随着越来越多的摩尔定律受到质疑，工程师们正在寻找替代技术来增加数据带宽和处理能力。一种这样的技术是光互连技术。

研究人员Sumita Mishra等。观察到人们对光互连技术进行了一系列研究，该技术主要集中于将光系统与电气系统集成在一起以创建高速数据链路。

在本文中，我们将讨论光在PCB设计中的位置，并评估光互连的一个新分支，该分支有望实现更高的带宽和低噪声的信号连接。

解决关于光的神话

根据 科罗拉大学博尔德分校有关光通信系统的一章，光已经替代了电信中的传统铜线，是替代多种因素的电气连接的一种非常切实可行的选择。考虑到5G网络的高需求，这一点尤其重要。但是在我们解释这些因素之前，关于光有一个神话需要澄清。

有些人认为光比电流好，因为光比电快，因此可以将信息从一个地方更快地传输到另一个地方。在某些情况下，这实际上是不正确的，因为光在光纤电缆中的传播比电在铜线中的传播要慢。

光的主要优点：高带宽

在数据连接中使用光的优点是光具有更高的带宽，允许每秒传输更多的数据位，这是光与电信号相比具有更高的信噪比（SNR）的结果。

比较电和光互连密度的图

较高SNR的一个促成因素是，光缆本身实际上不受环境影响，而传统的电缆可以吸收外部电场和磁场（即EMI）。其他因素还包括能够沿着同一根光缆发送多个频率的光（红色，蓝色和绿色），而不会互相干扰，从而有效地增加了总带宽。在要求信号增强之前，光在电缆中的传播比电力传播的时间更长，因此消除了潜在的噪声注入源。

要了解有关RF，光学器件和第三种选择-RF Over Fiber之间的区别的更多信息，请查阅Marie Christiano关于该主题的技术文章。

光学与PCB设计

迄今为止，光学系统已经主要通过用于互联网技术的光纤电缆进行了商业化。

但是，有多种技术已使用PCB上的光学层在组件之间的整个板上传输数据。这是通过专门的90°凹槽实现的，这些凹槽可以创建光学通孔以将光反射到组件层。马来西亚日本国际技术学院（MJIIT）的研究人员提出了一种90°光路转换装置，该装置在下面描述了这一概念。

建议的90°光路转换装置

但是，虽然可以在单个PCB上进行光互连，但它只会增加板上的本地带宽。我们真正需要的是将单个PCB连接到光背板的能力，大型计算机系统可以在数百个板上传输数据。这样的系统将减少互连板的复杂性，而不需要许多光纤电缆。这也允许IC之间进行直接光通信。

为了解决光互连问题，东海大学的一组研究人员开发了一种光互连系统以及一种制造技术，可以轻松地将两个光通道连接在一起，同时最大程度地减少信号衰减。

该系统依赖于另一个研究团队开发的技术，该技术能够创建 类似于典型电插头的光插头。这些塞子非常小，只有几千微米长，直径只有10微米，并且是使用UV固化树脂和光掩模生长的。

虽然这些插头能够传输光学信息，但它们非常脆弱，在尝试将其连接到接收孔时可能会出现问题。通过制造微孔阵列解决了该问题，该微孔阵列使用锥形孔来容纳光缆塞。下图显示了已制造的塞子以及接收塞子的最终锥形孔。

预制塞（左）和容纳塞子的锥形孔（右）

通过利用一般光刻技术的一个常见问题：底切，可以轻松构造锥形孔。平版印刷工艺通常要求放置在材料顶部的艺术品尽可能接近，否则边缘会模糊并且紫外线可以在艺术品下方固化。

但是，在这种情况下，研究人员使用了垫片，因此当紫外线穿过面罩照射时，会产生锥形孔。

垫片如何允许UV光以产生锥形孔的方式穿过的示意图

塞子和锥形孔之间的最终连接是，信号间隙在0.03 mm的情况下下降1.5 dB，信号间隙在0.11 mm的情况下下降4.8 dB。在此设置中至关重要的是，插头的紧密间距不会导致通道之间的串扰，否则，如果使用电信号，这将是一个主要问题。

最佳层会为将来的PCB设计带来优势吗？

通常，对新组件和新材料的研究值得怀疑。作为工程师，我们自然会问：这项新技术是否会产生重大影响？但是，当我们扩大对光互连的这项新研究的规模时，我们可能会看到一些额外的希望-仅因为已经成功构建了光学组件。

正如Altium的Zachariah Peterson解释的那样， 在即将到来的5G时代，用于PCB中超高速设计的嵌入式光学互连甚至可能成为必需品。因此，考虑将来的PCB（包括易于设计并提供高带宽和低噪声信号连接的光学层）的可能性并非遥不可及。

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