード７０とプロトコルチップ７８内の差動ＴＩＡ回路７６とを結合する配線接続部８２は、長さが約１ミリメートル（ｍｍ）とすることができ、この長さは、高速データ送信に対しては遠隔に位置付けられていると見なされる。フォトダイオード７０は、プロトコルチップ７８のための密封プロトコルチップパッケージ８４内に含まれる必要はない。例えば、フォトダイオード７０を差動ＴＩＡ回路７６とは別個のパッケージ内に設けることにより、プロトコルチップパッケージ８４として廉価な射出成形プラスチックパッケージを使用することを可能にすることができる。従って、プロトコルチップパッケージ８４は、密封及びＲＦシールドを変わらずに維持しながら光ファイバ６６Ｔ、６６Ｒを受け入れてフォトダイオード７０に対して位置合わせする機能を可能にする必要はない。プロトコルチップパッケージ８４は、ＲＦシールドを与える材料又は構造で構成することができる。更に、プロトコルチップパッケージ８４は、差動ＴＩＡ回路７６と光検出器７０の両方を含むほど十分なサイズのものである必要はない。図４のＲＯＡ６０は、組み立て及び／又は検査中にプロトコルチップパッケージ８４にアクセスするか又はそれを開く必要なく別個にアクセスすることを更に可能にする。
【００３３】
図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０に使用される設計要件及び技術のうちの殆どは、図４のＲＯＡ６０では回避され、新しい設計論理が使用される。例えば、図４のＲＯＡ６０内の差動ＴＩＡ回路７６に、従来のＲＯＳＡ２０のＴＩＡ２２内に与えられるものと類似の低い入力インピーダンスが与えられる場合に、いくつかの問題がもたらされることになる。第１に、別個の光学ヘッダパッケージ７２とプロトコルチップ７８とを結合する長い配線接続部８２は、その上のキャパシタンスを増大させて、差動ＴＩＡ回路７６の入力に結合されることになり、それによって抵抗−容量（ＲＣ）時定数が増大し、ＲＯＡ６０の帯域幅性能が低下する。第２に、差動ＴＩＡ回路７６が低入力インピーダンスを有する場合に、フォトダイオード７０から配線接続部８２を通して差動ＴＩＡ回路７６に送信される電流は、配線接続部８２上でフォトダイオード７０及び差動ＴＩＡ回路７６等に反射して戻されることになり、配線接続部８２上に共鳴効果がもたらされ、それによって帯域幅性能が低下する。一例として、電気信号パルスが、フォトダイオード７０と差動ＴＩＡ回路７６との間で１０回から１５回前後に跳ね戻される場合があり、望ましくない共鳴がもたらされる。
【００３４】
従って、要約すると、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０内に低入力インピーダンスＴＩＡ２２を設けることに関して介入する設計要件及び技術は、図４のＲＯＡ６０には適さない。プロトコルチップ７８内の差動ＴＩＡ回路７６から遠隔に配置されたフォトダイオード７０を設けることで達成されるコスト低減は、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０において介入する設計要件及び技術が図４のＲＯＡ６０内に使用される場合は低い帯域幅性能を正当化することができない。
【００３５】
配線接続部８２を通じた高いキャパシタンス及び電気信号共鳴の問題に対処するために、フォトダイオード７０及び差動ＴＩＡ回路７６に対して別の回路が設けられる。この点に関して、図５は、帯域幅性能に対する影響を最小にしながら、フォトダイオード７０がプロトコルチップ７８内の差動ＴＩＡ回路７６から遠隔に位置付けられることを考慮するために、図４のＲＯＡ６０内に設けることができる例示的な回路である。図５のＲＯＡ６０では、以下により詳細に解説するように、差動ＴＩＡ回路７６に、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０内のＴＩＡ２２の入力インピーダンスＺ0よりも高いＴＩＡ入力インピーダンスＺ1が与えられる。高ＴＩＡ入力インピーダンスＺ1は、差動ＴＩＡ回路７６が電気信号を吸収し、配線接続部８６上の共鳴を抑制又は低減することを可能にするために差動ＴＩＡ回路７６に対して与えられる。
【００３６】
同じく、フォトダイオード７０を差動ＴＩＡ回路７６に結合する配線接続部８６は、インピーダンス制御式送信回路８８として設けられる。同じく以下により詳細に解説するように、この実施形態におけるインピーダンス制御式送信回路８８は、フォトダイオード７０のノードへの結合を与え、共通モードノイズ除去を付加するための第１の送信線８８Ａと第２の送信線８８Ｂとから構成される。送信線８８Ａ、８８Ｂは、各々送信インピーダンスＺ2を有する。このようにして、送信線８８が、フォトダイオード７０を差動ＴＩＡ回路７６から分離して設けるための長い配線接続部８６を可能にすることを妨げるか又は狭める送信線８８Ａ、８８Ｂの容量成分が低減又は排除され、同時に差動ＴＩＡ回路７６の高帯域幅作動を可能にする差動ＴＩＡ回路７６のＲＣ時定数が与えられる。送信線８８Ａ、８８Ｂのいずれかの容量成分は、差動ＴＩＡ回路７６のＲＣ時定数の一部としてフォトダイオード７０のキャパシタンスＣ1に加えられる。
