用於高速多通道和線路選擇器開關的方法和裝置的製作方法

2023-06-07 05:29:41 1

專利名稱：：用於高速多通道和線路選擇器開關的方法和裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及用於高速多通道和線路選擇器開關的方法和裝置。M絲在越來越多地採用並行方式的粗波分復用(CWDM)光互連的新興領域中，趨勢是在將通道速度維持在由可用的器件和集成電路技術決定的合理程度的同時，增加每個模塊中的通道數目。例如，在-種系統屮，可能要求以高達10Gb/s的速度運行48通道的模塊。在這樣的模塊中，通道通常安排成四個12通道的組，各個組工作於不同的波長處。對具有許多高速通道的系統進行測試和評估帶來了一個問題。在通常的傳統力-法中，每個通道分別進行處理。對這種通常的傳統方法進行擴展要求測試結構使用大量高速電纜、連接器、終端、大的評估板以及相當數量的工吋用於測試和評估。因此，希望從通常的傳統方法轉變到例如使用緊湊的板上元件的更加集成化的方法，能夠在測量時選擇通道的子集並同時使其餘通道適當端接。這可以大大降低所需的高速電纜和元件的數量，降低測試結構的複雜度。這樣的集成測試方法的中心是易於從多個高速通道中選擇一個或多個通道的開關。一種易於進行通道選擇的開關是美國專利申請No.10/627317中公開的高速通道選擇器開關(HCSS)，該申請通過引用而結合於此。HCSS通常由兩個單元一靜止單元100和旋轉單元200組成，這兩個竿.元分別如圖1和圖2所示。高速通道焊盤120以圓形樣式沿圓形125分布，高速通道電結合到每個高速通道焊盤120。旋轉單元200具有與靜止單元100匹配的焊盤結構，使得當旋轉單元200適當地配合到靜止單元100吋，旋轉單元200上的外部焊盤220和靜止單元100上的高速通道焊盤120—一對應。將導體球或凸出物置於靜止單元100上可以得到高速連接。在旋轉單元200上，各外部焊盤220除了一個以外都由較短段的傳輸線250端接到適當的負載或阻抗。餘下的那個外部焊盤220由傳輸線225電結合到屮心處的焊盤240。這樣可以在選擇一個通道的同時將其他所有的通道適當地端接到終端阻抗275。注意旋轉單元200的若干部分260保持接地。通過使旋轉單元200旋轉適當的量，可以選擇任一高速通道。但是，HCSS開關一次只能選擇一個通道，這對於某些測試應W可能是個問題。例如，在包括差動發送信號和兩條線路的應用中，使用HCSS開關-次只能監視一條線路。因此，使用一個HCSS開關不能同時對兩條線路進行監視。另外，HCSS要求的機械公差不容易實現。由於焊盤140和240分別位於靜止單元100和旋轉單元200的中心處，所以定位特徵例如定位銷就不能位於中心處。機械外殼通常具有幾個部分，旋轉部分、靜止部分和夾緊部分。中心處不能用於對這些部分進行定位通常使堆疊公差以及:^除對機械外殼的鎖定時允許旋轉單元以固定的增量ia行旋轉:為了允許大的堆疊公差就需要使用更大的焊盤140和240，但這樣會因為伴隨焊盤尺寸增大而來的焊盤電容增大而使高速性能降低。
發明內容根據本發明，通過引入適當的高速焊盤連通關係，取消了中心的島速焊盤，從而消除了只能選擇單-通道的限制，使得可以同時選擇差動通道的兩條線路並可以同時選擇多個通道。此外，通過使用高速多通道線路選擇器開關(HMCSS)消除了對旋轉單元和靜止單元中心處的卨速焊盤的需求，使旋轉單元與靜止單元之間的對準公差可以更小。圖1^出來自現有技術的HCSS靜止單元。圖2示出來自現有技術的HCSS旋轉單元。圖3A示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS靜止單元。圖3B示出根據本發明的一種實施例中HMCSS靜止單元的截面。圖4A示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS旋轉單元。圖4B示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS單元的分解視圖。圖4C示出根據本發明的一種實施例屮的HMCSS旋轉單元的截面。圖5示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS靜止單元。圖6示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS旋轉單元。圖7示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS靜止單元。圖8示出根據本發明的一種實施例中的HMCSS旋轉單元。圖9示出根據本發明的一種實施例中的評估板。具鵬髒《根據本發明的實施例示於圖3A中。圖3A中，HMCSS450(見圖4B)的HMCSS靜止單元300被表示為具有九個輸入通道，但是輸入通道的數目可以比九個更多或更少。