印制電路板電互連與光互連介紹及其對比

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(shù)據(jù)。同時還可以傳送傳統(tǒng)的效率低的電信號，其基本工作原理為：

　　大規(guī)模的集成芯片產(chǎn)生的電信號經(jīng)過驅動芯面作用VSCEL激光發(fā)射器，激光束直接或通過透鏡傳輸?shù)接?5°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(jīng)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(tǒng)性能。

　　該PCB的制作與傳統(tǒng)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(yōu)點

　　前面有提到，銅連線的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸率越低。現(xiàn)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(fā)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(jié)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(tǒng)PCB的優(yōu)點對比如下：

　　傳統(tǒng)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(fā)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(wǎng)絡，是光波導線路產(chǎn)品的形式和技術的第二發(fā)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(xiàn)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(jù)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(qū)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(xiàn)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(xiàn)這種復合化的優(yōu)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(xiàn)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(fā)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。