本發明涉及光模塊技術領域，尤其涉及一種光模塊及其設計方法。

背景技術：

目前，隨著光通訊技術的發展，單通道光纖速率由之前的1G或10G，提高到了現在的25G或28G，與之對應，為了適應高速發展的需求，光模塊(即光電轉換器)的PCB(Printed Circuit Board，印制電路板，簡稱電路板)板的電路也隨之設計為高速電路。

通常，光模塊的PCB板包括多層，分別為金屬層和設置于相鄰的金屬層中的介質層，頂層金屬層上通常布置有元器件，例如驅動芯片，以及與所述驅動芯片相連接的光芯片。在光模塊的PCB板的電路設計中，由于電路為高速電路，通常在布置有元器件的頂層金屬層的下方設置一層參考回流層，以適應信號的高速傳輸需求。在具體設置時，通常將頂層金屬層的相鄰下一層金屬層作為頂層金屬層的參考回流層。

光模塊的PCB板的高速電路在正常工作時，驅動芯片與光芯片的直流偏置電壓通常不同，導致光模塊無法正常工作，基于此，在頂層金屬層上布置元件器時，通常在驅動芯片和光芯片之間的高速信號傳輸路徑上設置一個耦合電容，用于耦合兩端的傳輸信號，從而保證光模塊的正常工作。具體設置時，通常采用兩個焊盤將耦合電容焊接于連接驅動芯片和光芯片的高速信號線的傳輸路徑上，但是由于焊盤的寬度大于高速信號線的寬度，此種設置又會導致高速信號傳輸路徑上的阻抗在焊盤處發生變化，從而影響信號的傳輸質量。

所以，現有的光模塊，其PCB板的高速信號線上連接耦合電容后，高速信號傳輸路徑上的阻抗在焊盤處會發生變化，使用效果較差。

技術實現要素：

本發明實施例的目的在于提供一種光模塊及其設計方法，以解決現有的光模塊，其PCB板的高速信號線上連接耦合電容后，高速信號傳輸路徑上的阻抗在焊盤處會發生變化，使用效果較差的問題。

為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案：

第一方面，本發明實施例提供了一種光模塊，該光模塊包括：電路板、高速信號線、驅動芯片及光芯片；所述電路板包括頂板和位于所述頂板下方的金屬層，所述金屬層為所述頂板的參考回流層；所述驅動芯片、所述高速信號線以及所述光芯片均布置于所述頂板上，所述驅動芯片和所述光芯片通過所述高速信號線相連接；所述高速信號線的傳輸路徑上布置有兩個焊盤；所述兩個焊盤之間具有絕緣間隙，所述兩個焊盤通過橋接的耦合電容電連接；所述兩個焊盤在所述金屬層中的投影區域設置有絕緣區域。

第二方面，本發明實施例提供了一種光模塊的設計方法，該設計方法包括：設置包括頂板和頂板下方的金屬層的電路板，并且將所述金屬層設置為所述頂板的參考回流層；在所述頂板上布置驅動芯片、高速信號線和光芯片，并且將所述高速信號線布置于所述驅動芯片和所述光芯片之間，用于連接所述驅動芯片和所述光芯片；在所述高速信號線的傳輸路徑上布置兩個焊盤，所述兩個焊盤之間設置絕緣間隙；在所述兩個焊盤的頂部橋接耦合電容，用于連接所述兩個焊盤；在所述兩個焊盤在所述金屬層中的投影區域設置絕緣區域。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：本發明提供了一種光模塊及其設計方法，該光模塊包括電路板，電路板包括頂板，頂板下方設置有作為頂板的參考回流層的金屬層，頂板上布置有驅動芯片和光芯片，驅動芯片和光芯片通過高速信號線相連接，高速信號線的傳輸路徑上布置有兩個焊盤，兩個焊盤的頂部橋接有耦合電容，兩個焊盤在金屬層中的投影區域設置有絕緣區域，保證了高速信號傳輸路徑上阻抗的連續性，阻抗不會在焊盤處發生突變，從而保證了光模塊較好的使用效果；此外，該光模塊中，在金屬層中設置有穿過絕緣區域的導線，導線連通絕緣區域外圍的金屬層，保證了焊盤處高速信號的回流路徑與其上方的信號路徑的對應，極大地減小了焊盤處的電磁輻射，適用性更好。