【００３７】
この例では、送信線８８Ａ、８８Ｂは、３５オームのインピーダンスを有するように設けられる。一実施形態において、ＰＣＢが対応することができる送信インピーダンスＺ2の範囲が、例えば、サイズなどに基づく定められたインピーダンスを有する電気トレースを使用することによって実現可能になるように、送信線８８Ａ、８８Ｂは、ＰＣＢ上に実施される。例えば、送信線８８Ａ、８８Ｂは、非限定的な例として１０オームと２００オームの間の望ましい送信インピーダンスＺ2を与えるように、図４のＰＣＢ６２上に製作することができる。１つの特定の実施形態において、送信インピーダンスＺ2は、例えば、少なくとも１０オームである。送信線８８Ａ、８８Ｂを設ける例を図４のＲＯＡ６０のためのＰＣＢ６２の拡大図である図６に例示している。この図では、フォトダイオード７０に対するパッド８９と、プロトコルチップ７８に対するパッド９１とが互いから遠隔に位置付けられ、ＰＣＢ６２内のＰＣＢトレースとして設けられた送信線８８Ａ、８８Ｂを通して結合されている。例えば、フォトダイオード７０は、プロトコルチップ７８内のＴＩＡ回路７６から少なくとも０．１ｍｍ又は約０．１ｍｍ離して設置することができる。インピーダンスを制御し、キャパシタンスを低減又は排除して、例えば、５Ｇｂｐｓ又はそれよりも多い高帯域幅作動に向けて低いＲＣ時定数を与えるために、送信線８８Ａ、８８Ｂに沿って誘導成分及び容量成分を与えることができる。一実施形態において、フォトダイオード７０と差動ＴＩＡ回路７６の間の最大エネルギ伝達を可能にするために、送信線８８Ａ、８８Ｂの送信インピーダンスＺ2も、差動ＴＩＡ回路７６の高ＴＩＡ入力インピーダンスＺ1に対してインピーダンス整合されるか又は実質的にインピーダンス整合される。実質的なインピーダンス整合は、送信線８８Ａ、８８Ｂの送信インピーダンスＺ2が、差動ＴＩＡ回路７６のＴＩＡ入力インピーダンスＺ1の５０パーセント（５０％）以内にあること又はその逆を可能にすることができる。インピーダンス整合は、送信線８８Ａ、８８Ｂ上のいずれかの共鳴を最小にする。差動ＴＩＡ回路７６のＴＩＡ入力インピーダンスＺ1は、フォトダイオード７０から受信される光パワーの量を最適化するように設計することができ、この設計は、ＲＯＳＡ内の低入力インピーダンスＴＩＡ設計では通常的な光減衰器の必要性を許すことができる。
【００３８】
差動ＴＩＡ回路７６内に高いＴＩＡ入力インピーダンスＺ1を与えることにより、差動ＴＩＡ回路７６のＲＣ時定数を更に低減してＲＯＡ６０の帯域幅性能を高めることが望ましい場合がある。この点に関して、フォトダイオード７０のキャパシタンスＣ1を最小にするために、フォトダイオード７０の作動領域のサイズを小さいサイズに選択することができる。非限定的な例として、フォトダイオード７０のキャパシタンスＣ1は、０．６ピコファラッド（ｐｆ）の間にあるとすることができる（すなわち、５０オームのＴＩＡ入力インピーダンスＺ1及び１０Ｇｂｐｓのデータレートにおいて）。より小さいフォトダイオード７０を設けることにより、受信側光ファイバ６６Ｒ（図４を参照されたい）を通して受信される入力光信号の受信に対してより小さい円錐しか与えられず、従って、より少ない受信光パワーしか電気信号に変換されない。非限定的な例として、フォトダイオード７０の開口は、８０μｍの光ファイバ心線に対して約１００μｍから下方に約５０μｍ又は２５μｍまで変化するようなサイズのものとすることができる。例えば、フォトダイオード７０による光パワー出力は、非限定的な例として０．２７ｍＡとすることができる。しかし、少ない光パワー変換は、短距離アクティブ光ファイバＵＳＢケーブル６８などに使用される際にはＲＯＡ６０に対して許容可能にすることができる。短距離アクティブ光ファイバＵＳＢケーブル６８では、受信側光ファイバ６６Ｒを通じた判別可能な光損失は存在しない場合がある。従って、フォトダイオード７０によって供給される電気信号の信号対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比は、それにも関わらずＲＯＡ６０に対して許容可能である場合がある。
【００３９】
