第 4 章 40 Gbit/s EML 送信 ュー
4.1 緒言
通信容量拡大 伝送速度 40 Gbit/s 動作 光送信 ュー 小型化要求 あ ．伝送速度 40 Gbit/s 良好 光送信波形を得 電気信号 劣化を極力抑 制 必要 あ ，従来 ッ ー 採用さ [1]．し し，こ 構 造 同軸 ー 電気信号源 接続 必要 構造 あ 小型化 しい．
，Box ッ ー を適用 検討 行わ い ．し し，Box ッ ー を使用 場合従来 ッ ー 電気信号 反射 発生し易く，伝送速度40
Gbit/s 用途 け Box ッ ー 適用 妨 い ．こ 課題を解決
く，Box ッ ー ン ー 基板間を広い帯域を有 コネ を使用 方 式 提案さ い [2, 3]． ，Box ッ ー FPC (Flexible Printed Circuit) 接続 部 い ，電気信号 反射を抑制し 構造 提案さ い [4]．特殊 コネ を使 用 ，電気 ン ェー を FPC 構成 こ 光送信 ュー コ 観 点 非常 有意義 あ ．本章 FPC ン ー 基板 接続部 い 新 規 接続構造を提案し，電気信号 反射を抑制 こ を示 ． ，考案し 構造
を適用し 送信 ュー 伝送速度40 Gbit/s 動作 可能 こ を実証 ．
本章 4.2節 40 Git/s送信 ュー 構造 動作 い 説明 ．4.3節 従
来構造 FPC PCB (Printed Circuit Board) 接続部 け 電気信号 反射 い
説明し 後，反射を 減 新規構造 い 述 ．4.4節 3層構造を有 FPC 設計 い 述 ，4.5 節 試作及び評価結果 い 示 ．最後 4.6節 本章
を記載 ．
4.2 40 Gbit/s 光送信 ュー 構成
4.1 Box ッ ー を用い 光送信 ュー を示 ．Box ッ ー FPC
取 付け い ．PCB 光 ン ー 回路基板を示し
，PCB 電気信号 送信 ュー 内部 伝え ， 光信号 出 力さ 構成 ．FPC DC信号 高周波信号 両方を送信 ュー 伝え 役 割を担 ，PCB 線路 ッ ー ー ン ン 接続さ い ． ッ ー 内部 EML ペ ェ素子，高周波基板， IC 配置さ い ． EML 温度を一定 制御 ，EML ペ ェ素子 配置さ ．PCB，FPC
4.1 Box ッ ー を用い 40 Gbit/s光送信 ュー
4.2 40 Gbit/s光送信 ュー 回路
を伝搬し 電気信号を増幅 目的 ICを ッ ー 内部 配置し い ． 4.2 送信 ュー 回路 を示 ．PCB 高周波信号用 線路
ッ 線路 構成さ ，線路 特性 ン ー ン 50 あ ．FPC 同様
50 ッ 線路 構成さ ． ッ ー 内部
ッ 線路を有 高周波基板 配置さ ，高周波基板 線路 IC 金ワ 接続さ ． IC 出力さ 増幅さ 高周波信号 金ワ を介 し ， ッ ー 内部 う一 配置さ 高周波基板 ッ 線路 接 続さ ．高周波基板 線路 EML EA変調器 ワ 接続さ ． ，
EA近傍 終端抵抗 並列 配置さ ．
4.3 FPC PCB 接続部 電気信号 反射 減構造
4.3 従来 FPC PCB接続部 構成を示 ．PCB 信号線路 誘電体を GND
体 信号線路 挟 込 ッ 線路 形成さ ．FPC 同様
ッ 線路 形成さ ，電気信号 ッ 線路を伝搬し，
イクロ ス ップ
線路
イクロ ス ップ
線路
PCB FPC ッケージ
終端抵抗 ライバIC
高周波基板 ( イクロス
ップ線路)
EML ワイ ワイ
ワイ ワイ
高周波基板 ( イクロス
ップ線路)
PCB FPC 通過 こ ．し し ，こ 構造 場合FPC PCB 接 続部 ッ 線路 構成 い． 4.4 4.3 示 FPC 斜視 あ ． 記載 C L FPC 信号線路を等価回路 表し 単 長さあ 容量 ン ン を示し い ．FPC 信号線路 PCB 信号線路を接続
，信号線路を GND 体側 引 出 必要 あ ．こ GND 一部を除去 必要 あ ，FPC PCB 接続部 い ，FPC ッ 線路 構成 い．信号線路 特性 ン ー ン 式(2.75) 線路 単 長さあ 容量 ン ン 決定 ．FPC 接続部 GND 除去さ こ 容量成分
特性 ン ー ン 大 く ．一般的 FPCやPCB
ッ 線路 特性 ン ー ン 50 設計さ ，接続部 50 特
4.3 従来 FPC PCB 接続構成
4.4 FPC 斜視
性 ン ー ン 大 く ， 線 路 特 性 ン ー ン 異 こ 式
(2.86) 電気信号 反射 発生 こ ． こ ，従来 FPC PCB 構造
程度反射 発生 計算を行 ．
4.5 計算 用い FPC PCB を示 ．FPC ッ 線路