本發明實施例應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種光模塊的結構示意圖；

圖2為圖1中焊盤處的局部放大圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為本發明實施例提供的另一種光模塊的局部結構示意圖；

圖5為圖4中絕緣區域處的局部結構示意圖；

圖6為本發明實施例提供的一種光模塊的設計方法的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種光模塊及其設計方法，該光模塊的PCB板在參考回流層中，與其上方焊盤對應的區域，設置有絕緣區域，保證了高速信號的傳輸路徑上，阻抗的連續性，焊盤處的阻抗不會發生突變；此外，該光模塊的PCB板的絕緣區域中設置有保證高速信號的回流路徑與其上方的信號路徑相對應的導線，極大地減小了該光模塊的電路板中焊盤處的電磁輻射。

下面結合附圖，詳細介紹本發明的具體實施例。

如圖1和圖2所示，圖1示出的是本發明實施例提供的一種光模塊的結構示意圖，圖2示出的是圖1中焊盤處的局部放大圖。

該光模塊包括：電路板1、高速信號線2、驅動芯片3和光芯片；所述電路板1包括頂板4和位于所述頂板4下方的金屬層5，所述金屬層5為所述頂板4的參考回流層；所述驅動芯片3、所述高速信號線2以及所述光芯片均布置于所述頂板4上，所述驅動芯片3和所述光芯片通過高速信號線2相連接；所述高速信號線2的傳輸路徑上布置有兩個焊盤6；所述兩個焊盤6之間具有絕緣間隙，所述兩個焊盤6通過橋接的耦合電容7電連接，即所述兩個焊盤6的頂部橋接有耦合電容7；所述兩個焊盤6在所述金屬層5中的投影區域設置有絕緣區域8。

在具體設計時，光模塊的PCB板(電路板1)通常包括多層，且通常設置為金屬層與介質層相間的模式，即通常在頂層金屬層的下方布置一層介質層，在該介質層的下方再布置一層金屬層，依次布置，從而得到所需的PCB板。本文中，將光模塊的PCB板的頂層金屬層定義為頂板4，將頂板4下方與該頂板4相鄰的金屬層5作為頂板4的參考回流層。

頂板4通常用于布置元器件，且在實際設置時，頂板4上可以布置多個元器件，例如圖1中，頂板4上布置有一個用于實現濾波、驅動和整形等功能的驅動芯片3，一個用于將光模塊與其它設備(例如計算機主機)建立連接的金手指9，一個光芯片，光芯片可以是用于將其它設備(例如計算機主機)發送至光模塊的電信號轉換為光信號，并將轉換后獲得的光信號發送至光網絡的光發射芯片10，也可以是用于從光網絡中接收光信號，并將接收到的光信號轉換為電信號的光接收芯片11，當然，頂板上也可以布置兩個光芯片，其中一個光芯片為光發射芯片10，另一個光芯片為光接收芯片11，其中，光接收芯片11、光發射芯片10和金手指9均通過高速信號線2與驅動芯片3相連接。

具體實施時，頂板4上的元器件之間通常采用差分線進行高速信號傳輸，而差分線均為成對布置，因此，頂板4上的元器件之間采用差分線進行高速信號傳輸時，高速信號線2包括多根。光接收芯片11、光發射芯片10各自通過一對差分線與驅動芯片3相連接，金手指9通過兩對差分線與驅動芯片3相連接，即光接收芯片11和光發射芯片10與驅動芯片3之間各自布置兩根高速信號線2，金手指9和驅動芯片3之間布置四根高速信號線2。