図５への参照を続けると、差動ＴＩＡ回路７６は、各々が送信線８８Ａ、８８Ｂ内の１つの送信線に結合された２つの差動入力ノード８７Ａ、８７Ｂを有する差動ＴＩＡである。送信線８８Ａ、８８Ｂの各々は、差動ＴＩＡ回路７６から遠隔に配置されたフォトダイオード７０のそれぞれのノード９０Ａ、９０Ｂに結合される。フォトダイオード７０のノード９０Ａ、９０Ｂを送信線８８Ａ、８８Ｂに接続するために、接合ワイヤ９３Ａ、９３Ｂを使用することができる。更に、この実施形態において、差動ＴＩＡ回路７６は、出力差動増幅器９４を駆動する２つのシングルエンド入力ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂを含む。ＴＩＡ  ９２Ｂは、接地ＧＮＤに接続した正の入力端子９６Ｂを有し、ＴＩＡ  ９２Ａは、電源９８に接続した正の入力端子９６Ａを有し、それによってフォトダイオード７０の両端に電源９８の電位がかけられる。フォトダイオード７０を逆バイアス作動状態に置き、フォトダイオード７０の固有キャパシタンスを低減してＴＩＡ  ９２Ａ、９２ＢのＲＣ時定数を最小にするために、ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂの負の入力端子１００Ａ、１００Ｂは、送信線８８Ａ、８８Ｂに接続した異なる入力ノード８７Ａ、８７Ｂを通してフォトダイオード７０に結合される。
【００４０】
図５への参照を続けると、フィードバック抵抗ＲF1、ＲF2それぞれにより、ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂそれぞれのトランスインピーダンス利得が設定される。ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂそれぞれの負の入力端子１００Ａ、１００ＢにおけるＴＩＡ入力インピーダンスＺ1は、フィードバック抵抗ＲF1、ＲF2それぞれと、ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂの周波数特性に対する増幅器利得と、入力電気信号の周波数とによって設定される。一実施形態において、ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂの入力ＴＩＡインピーダンスＺ1は、送信線８８Ａ、８８Ｂの送信インピーダンスＺ2に対してインピーダンス整合されるか又は実質的にインピーダンス整合される。それによってＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂとフォトダイオード７０の間の送信線８８Ａ、８８Ｂ上の共鳴がパルス歪みをもたらすことが低減又は抑制される。
【００４１】
図５への参照を続けると、フォトダイオード７０によって受信された入力光信号の電気信号表現を表す出力電気信号を差動ＴＩＡ出力ノード１０６において生成するために、出力ノード１０２Ａ、１０２Ｂは、出力差動増幅器９４に差動入力ノード１０４Ａ、１０４Ｂへの入力として結合される。送信線８８Ａ、８８Ｂ上で誘起される環境ノイズは、出力差動増幅器９４内で共通モード除去によって互いに相殺されるか又は互いに実質的に相殺されることになる。それによって差動ＴＩＡ回路７６を高いノイズ不感性を有するものにし、必要に応じて又は望ましい場合にＲＯＡ６０内の他のノイズ回路の直近に置くことが可能になる。例えば、環境ノイズは、スイッチング電源とすることができるフォトダイオード７０への電源１０７から結合される寄生キャパシタンス１０５Ａ、１０５Ｂをもたらす可能性がある。共通モード除去を用いない図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０は、スイッチング電源を含むパッケージ又はアクティブ光ケーブル内に使用することができない可能性がある。別の例として、電源１０７内の電流によって与えられる磁界１０９が、アンテナとして作用する送信線８８Ａ、８８Ｂに誘導結合される可能性がある。差動ＴＩＡ回路７６の共通モード除去は、そうでなければ帯域幅性能を悪化させずには不可能である可能性があるスイッチング電源のＲＯＡ６０との併用を可能にすることができる。別の例として、外来ＲＦ信号を受信する送信線８８Ａ、８８ＢからＲＯＡ６０内にノイズが挿入される可能性がある。
【００４２】
