Brevet FR2473826A1 — publié le 19810717

La présrento: i.t voilll( n I 'lt i[ ['i'if' óe r'aL'.;il Ji.r le( t'-. ?ilde tLrainsmlission de dornres 'o}upét;' P I'rit. 'uoi n i]iti. i I ex Ii. I e u no-ir['lit IIO ',t)lilt [-[i. JX ilIJL'e. di- t i.[ îli. h /lJll (}'e dutllirées, ce 'ta i trii ut: 1u.L eux ayunL Utlt:i ë je i:5 / t ij b e. Jlpt Jt,Le.. [(:i systemtes ou et; iaio t;1.iu(bit s LI e. les; de trLatsml;.'siori dru ( diurl.e-, trtla uuriettent souvent d(es données qui comprenn.ernt une longue périodue,I 'Létat haut ou de l'état bas d'un signal binaire. Quand les données rie surit citjd,-.; d'aucune manière, le système peut demeurer au repos dans l'un ou l'autre état. lu Quand des données codées sont transmises à travers la fibre, cela implique ordinairement la présence d'un émetteur et d'un récepteur couplé en courant alternatif avec un circuit supplémentaire pour convertir les données en impulsions ou autre code simple afin de permettre au récepteur de détecter le signal qui est ensuite reconverti dan:. LH forme originale. Cependant, ce circuit supplémentaire de codage et- généralement complexe et tend à limiter l'utilisation de la liaison de transmission de données en réduisant la largeur de la barnde de modulation et la sensibilité du récepteur pour un fonctionnement efficace. Le circuit de codage pourrait être simplifié si la liaison de transmission était à même de répondre à des signaux en courant continu. On a fait plusieurs essais pour fabriquer un émetteur et un récepteur avec réponse en courant continu. Certaines techniques employées utilisent des systèmes de codage et de décodage incorporés respectivement dans l'émetteur et le récepteur. Cela entraîne un montage complexe et relativement coûteux pour obtenir une telle transmission, ce qui n'est pas souhaitable. On peut utiliser des émetteurs et des récepteurs couplés en courant continu sans les systèmes de codage et de décodage, bien qu'avec les présentes réalisations certaines difficultés existent plus particu- 1i lièrement lorsque la gamme des signaux d'entrée varie beaucoup. La première difficulté est celle que présente l'instabilité du courant continu relativement au temps et à la température mais on peut pallier cet inconvénient à la fois par l'utilisation d'amplificateurs opérationnels et par une conception soignée, et même le surmonter. La seconde difficulté est plus grave et implique une distorsion de largeur d'impulsions du signal de données, essentiellemrient due à la différence de délai pour les transitions de l'état bas à l'état haut et vice-versa. Cette distorsion se traduit donc par des impulsions venant du récepteur plus étroites ou plus larges que celles transtiises 401 à l'origine. La distorsion de la largeur des impulsions de données ainsi ? 2473826 que des niveaux changeanrits d:JU jia l d'nt rée r-:,t'r iglurit l'uti lité d'une liaison de transIlitnlui uiri',lu'n euJljiuJ. Poulr évi tl' t:lIu, It '-tt-epteu r, qui d6Ltue'ti: us,ifffer ltb niveaux de puissance optique, Lutilise un (uiompr'uLeur donit le seuil se trouve idéalement au milieu du nLveau de créte du signal de telle sorte que la distorsion de la largeur des impulsions de données n'est pa. critique. Cependant, les techniques actuelles employées poui détecter le niveau de crête du signal et établir le seuil du comparateur ne peuvent pas agir dans le cas o la durée de l'état bas est très prolongée et o le circuit de commande du seuil doit anticiper l'état haut ou le niveau de crête du signal qui vont suivre. L'un des objets de l'invention est de fournirun système de transmission de données en courant continu de taille relativement petite et de conception simple, mais fiable quant à son fonctionnement et rie nécessitant pas de techniques complexes. Un autre objet de la présente invention est de fournir un système de ce type qui réduise la distorsion de la largeur des impulsions de données et n'ait que de faibles effets sur la sensibilité relativement à la limite de bruit et par comparaison avec des conceptions similaires. Un autre objet de l'invention est encore de fournir un système de ce type qui élimine le réglage manuel de l'équipement lors de l'installation ou pendant le fonctionnement en dehors du réglage du zéro d'un amplificateur opérationnel éventuel, qui est souvent nécessaire. Un autre objet de l'invention est d'éliminer un codage complexe du signal en courant continu et de permettre l'utilisation d'un émetteur simple fonctionnant par ouverture, ou fermeture, de la boucle de transmission. Une caractéristique de la présente invention est que l'on utilise un émetteur et un récepteur optiques qui sont couplés en courant continu par l'intermédiaire d'une fibre optique. L'émetteur est essentiellement un simple interrupteur et le récepteur est de type différentiel. Pour restituer les données, le récepteur utilise un comparateur couplé à un amplificateur d'entrée par un réseau modifiant la réponse fréquentielle du récepteur si bien qu'une surmodulatiorn se produit quand le signal passe d'un niveau haut à un niveau bas. Il n'est pas nécessaire de régler continuellement le niveau du comparateur, le signal traversant