幅 FPC 基板厚 を 0.05 mm，比誘電率を3.2 し ，式(2.88)を用い 特性 ン
ー ン 50 線路幅0.1 mm し ．PCB 線路幅 同様 ，PCB 基板厚
0.225 mm，比誘電率3.5 い ン ー ン 50 線路幅0.49 mm し ．
FPC PCB 接続部 構造 ，光通信 ュー 電気や光 ン ェー を規定
標準規格XMD-MSA[5]を準 寸法 設定し，FPC 線路幅を0.4 mm し ．
FPC PCB 接続部 複雑 電磁界分布 ，特性 ン ー ン ェ 方 程式を数値解析し ，電磁界分布を計算し 求 必要 あ ．特性 ン ー ン 計 算 市販 電磁界解析ソ あ HFSSを用い 実施し ．HFSS ェ 方 程式を有限要素法 数値解析し，S ー や ン ー ン 等を算出 こ
．
4.6 HFSS TDR(Time Domain Reflectometer) 解析結果を示 ．TDR 伝 送線路 波を入力し， 入射波 対し 発生 反射波を検出 方法 あ ， 入力部 反射波 到達 時間 反射点 置 ン ー ン を算出 こ
． 示 ッ ン 領域 ，FPC PCB 接続部 時間窓を示し い ．接 続部 特性 ン ー ン 最大 73 ， ッ 線路 特性 ン ー ン 50 高く ．
4.7 FPC PCB 接続部 け 伝送路 挿入損失 反射損失 計算結果を示
．周波数 高く 電気 反射 大 く ，挿入損失 増加 ．周波数
8 GHz以 反射 約15 dB 抑制さ い 周波数 高く 反射 大
4.5 FPC PCB接続断面
4.6 TDR 特性 ン ー ン
4.7 FPC，PCB接続部 け 電気信号 反射特性
く ，20 GHz 約7 dB，40 GHz 2.6 dB 。3 dB 帯域 (信号 伝送
路 発生 挿入損失 3 dB 周波数) 約33 GHz あ ．良好 光波形品質を
得 場合，広い周波数範 反射を く抑え，反射 信号 挿入損失を 減 こ 望 しい． こ ，FPC PCB接続部 反射特性を表 4.1 示 設計目標値 定
．伝送速度40 Gbit/s，NRZ (Non Return to Zero) 符号 信号 基本周波数 (1 ッ 45
50 55 60 65 70 75 80
0 10 20 30 40 50 60 70
時間 (ps)
イ ン ピ ー ダ ン ス ( )
接続部
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
-12 -9 -6 -3 0
0 10 20 30 40 50
周波数 (GHz)
挿入損失 (d B) 反射損失 (dB)
時間 最 短く 周波数) あ 20 GHz 帯域 反射を-20 dB 以 設定
し，40 GHz 周波数 -15 dB以 を目標 し ．
電気信号 反射を 減 接続部 け 特性 ン ー ン を 50 整 合さ 必要 あ ． こ ， 4.8 示 線路構成 特性 ン ー ン を調整
方法を考案し ．PCB FPC 線路を特性 ン ー ン 50
ッ 線路 し，接続部 ッ 線路 コ ー 線路 変換し 特性
ン ー ン 50 整合さ ．第2章 2.4.3 項 述 様 コ ー 線路 信
号線路をGND 挟 込 構造 あ ． ッ 線路 異 ，接続部 い 信号線路 GND間 距離を容易 調整 こ ，特性 ン ー ン を50 整合さ こ ．
こ 線路構成を実現 新規 考案し 3層構造 FPCを 4.9 示 ．1層 目 主 GNDを配置し ，2層目 信号線路を配置し い ．PCB FPC ン
接続さ ，信号線路 GND ン 短絡 こ を防止
表4.1 設計目標
周波数(GHz) 電気反射
～ 20 <-20 dB
～ 40 < -15 dB
4.8 線路構成
4.9 3層構造FPC 斜視
PCB FPC
イクロ ス ップ線路
イクロ ス ップ線路 接続部
コプレーナ線路
4.10 3層構造FPC 面 斜視
，3層目を設け 信号線路 GND間 距離を離し い ．
4.10 4.9を 面 見 斜視 あ ．2層目 信号線路 幅を広
こ ，信号線路を挟 込 形 配置さ GND 信号線路間 距離を狭 ，容量C
( 中 青字 記載 容量) 値を大 く こ FPC 特性 ン ー ン を 50
整合さ ．FPC PCB接続部 い PCB 構造 一部変更し ．
4.11 FPC PCB 斜視 を示 ．FPC PCB 接続部 い ，PCB GND
一部を除去し ．接続部 FPC コ ー 線路 形成さ ，
ッ 線路 形成さ PCB 接続し 場合， ッ 線路 影響を け ン ー ン し う． ，PCB GNDを除去 構造を採用し
．
4.11 FPC PCB 斜視