図５への参照を続けると、２つのＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂの追加のノイズフロア（例えば、＋３ｄＢ）があったとしても、ＲＯＡ６０の短距離用途は低い損失及び十分な光パワーレベルを可能にするので、差動ＴＩＡ回路７６内に差動増幅器を設けることは、ＲＯＡ６０に対して許容可能である。外来ＲＦ信号ノイズに対して不感性を有するか又は実質的に不感性を有するために、フォトダイオード７０と、送信線８８Ａ、８８Ｂのうちでプロトコルチップパッケージ８４内に延び込まない少なくとも一部分とをＲＦシールドする必要がないので、共通モード除去を使用する差動ＴＩＡ回路７６内に差動増幅器を設けるというこの回路特徴は、ＲＯＡ６０のコストを節約することができる。ＲＯＡ６０内に外来誘導ノイズを低減するための例えばＲＦシールド等の追加の構成要素又は特徴を必要とせずに差動ＴＩＡ回路７６によって実施される共通モード除去のおかげで、差動ＴＩＡ回路７６内への差動増幅器配置は、送信線８８Ａ、８８Ｂ上により多くのノイズが存在することを許容する。差動ＴＩＡ出力ノード１０６上に出力差動増幅器９４によって供給された出力電気信号は、プロトコル回路１０８の入力ノード１１２に供給され、プロトコル回路１０８は、出力差動増幅器９４によって差動ＴＩＡ出力ノード１０６上に発生させた出力電気信号を望ましいプロトコル（例えば、ＵＳＢ）に変換するように構成することができる。
【００４３】
要約すると、ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂは、図２及び図３の従来のＲＯＳＡ２０又は他のＲＯＳＡ上には与えられない固定のＴＩＡ入力インピーダンスＺ1を有するように設けられる。ＲＯＳＡのためのＴＩＡは、一般的に、フォトダイオードキャパシタンスとの関連で可能な最も低い入力ＲＣ時定数を与えるために、低入力インピーダンスを得るように設計される。図５のＲＯＡ６０の場合に、これらの従来設計の特徴は意図的に無視され、１つの用途例として、短距離アクティブ光ケーブルの利点に関して慣習にとらわれない見識が使用される。上述のように、フォトダイオード７０をＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂから遠隔に配置するために、送信線８８Ａ、８８Ｂの送信インピーダンスＺ2に対してインピーダンス整合することができる高い固定ＴＩＡ入力インピーダンスＺ1を与えることにより、低入力インピーダンスは犠牲にされる。送信線８８Ａ、８８Ｂに存在する可能性がある寄生接合ワイヤインダクタンス１０９Ａ、１０９Ｂの効果を更に低減してＲＣ時定数を更に低減するために、図５に示すように、補償コンデンサー１１０Ａ、１１０Ｂを設けることができる。補償コンデンサー１１０Ａ、１１０Ｂのキャパシタンスは、寄生インダクタンス１０９Ａ、１０９ＢをＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂの入力インピーダンスで割ったものに実質的に等しい。送信線８８Ａ、８８Ｂ内のキャパシタンスをオフセット又は低減するために、図５のＲＯＡ６０内に補償誘導子を設けることができることにも注意されたい。送信インピーダンスＺ2をＴＩＡ入力インピーダンスＺ1とインピーダンス整合することを試みるか、又はそうでなければ送信インピーダンスＺ2の望ましいインピーダンスを与えるために、余分なキャパシタンス又はインダクタンスを補償するように送信線８８Ａ、８８Ｂのインダクタンス又はキャパシタンスのいずれかを修正することができる。
【００４４】
図５への参照を続けると、ＲＯＡ６０の構成要素は、ＲＯＡ６０が内部に設けられたアクティブ光ケーブルの内側の電源１０７を含むいずれかの電圧供給源からの容量結合が実質的に均衡化され、それによってＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂによって増幅される誘起電圧が出力差動増幅器９４によって相殺されるように物理的に設けることができる。同様に、磁束１０９が接合ワイヤ９３Ａ、９３Ｂに対して実質的に均衡化され、それによってＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂによって増幅される誘起電流が出力差動増幅器９４によって相殺されるように、電源１０７を含む誘導磁束源は、ＲＯＡ６０を含むアクティブ光ケーブル内に設置することができる。ＲＯＡ６０内に誘起される電源１０７からのあらゆるノイズが出力差動増幅器９４によって相殺されるか又は実質的に相殺されることになる同一又は実質的に同一の信号を出力ノード１０２Ａ、１０２Ｂ上に生成するように、ＴＩＡ  ９２Ａ、９２Ｂは、同一又は実質的に同一であるように内部構成することができる。
【００４５】