alors le seuil du comparateur à un moment dépendant du changemin(nt de 4( l'état des données qui peut être limité même pour des variations importantes du niveau du siiqrîl- Idientrée et:anlb qu'il fhil lier avoir recours l unci'reuit. cotllipl.ext te-I tl le ci[cult pr(rect(.. C l r.'tuirsior dJ la.lar]eJur de:; iiiipul].iCoIIS de dot'lll ees qui s u pi.utitt i lrli[llFlret'{ dan.is les tranirmi,;sions en LiuJraril cunLinu est 'ompcruée par- l'amipliLudit de la surmodulatiol qui per'met un c'uimipromiis entre drutori'iot et sensibilité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre,faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: la figure 1, les formes d'onded'un système idéal de transmission de données en courant continu; la figure 2, une représentation quelque peu schématique d'une liaison de transmission de données par fibre optique couplé e(r, courant continu; - la figure 3, les formes d'ondes dans une liaison de transmis- sion de données en courant continu réaliste présentant une distorsion de la largeur des impulsions de données; o - la figure 4, une représentation quelque peu schématique d'une liaison de transmission de données par fibre optique en courant continu ayant une réponse fréquentielle modifiée selon la présente invention; - la figure 5, une représentation graphique de la courbe de réponse fréquentielle modifiée caractéristique de la présente invention; - la figure 6, les formes d'onde dans la liaison de transmis- s- ion de données par fibre optique couplée en courant continu conforme à la figure 4; - la figure 7, une représentation schématique du circuit du récepteur optique conforme à la présente invention. MtJ L'utilisation antérieure d'un émetteur et d'un récepteur de conception simple et à couplage en courant continu dans une liaison de transmission de données par fibre optique est représentée par la figure 2. A cet égard, à l'extrémité émettrice, l'entrée des donnees est commandée par un ihterrupteur de courant 10 qui est connect6 à une i5 diode électroluminescente 12, dont l'extrémité opposée est connectéee à une tension de polarisation VB. On peut évidemment utiliser n'importe quel autre dispositif luminescent approprié si on le désire. La diode électroluminescente 12 est couplée à une extrémité d'une fibre optique 14 dont l'autre extrémité est connectée au récepteur 4[J du signal qui est à l'origine une diode photodétectrice, ou une diode détectrice PIN 16. L'interrupt.uur lU et. la diode 12 servuent à fournir un signal en courant continu Lranumis optiqueiiit:nrit- la d-iudt? détectrice 16 dont la sortie alimente l'amplificateur 18 et dont l'entrée est connectée à une tension de polarisation VB.-Pour restituer les dornées, on dirige alors la sortie de l'amplificateur 18 vers un comiparateur 20 de méie qu'une tension de référerice Vref.Le niveau de- seuil du coriparateur 20 est habituellement maintenu au milieu du niveau de crête du signal- et sa sortie devrait être en grande partie semblable à l'entrée des données dans l'interrupteur 10. La figure 1 représente les formes d'onde idéales,-les données d'entrée étant les mêmes que les données de sortie et le niveau de. seuil du comparateur étant maintenu au milieu du niveau de crête du signal pour obtenir un tel résultat. Cependant, bien que cela puisse fournir une- bonne liaison de transmission de données couplée en courant continu. dans les circonstances présentes il peut se produire une distorsion exces- sive de la largeur des impulsions de données si la-bande passante du récepteur est proche de l'optimum, c'est-à-dire si elle est suffisante pour transmettre les données sans amplifier de bruit à des fréquences plus élevées. Cela est clairement montré par la figure 3, o le seuil - - du comparateur est très bas, et, alors que la sortie des données pour un signal reçu de petite amplitude est acceptable, pour un signal de plus grande amplitude, la sortie des données-présente une proportion importante de distorsion de la largeur des impulsions de données qui est inacceptable. - Pour éviter la distorsion de la largeur des impulsions de - données et permettre au récepteur couplé en courant continu de fonctionner sur une large gamme de niveaux de signaux d'entrée, on peut employer un système de transmission de données amélioré, tel que celui de- la figure 4. Là encore, dans ce système, l'émetteur et lerécepteur sont tous les deux couplés en courant continu et les éléments concernant les figures antérieures sont numérotés de la même manière en ajoutant le symbole "prime". Le récepteur est modifié par rapport à celui de la figure 2 et utilise généralement une conception de type différentiel et un amplificateur opérationnel d'entrée à faible dérive 18' pour éviter ' l'instabilité en courant continu. On emploie un comparateur 2d' à la suite de l'amplificateur d'entrée 18' dont leseuil est fixé juste au-. dessus du bruit de bas niveau. Cela apparaît dans la figure t qui représente les formes d'onde dans le système modifié de la figure 4. - On incorpore un réseau modificateur de la réponse en fréquence 2 entre ) l'amplificateur 18' et le comparateur 20', le réseau 22 modifiant