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電互連與光互連的比較分析

2015-05-14 08:50:32 Author:admin Hits:1385
隨著時代的發展科技的進步,電互連在物理性能方面上的局限性已經越來越明顯,光互連已經登上了新一代PCB的歷史舞臺,其涉及到的主要內容有光波導材料、光波導的制作方法、低成本光電元件以及光組裝等。而且,以上的技術必須與傳統的PCB設計、制造、加工和配合精度相兼容。同樣,作為PCB設計的逆向過程的PCB抄板,也需要對各類PCB基板與材料類型有初步...
隨著時代的發展科技的進步,電互連在物理性能方面上的局限性已經越來越明顯,光互連已經登上了新一代PCB的歷史舞臺,其涉及到的主要內容有光波導材料、光波導的制作方法、低成本光電元件以及光組裝等。而且,以上的技術必須與傳統的PCB設計、制造、加工和配合精度相兼容。同樣,作為PCB設計的逆向過程的PCB抄板,也需要對各類PCB基板與材料類型有初步的了解。
  
一、光電印制電路的板的光互連結構原理
  光電印制電路板用高速的光連接技術取代目前計算機中所采用的銅導線連接,以光子而不是以電子為媒介,在電路板、芯片甚至芯片的各個部分之間傳輸數據。同時還可以傳送傳統的效率低的電信號,其基本工作原理為:
  大規模的集成芯片產生的電信號經過驅動芯面作用VSCEL激光發射器,激光束直接或通過透鏡傳輸到有45°鏡面的聚合物波導反射進入波導中,然后通過另一端波導鏡面反射傳送到PD接收,再經過接收芯片轉換成電信號傳輸給大集成芯片。這樣使得芯片與芯片之間能通過光波導高速通訊,從而整體提高系統性能。
  該PCB的制作與傳統的PCB制作流程兼容,只是把聚合物波導當成PCB其中銅的特性。
  二、光學PCB的優點
  前面有提到,銅連線的數據傳輸率受到其寄生參量電阻、電感和電容的影響。在低頻段,電路板的串接電阻和旁路電容對性能的影響很大,直接決定上升沿和下降沿的轉換時間,從而影響數據的傳輸速率;在高頻段,連線串接感抗影響超過電阻,最終的結果與串接電阻和旁路電容相同,限制了數據的傳輸速率。所有這些寄生參量很大程度上依賴于連線的幾何形狀,電阻正比于連線長度,反比于截面積,因此連線越長越細,則數據傳輸率越低?,F有的空間限制將不允許連線太粗。雖然在降低轉換時間方面可以采用較硬的連線,但同時加大了噪音與功耗,而且發熱量的增加將難以控制。
  相對于電互連,光互連有以下幾個特性:
  1.光互連的速度與互連通道無關;
  2.光學信號在空間可獨立傳播,彼此之間互不干擾;
  3.光學信號可以在三維自由空間傳播。
  另外,光互連可以通過空間光調節器(SLM)適當改變,而且光信號非常容易轉變成電信號。
  綜上所述,光學PCB和傳統PCB的優點對比如下:
  傳統PCB 光電PCB
  能量消耗高 較少衰減和分散,長傳導距離低能消耗
  互連密度受制于EMI 互連不受EMI影響,無地層或參考平面
  低針密度(小于50針/in) 大針密度
  直接調制或GHz載波調制 THz載波調制
  較小帶寬 很大帶寬
  難于控制反射 易于控制過反射
  三、光電PCB發展的三個時代
  第一代:在PCB上分散纖維光芯片-芯片互連和板-板互連
  發展于20世紀90年代初,主要使用分離式光纖及光纖連接器來進行摸組與摸組之間或摸組與元器件之間的互換,為目前大型主機所廣泛采用。由于結構簡便,因此可提供較低廉的點對點光連接。

  由于采用單膜(Discrete)光纖在載板內的光互連,這種形式的光互連,是過去已采用的光纖通信技術的一種衍生。因此它比較容易實現將光通信信號由一點傳遞到另一點的定向傳送方式。
  第二代:撓性基板光連接技術
  發展于20世紀90年代中期,利用撓性基板進行光纖分布,同樣的,該技術可以應用于如前所述的連接器進行點對點的光連接。撓性光波導薄板構成光信號網絡,是光波導線路產品的形式和技術的第二發展階段的最突出特點。有光纖代替了金屬絲線。這樣對于它的特點,是以撓性材料作為固定的載體,實現撓性光纖的光信號傳送。在配線中的特性阻抗高精度的控制方面,它比原有電氣配線形式特有了明顯的改善。
  第三代:混雜式光電連接技術
  根據埋入式材料和結構的特點,大概可以分為以下四種技術:表面型高分子波導、埋入式高分子波導、埋入式光纖技術和埋入式光波導玻璃。與前兩種最大的區別是此技術可以提供多回路的光波導,而且可以與有源及無源元件進行連接。第三代的光波導線路方式,是以現有印制電路板與光傳送線路形成一體化的光電印制電路板。實現這種復合化的優點在于:在板上能夠有比初期階段引入光纖配線形式具有更高的光傳送線路的布線密度。同時還實現了光電轉換元件等的自動化安裝。在PCB內的光傳送通路使用材料方面的開發動向,采用了低傳送損失、高耐熱性的高聚物作為光波導線路材料。

 

 
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