為了簡化討論，對根據本發明的HMCSS的說明是針對從多條輸入線路中選擇一條或多條線路的情況進行的，但是，HMCSS也可以反過來工作，使一條或多條輸入線路通到從多條輸出線路中選擇的線路。參考圖3A，每個輸入通道由輸入線路351電結合到HMCSS靜止單元300的高速焊盤311-319之。高速焊盤311-319通常以圓形樣式均勻分布在內圓321上。高速焊盤301-309通常以圓形樣式均勻分布在外岡331上。外部高速焊盤301-309之一，例如高速焊盤301，由輸出線路352電結合到輸出通道，而其餘的外部高速焊盤，例如高速焊盤302-309適當地端接到輸出線路353上的負載。根據本發明的實施例，內部高速焊盤31N319中任意一個都可以通到高速焊盤301，同時內部高速焊盤311-319中其餘的焊盤通到外部高速焊盤302-309中其餘的焊盤之一。圖3B示出HMCSS靜止單元300的截面399。介質層374和375夾在金屬化的接地面371和372之間。焊盤311和301分別經山各個過孔391和381電結合到輸入線路351和輸出線路352。注意焊盤311和301是與接地面371電絕緣的。圖4A示出HMCSS旋轉單元400的兩組高速煤盤401-409和411-419，它們通常以圓形樣式分別均勻地分布在外圓431和內圓421上。蘭'iHMCSS靜止單元300和HMCSS旋轉單元400適當對準並配合時，對於HMCSS450(見圖4B)，HMCSS靜止單元300上的焊盤301-309和311-319與HMCSS旋轉單元400上的焊盤401-409和411-419之間存在--對應關係。根據本發明，如果HMCSS450(見圖4B)的HMCSS旋轉單元400的內部高速焊盤411-419電結合到HMCSS旋轉單元400的外部高速焊盤401-409，如圖4A所示，即可通過HMCSS旋轉單元400的旋轉而在HMCSS靜止單元300上獲得選擇性的導通。為了實現這種情況，內圓421與外圓431之間所需的電結合示於圖4A。內部高速焊盤4U、413、415、417和419分別電結合到外部高速焊盤401、402、403、404、405，同時內部高速焊盤412、414、416、418分別電結合到外部高速焊盤406、407、408、409。所需的電連接可以通過使用例如多層電路板來實現。電路板上的層數通常取決於所使用的傳輸線類型。對於帶狀傳輸線，最少的層數通常是5，而對於共面波導，最少的層數通常是2。電路板通常由玻璃陶瓷、陶瓷、PTFE、聚醯亞胺、FR4環氧樹脂或類似材料製成。HMCSS旋轉單元400安裝到HMCSS靜止單元300以使所冇的焊盤都配合。HMCSS旋轉單元400的起始位置或0度位置定義為卨速焊盤311與高速焊盤411對準且高速焊盤301與高速焊盤401對準的位置。在起始位置，選擇高速焊盤311上的輸入通道並將其通到高速焊盤301上的輸出通道。從0度位置將HMCSS旋轉單元400順時針旋轉40度的增量選擇通到高速焊盤301處的輸出通道的相應的下一個輸入通道。下面的表1示出了選擇方案表1tableseeoriginaldocumentpage7tableseeoriginaldocumentpage8例如，進行240度的順時針旋轉，貝ijHMCSS靜止單元300的焊盤317與HMCSS旋轉單元400的高速焊盤414對準，HMCSS靜止單元的高速焊盤301與HMCSS旋轉單元400的高速焊盤407對準，使得高速燥盤317與高速焊盤301之間建立電連接。儘管HMCSS旋轉單元400的每次40度順時針增量旋轉都在內部高速焊盤311-319之一與外部卨速焊盤301之間建立連接，但也在內圓321剩餘的高速焊盤與外圓331上剩餘的高速焊盤之間建立了電連接。因為外部高速焊盤302-309端接到負載或阻抗，所以剩餘的輸入通道得到了適當的終端連接。因為HMCSS靜止單元300和HMCSS旋轉單元400在中心處都沒有高速悍盤，所以可以如圖4B所示在中心處設置定位銷445。定位公差由定位銷孔446和HMCSS旋轉單元400的定位銷孔(未示出)的尺寸和位賞公差確定。通常使用傳統技術例如鑽孔或刻蝕來製造定位銷孔可以實現不到焊盤尺寸10%的公差。圖4C示出HMCSS旋轉單元400的截面499。介質層474和475夾在金屬化的接地面471和472之間，同時介質層476和477夾在金厲化的接地面472和473之間。焊盤411和401分別由過孔491和482電結合到連接線路420。注意焊盤411和401是與接地面471電絕緣的。連接線路422、424位於介質層475上，同時連接線路429、427位於介質層477上，使得連接線路422可以跨越連接線路429並且連接線路424可以跨越連接線路427。根據本發明，圖4A屮交叉的任意連接線路都在不同的介質層中。此外，由於沒有高速焊盤設在HMCSS靜止單元300和HMCSS旋轉單元400的中心處，所以可以實現差動通道開關結構。