光模塊在正常工作時，頂板4上的各個元器件工作的直流偏置電壓通常不同，為了避免燒毀元器件，通常不可以直接連通兩個元器件，亦即不可以直接采用高速信號線2連通兩個元器件，需要在高速信號線2上連接耦合電容7，通過耦合電容7耦合該耦合電容7兩端的信號，以實現兩個元器件之間的信號傳輸。當頂板4上用于連接元器件的高速信號線2包括多根時，需要在每一根高速信號線2上連接一個耦合電容7，具體設置時，耦合電容7無法直接布置于頂板4上，需要通過焊盤6將其焊接于頂板4上，因此，需要在每一根高速信號線2的傳輸路徑上布置兩個焊盤6，為了避免將相應的兩個元器件直接連通，導致元器件燒毀，兩個焊盤6之間需要設置絕緣間隙，之后將耦合電容7焊接于這兩個焊盤6的頂部即可。

通常，高速信號由一個元器件傳輸至另一個元器件的過程中，該高速信號的傳輸路徑上存在一定的阻抗，阻抗的大小與該傳輸路徑中單位長度上的電容有關，在其它條件不變的情況下，該傳輸路徑中單位長度上的電容越大，阻抗就越小。而傳輸路徑中單位長度上的電容的大小與該電容的兩個極板的正對面積有關，即與頂板4中用于傳輸該高速信號的導體和參考回流層中的導體的正對面積有關，在其它條件不變的情況下，頂板4中用于傳輸該高速信號的導體與參考回流層中的導體的正對面積越大，傳輸路徑中單位長度上的電容就越大。由此可知，在其它條件不變的情況下，頂板4中用于傳輸高速信號的導體與參考回流層中的導體的正對面積越大，高速信號的傳輸路徑上的阻抗就越小。

結合上述論述可知，采用焊盤6在任意一根高速信號線2上連接耦合電容7后，由于焊盤6的寬度通常大于高速信號線2的寬度，導致焊盤6和耦合電容7與金屬層5(參考回流層)的正對面積比高速信號線2與金屬層5的正對面積大，在其它條件沒有發生變化的情況下，高速信號傳輸路徑上焊盤6和耦合電容7處的電容比高速信號線2處的電容大，導致焊盤6和耦合電容7處的阻抗比高速信號線2處的阻抗小，亦即在高速信號的傳輸路徑上，阻抗在焊盤6和耦合電容7的位置發生突變，造成高速信號在焊盤6處發生反射，引起高速信號的完整性問題。

為了解決上述高速信號的完整性問題，本發明實施例提供的光模塊的結構進行了如下設置：對于每根高速信號線2上設置的兩個焊盤6，在這兩個焊盤6在金屬層5中的投影區域中確定一個區域，挖掉該區域內部包圍的金屬層，將該區域設置為一個絕緣區域8，這樣，焊盤6和耦合電容7與金屬層5的正對面積即可減小，當該絕緣區域8的面積滿足下述條件時：兩個焊盤6和耦合電容7的面積之和減去焊盤6和耦合電容7重合部位的面積，得到的差值再減去目標長度的高速信號線2的面積，最后生成的差值為絕緣區域8的面積的值，其中，目標長度為沿著高速信號的傳輸方向，從其中一個焊盤6的起始至另一個焊盤6的結尾處的長度，此種情況下，焊盤6和耦合電容7與金屬層5的正對面積可調整至與高速信號線2與金屬層5的正對面積相同的狀態，使得高速信號的傳輸路徑上焊盤6和耦合電容7處的電容與高速信號線2處的電容最大程度的趨于相等，從而使得高速信號的傳輸路徑上焊盤6和耦合電容7處的阻抗與高速信號線2處的阻抗也最大程度的趨于相同，阻抗不會在焊盤6處發生突變，也就不會出現高速信號的完整信問題。在具體實施過程中，絕緣區域8可以設置為任意形狀，例如：正方形、矩形、多邊形等，為了使高速信號的傳輸路徑上焊盤6和耦合電容7處的阻抗與高速信號線2處的阻抗最大程度的趨于相同的狀態，通常將絕緣區域8的形狀設置為矩形。