以上の説明及びそれに関する図面内に提供した教示の利点を有する実施形態が属する本明細書に示す実施形態の多くの修正及び他の実施形態は、当業者には想起されるであろう。従って、本明細書及び特許請求の範囲は、開示した特定の実施形態に限定すべきではなく、修正及び他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれるように意図されることは理解されるものとする。これらの実施形態は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲に収まる限り、これらの実施形態の修正及び変形を網羅するように意図している。本明細書では特定の用語を用いたが、これらの用語は、限定目的ではなく、一般的かつ説明的な意味においてのみ用いたものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月24日(2015.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ヘッダパッケージに設けられ、入力光信号を検出して出力電気信号に変換するように構成された光検出器と、
前記光学ヘッダパッケージから遠隔に配置された集積回路に設けられ、第１の差動入力ノードと第２の差動入力ノードを備え、該第１の差動入力ノード及び該第２の差動入力ノードにわたる共鳴効果を低減するために少なくとも１０オームのＴＩＡ入力インピーダンスを有する差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路と、
前記第１の差動入力ノードに結合された第１の送信線と前記第２の差動入力ノードに結合された第２の送信線とで構成された送信回路と、
前記光検出器を前記差動ＴＩＡ回路に結合して該光検出器から受信した前記出力電気信号を増幅するために前記第１の送信線に結合された該光検出器の第１のノード及び前記第２の送信線に結合された該光検出器の第２のノードと、備えている、
ことを特徴とする受信機光学アセンブリ（ＲＯＡ）。
【請求項２】
前記差動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路は、前記光検出器から少なくとも約１．０ミリメートル（ｍｍ）だけ遠隔に配置される配置されることを特徴とする請求項１に記載のＲＯＡ。
【請求項３】
前記差動ＴＩＡ回路の前記ＴＩＡ入力インピーダンスは、約１０（１０）オームと２００（２００）オームの間である、
請求項１又は２に記載のＲＯＡ。
【請求項４】
前記送信回路が、ＰＣＢに設けられた少なくとも１つのＰＣＢトレースとして設けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）上に設けられる、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項５】
前記光検出器の寄生インダクタンスを低減するために該光検出器の前記第１のノード及び前記第２のノードのうちの少なくとも一方に結合された少なくとも１つの補償コンデンサー、又は該光検出器の寄生キャパシタンスを低減するために該光検出器の該第１のノード及び該第２のノードのうちの少なくとも一方に結合された少なくとも１つの補償誘導子を更に備えている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項６】
前記差動ＴＩＡ回路は、
前記第１の送信線に結合された前記第１の差動入力ノードを含む第１のＴＩＡ、及び
前記第２の送信線に結合された前記第２の差動入力ノードを含む第２のＴＩＡ、を更に備えている、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項７】
前記出力差動ＴＩＡ回路は、前記第１のＴＩＡの第１の出力ノードに結合された第１の差動入力ノードと前記第２のＴＩＡの第２の出力ノードに結合された第２の差動入力ノードとを有する出力差動ＴＩＡを更に備え、該差動ＴＩＡ回路は、該第１のＴＩＡ及び該第２のＴＩＡによって増幅された共通ノイズを拒否するように構成される、
請求項６に記載のＲＯＡ。
【請求項８】
前記差動ＴＩＡ回路は、集積回路（ＩＣ）チップに設けられる、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【請求項９】
前記差動ＴＩＡ回路の出力信号ノードに結合された入力ノードを備え前記集積回路（ＩＣ）チップに設けられたプロトコル回路を更に備えている、
請求項８に記載のＲＯＡ。
【請求項１０】
アクティブ光ケーブルのアクティブ光ケーブルアセンブリに設けられる、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のＲＯＡ。
【国際調査報告】
2015532569.tif 000009
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2015532569.tif 000011