圖5示出差動HMCSS靜止單元500，圖6示出差動HMCSS旋轉單元600，其中HMCSS靜止單元300和HMCSS旋轉單元400上的每個高速焊盤都由一對焊盤取代了。在圖5的HMCSS靜止單元500上，高速焊盤對501a、501b-509a、50%分別取代了高速焊盤301-309，而高速焊盤對511a、511b-519a、519b分別取代了高速焊盤311-319。在圖6的HMCSS旋轉單元600上，高速焊盤對601a、601b-609a、609b分別取代了高速焊盤401-409，而高速焊盤對611a、611b-619a、619b分別取代了高速焊盤411-419。在上述討論中，HMCSS開關中只有一個外部高速焊盤電結合到輸出通道，而剩餘的外部高速焊盤都端接到負載或阻抗。但是，不必將剩餘的外部高速焊盤端接到阻抗。根據本發明的一個實施例，可以選擇多個輸入通道。可以將多個外部高速焊盤電結合到多個內部高速焊盤而將剩餘的高速焊盤端接。對於根據本發明的一個實施例，表2參考圖3A和圖4A^出如何可以同時選擇兩個輸入通道的例子。表2順時針旋轉(度)焊盤連通關係0311—411—401—301312—412—406—30680313—415—403—301314—416—408—306160315—419—405—301316—411—401—306240317—414—407—301318—415—403—306320319—418—409—301311—419—407—306400312—413—402—301313—414—407—306480314—417—404—301315—418—409—306560316—412—406—3019tableseeoriginaldocumentpage10如表2所示，高速外部焊盤301和306電結合到輸出通道。通過使旋轉單元400以80度的增量旋轉可以選擇輸入通道。根據本發明的一個實施例，表3示出一次選擇三個輸入通道的連通關係。在這種實施例中，高速外部焊盤301、306和302電結合到輸出通道。通過使旋轉單元400以120度的增量旋轉可以選擇3個輸入通道。表3tableseeoriginaldocumentpage10在上述根據本發明的實施例中，輸入通道已經分別電結合到HMCSS靜止單元300或500的內圓321或521上的高速焊盤，而HMCSS靜止單元300或500的外圓331或531上的一個或多個高速焊盤分別電結合到輸出通道。但是，根據本發明，HMCSS開關可以設置為使得輸入通遒電結合到圖7的靜止單元700的外圓731上的高速焊盤，而輸出通道電結合到靜止單元700的內圓721上的高速焊盤。圖8示出具有所需連通關係的HMCSS旋轉單元800。高速焊盤801、803、805、807和809分別電結合到高速焯盤811、812、813、814和815。高速焊盤802、804、806和808分別電結合到高速焊盤816、817、818和819。下面的表4示出用於一次選擇一個輸入通道的連通關係。高速焊盤711電結合到輸出通道。表4tableseeoriginaldocumentpage11儘管到目前為止的討論集中在9個通道的具體情況以說明根據本發明的實施例，但是根據本發明的實施例可以具有2N+1個通道，其中N=l、2、3...。對於旋轉單元，例如其中N-4的旋轉單元400，(2N+1)對焊盤均勻分布在不同半徑的兩個圓例如圓421和431上。一對中的兩個"速炸盤，例如高速焊盤401和411，可以處於從旋轉單元例如旋轉單元400的定位銷孔出發的半徑線上，但是根據本發明，只要高速焊盤均勻分布在不同半徑的兩個圓上，則每對高速焊盤之間可以有固定的周向偏移。靜止單元例如靜止單元300具有2N+1對匹配的高速焊盤。注意對於靜止單元300和旋轉單元400，N=4。對於2N+1對高速焊盤所需的連通關係可以如下確定。將外部高速焊盤和內部高速焊盤都按照逆時針方向從1到2N+1連續標記，設j為外部高速焊盤的編號，k為內部高速焊盤的編號。則根據本發明，當k=(2j-l)對(2N+1)的模數時，任意外部焊盤j唯-'地電結合到內部高速焊盤k，或者當j=(2k-l)對(2N+1)的模數時，任何內部高速焊盤k唯一地電結合到外部高速焊盤j。對於圖4A中的例子，分別令高速焊盤401...409的j=1...9，令高速焊盤411."419的k=1...9因此，在圖4A中，取j=2，它對應於高速焊盤402，則高速'席盤402電結合到k=3，它對應於高速焊盤413。操作HMCSS所需的用度表示的固定的旋轉增量是360/(2N+l)度的整數倍。隨著2N+1增大，HMCSS的尺寸也增大以適應更多的電連接。HMCSS需要的尺寸可以根據板的布局和公差因素來確定。根據本發明，如果需要偶數個通道，則增加一個額外通道以使通道總數為奇數，額外通道不被使用。