由前述可知，頂板4上的元器件之間通常采用差分線進行高速信號的傳輸，即兩個元器件之間的高速信號線2通常成對布置，例如，布置于頂板4上的驅動芯片3和光芯片(光發射芯片10或光接收芯片11)之間通過一對差分線相連接，即驅動芯片3和光芯片(光發射芯片10或光接收芯片11)之間布置有一對高速信號線2，布置于頂板4上的金手指9和驅動芯片3之間通過兩對差分線相連接，即金手指9和驅動芯片3之間布置有兩對高速信號線2，每對高速信號線2包括兩根高速信號線2。這樣，在驅動芯片3和光芯片(光發射芯片10或光接收芯片11)之間以及在金手指9和驅動芯片3之間設置耦合電容7時，針對每對高速信號線2設置兩個耦合電容7，每根高速信號線2上設置一個。具體設置時，針對布置于驅動芯片3和光芯片之間的一對高速信號線2，其上的兩個耦合電容7可以設置于距離驅動芯片3(或光芯片)相同的位置，即這對高速信號線2中的一根高速信號線2上設置的耦合電容7距離驅動芯片3(或光芯片)的距離與另一根高速信號線2上設置的耦合電容7距離驅動芯片3(或光芯片)的距離相同；此外，還可以將這對高速信號線2上的耦合電容7設置于距離驅動芯片3(或光芯片)不同的位置，即這對高速信號線2中的一根高速信號線2上設置的耦合電容7距離驅動芯片3(或光芯片)的距離與另一根高速信號線2上設置的耦合電容7距離驅動芯片3(或光芯片)的距離不同。在金手指9和驅動芯片3之間的高速信號線2上布置耦合電容7時可參考上述在驅動芯片3和光芯片之間的高速信號線2上布置耦合電容7的方式，此處不再詳述。

與上述耦合電容7的設置相應，在金屬層5中設置絕緣區域8時，針對每對高速信號線2，在其中每根高速信號線2上布置的兩個焊盤6在金屬層5中的投影區域中均需設置一個絕緣區域8。對于驅動芯片3和光芯片之間的一對高速信號線2，如果這對高速信號線2上的耦合電容7設置于距離驅動芯片3(或光芯片)不同的位置，則在每根高速信號線2上布置的兩個焊盤6在金屬層5中的投影區域中各自設置一個絕緣區域8；如果這對高速信號線2上的耦合電容7設置于距離驅動芯片3(或光芯片)相同的位置，則可以在每根高速信號線2上布置的兩個焊盤6在金屬層5中的投影區域中各自設置一個絕緣區域8，也可以在這對高速信號線2上布置的四個焊盤6在金屬層5中的投影區域中設置兩個相互連通的絕緣區域8，即在這四個焊盤6在金屬層5中的投影區域中只設置一個絕緣區域8，并將該絕緣區域8的面積設置為能夠使這對高速信號線2對應的高速信號的傳輸路徑上的阻抗不會發生突變的狀態，具體設置可參考前述內容，此處不再詳述。

參考圖3，圖3是圖2的俯視圖，由圖3可知，在金屬層5(參考回流層)中設置絕緣區域8后，在該絕緣區域8的位置，高速信號的回流路徑發生變化，未在金屬層5中設置絕緣區域8時，高速信號的回流路徑位于其上方信號路徑A→B在金屬層5中的正投影位置，在金屬層5中設置絕緣區域8后，高速信號的回流路徑變為路徑C→D，高速信號的回流路徑發生變化后，頂板4上高速信號的信號路徑(電流路徑)與金屬層5中高速信號的回流路徑所形成的交變磁場的電磁輻射范圍增大，增大了對周圍其它電路的電磁干擾。