圖9是根據本發明，用於對待測器件進行測試的評估板900的俯視圖，所述待測器件例如高度並行的光電模塊950如接收器或發送器。HMCSS單元901、902、903和904用輸入線路910電結合到光電模塊950。一條或多條輸出線路971a-971(n)、972a-972(n)、973a-973(n)和974a-974(n)分別從HMCSS單元901、902、903和904向評估設備940提供一個或多個通道。根據本發明，可以由評估設備940從每個HMCSS單元對多個通道同時進行採樣，同時使通道結構之間可以進行快速切換。儘管已結合具體實施例對本發明進行了說明，但是很明顯，對本領域技術人員來說，根據前述說明顯然有許多選擇、更改和變化。因此，本發明意在包括落在權利要求精神和範圍之內的所有這些選擇、更改和變化。權利要求1.一種高速多通道和線路選擇器開關(450)，包括第一單元(300、500)，包括多個第一觸點(311-319)，所述多個第一觸點(311-319)能夠電結合到來自待測器件的多條第一輸入線路(351)，所述第一單元還包括多個第二觸點(301-309)，所述多個第二觸點(301-309)能夠電結合到多條第二輸出線路(352)；第二單元(400、600)，所述第二單元(400、600)能夠選擇性地將從所述多個第一觸點(311-319)中選擇的一些觸點電結合到從所述多個第二觸點(301-309)中選擇的一些觸點，並且將所述多個第一觸點(311-319)中未選擇的那些觸點電結合到多個相應的終端阻抗，使從所述多條第一輸入線路(351)中選擇的一些輸入線路結合到從所述多條第二輸出線路(352)中選擇的一些輸出線路，且所述未選擇的輸入數據線路電結合到所述多個終端阻抗。2.根據權利要求1所述的高速多通道和線路選擇器開關，其中，所述第二單元(400、600)是能夠相對亍所述第一單元(300)旋轉的旋轉爭-元。3.根據權利要求1所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，其中，所述多個第一觸點(311-319)設置為第一圓形圖樣，所述多個第二觸點(301-309)設置為第二圓形圖樣，使得所述第一圓形圖樣和所述第二圓形圖樣共心。4.根據權利要求3所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，其中，所述第一圓形圖樣和所述第二圓形圖樣的中心具有容納定位銷(445)的孔(446)。5.根據權利要求2所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，茛:中，所述旋轉單元能夠以固定的增量旋轉，從而將從所述多個第一觸點(311-319)中選擇的一些觸點電結合到從所述第二組觸點(301-309)^選擇的一些觸點，並且將所述多個第一觸點(311-319)中未選擇的那些觸點電結合到多個相應的終端阻抗，使從所述多條第一輸入線路(351)中選擇的一些輸入線路結合到從所述輸出線路(352)中選擇的--些輸出線路，且所述未選擇的輸入數據線路電結合到所述多個終端阻抗。6.根據權利要求1所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，其中，所述多個第一觸點(511a、511b-519a、519b)和所述多個第二觸點(501a、501b-509a、509b)成對排列，使得所述高速多通道和線路選擇器開關能夠用作差動通道開關。7.根據權利要求3所述的高速多通道和線路選擇器丌關(450)，其中，所述第一圓形圖樣的半徑大於所述第二圓形圖樣的半徑。8.根據權利要求2所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，其中，所述旋轉單元(400、600)由多層電路板構成。9.根據權利要求2所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，其中，所述旋轉單元(400、600)包括以第三圓形圖樣布置的2N+1個觸點和以第四圓形圖樣布置的2N+1個觸點，使得所述第三圓形圖樣和所述第四圓形圖樣共心。10.根據權利要求9所述的高速多通道和線路選擇器開關(450)，其中，所述第三圓形圖樣的所述2N+1個觸點到所述第四圓形圖樣的所述2N+1個觸點的電連通關係由等式j-k對2N+1的模數確定，其中，j和k分別是用於所述第三圓形圖樣和所述第四圓形圖樣的2N+1個觸點的整數標號。全文摘要一種高速多通道和線路選擇器開關，通過引入適當的高速焊焊盤連通關係，使得可以同時選擇差動通道的兩條線路並可以同時選擇多個通道。文檔編號H04L12/28GK101262977SQ200580001366公開日2008年9月10日申請日期2005年2月24日優先權日2004年4月30日發明者穆罕默德·艾爾沙德·阿里申請人:安捷倫科技有限公司