為了減小上述電磁干擾，本發明實施例提供的光模塊的結構進行了如下設置：在每個絕緣區域8中，設置一根穿過該絕緣區域8的導線12，導線12連通該絕緣區域8外圍的金屬層5，其延伸方向與其上方頂板4中相應高速信號線2的延伸方向相同。參考圖4和圖5，圖4示出的是本發明實施例提供的另一種光模塊的局部結構示意圖，圖5示出的是圖4中絕緣區域處的局部結構示意圖。圖4中，導線12由絕緣區域8的E端穿過該絕緣區域8，至該絕緣區域8的F端，其延伸方向與其上方頂板4中相應的高速信號線2的延伸方向相同，由圖5可知，該導線12連通該絕緣區域8的E端緊鄰的金屬層5和絕緣區域8的F端緊鄰的金屬層5，使得高速信號的回流路徑變為沿著該導線12從E端流向F端。具體設置時，為了最大程度的減小上述電磁干擾，通常將導線12設置于其上方相應高速信號線2的延長線在金屬層5中的正投影位置，即導線12與其上方相應高速信號線2的延長線在金屬層5中的正投影相重合。如果某一對高速信號線2的下方只設置一個絕緣區域8，則需要在這個絕緣區域8中設置兩根導線12，即在每根高速信號線2的延長線在金屬層5中的正投影位置設置一根導線12。

在每個絕緣區域8中設置導線12，可以采用如下方式實現：在金屬層5中設置絕緣區域8時，預留導線12所在位置的金屬層5，只挖掉導線12周圍的金屬層5即可。具體設置導線12時，在工藝允許范圍內，將導線12的寬度設置為工藝可實現的最小值，例如：將導線12的寬度設置為4～8mil(密耳)，優選為4mil。

本發明實施例提供的光模塊，通過在其電路板的參考回流層中，與其上方高速信號線相對應的區域設置絕緣區域，保證了高速信號的傳輸路徑上阻抗的連續性，焊盤處的阻抗不再發生突變；另外，該光模塊的PCB板中，在每個絕緣區域中設置了一根導線，連通了絕緣區域外圍的金屬層，保證了高速信號的回流路徑與其上方的信號路徑的對應，極大地減小了該光模塊的PCB板中焊盤處的電磁輻射，進而減小了對周圍其它電路的電磁干擾。

如圖6所示，圖6示出的是本發明實施例提供的一種光模塊的設計方法的流程示意圖，該設計方法包括：

步驟101、設置包括頂板和頂板下方的金屬層的電路板，并且將所述金屬層設置為所述頂板的參考回流層。

具體實施時，可以將光模塊的PCB板設置為多層，將位于頂部的金屬層設置為頂板，頂板緊臨下方設置介質層，該介質層緊鄰下方設置金屬層，將該金屬層作為頂板的參考回流層。

步驟102、在所述頂板上布置驅動芯片、高速信號線和光芯片，并且將所述高速信號線布置于所述驅動芯片和所述光芯片之間，用于連接所述驅動芯片和所述光芯片。

步驟103、在所述高速信號線的傳輸路徑上布置兩個焊盤，所述兩個焊盤之間設置絕緣間隙。

步驟104、在所述兩個焊盤的頂部橋接耦合電容，用于連接所述兩個焊盤。

步驟105、在所述兩個焊盤在所述金屬層中的投影區域設置絕緣區域。

進一步，絕緣區域的形狀可以隨意設置，通常將絕緣區域的形狀設置為矩形。

進一步，該設計方法還包括：在所述金屬層中布置穿過所述絕緣區域的導線；所述導線連通所述絕緣區域外圍的金屬層，其延伸方向與所述高速信號線的延伸方向相同。

進一步，導線與其上方頂板上的相應高速信號線的延長線在所述金屬層中的正投影相重合。具體設置導線時，在工藝允許范圍內，盡量將導線的寬度設置為工藝可實現的最小值，例如，將導線的寬度設置為4～8mil(密耳)，優選為4mil。

具體實施時，本發明提供的光模塊的設計方法中，每一個步驟的具體實現方式，均可參考上述光模塊的實施例，此處不再詳述。

采用本發明實施例提供的光模塊的設計方法，能夠設計出上述光模塊，即采用該設計方法獲得的光模塊，其電路板的焊盤處的阻抗不會發生突變，并且焊盤處的電磁輻射也較小，適用性更佳。

本說明書中的各個實施例采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。需要說明的是，在本文中，諸如“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上僅是本發明的具體實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。