la :.. - _...: réponse en fréquence duiirécepteur de la,auniire souhaitée, du telle sorte clq'une suhriodu1itital se produit quand le Signal pJase d'un niveau haut i un niveau bas. La figure ' représente Ja courbe de ré'purize tréq(tJerlt tell(e modifiée caractéristique. Ainsi, le signal traverse le seuil du comlJ.ri teur a un moment relatif au changement de l'état des données qui peut être limité même pour de grandes variations de niveau du signal d'entrée comme le montre la figure 6. Pour le plus petit niveau de signal détectable, le signal oscille de manière à peu près équivalente de chaque côté du seuil. Par lU symétrie, on peut voir que cela ne produit pas de distorsion de la largeur des impulsions de données dans le cas d'un petit signal. Avec des signaux de grande amplitude, une distorsion maximum définie survient. Le maximum peut être commandé par le degré de surmodulation et l'optimi- sation de l'amplitude de cette surmodulation est l'un des termes d'un compromis entre distorsion et sensibilité. Un gain ou une bande passante excessifs dans le récepteur peuvent entraîner une amplification du bruit proportionnellement plus grande que l'amplification du signal, ce qui amène une sensibilité réduite et doit être pris en considération. La figure 7 est une représentation schématique du récepteur optique. La diode photodétectrice D transmet un courant i proportionnel à la puissance de la lumière incidente, et qui est dirigé vers l'entrée inverseuse de l'amplificateur 26 et le dispositif parallèle de la diode 28, la résistance 30 et le condensateur 32. L'entrée non inverseuse dudit amplificateur est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 34. L'amplificateur 26 a une correction de réponse fréquentielle due aux résistances 36 et 38 et au condensateur 40 dans la boucle de contreréaction qui entraîne une augmentation du gain avec la fréquence dans la partie supérieure de la bande passante du récepteur comme on en a déjà parle. La-sortie de l'amplificateur 26 est connectée par l'inter- médiaire de la résistance 42 à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 44 qui comporte une boucle de contre-réaction comprenant le condensateur 46 et la résistance 48 en parallèle et qui est connectée à l'entrée inverseuse dudit amplificateur et à la masse par l'intermédiaire de la résistance 50. Les condensateurs 32 et 46 produisent une chute du gain au-dessus de la bande du récepteur pour limiter l'amplification du bruit à l'extérieur de la bande passante du signal. La diode 28 tient lieu d'élément de contreréaction non linéaire pour limiter le signal de sortie 6 2473826 maximum de l'amplificateur 26 et de ce fait accroître la gamme de signal de grande amplitude du récepteur. Les résistances 52 et 54 fournissent une commande de décalage du zéro pour compenser le déséquilibre de l'amplificateur. L'amplificateur 44 sert à faire monter le niveau du S signal venant de l'amplificateur 26 pour s'adapter à l'entrée du comparateur de tension 56. Le niveau de référence Vi du comparateur est réglé par les résistances 58 et 60 et est un peu au-dessus de zéro volt. Il est évident-que le circuit précité est relativement simple mais efficace si on le compare aux techniques antérieures de systèmes de transmission de données en courant continu et une fois qu'il a été initialement réglé, peut opérer de manière efficace sans autres réglages pendant le fonctionnement. LIutilisateur peut choisir le degré de surmodulation qu'il désire pour s'adapter à la situation particulière ainsi qu'à la versatilité du système. Par exemple, il a été reconnu qu'avec une surmodulation de 50%, la distorsion de la largeur des impulsions de données est réduite à environ 10% de la distorsion maximale pour des données transmises en modulation NRE (non retour à zéro) , jusqu'à la fréquence de coupure à 3 dB de la bande passante. On devrait également noter que la présente invention pourrait être utilisée dans d'autres applications o les données doivent être restituées et o le seuil de décision n'est pas connu. Celles-ci inclueraient toute espèce de récepteur de données qui détecte une onde porteuse commp dans les liaisons radioélectriques, micro-ondes ou de transmission optique. De plus, on peut trouver certaines applications dans le cas de récepteurs couplés en courant alternatif et de reproduction des données à-partir de bande magnétique. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVLNDICAlIONS 1. Liaison de transmission de données qui transmet et régénère des données avec un seuil de décision inconnu, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de réception appropriés à recevoir un signal de données et capables de fournir une sortie de données en réponse audit signal, lesdits moyens de réception ayant des moyens de modification de la réponse en fréquence qui fournissent une surmodulation prédéterminée du signal quand celui-ci change de niveau d'énergie, de façon à réduire la distorsion de largeur des impulsions caractéristiques du signal de données. 2. Liaison de transmission de données qui transmet et régénère des données, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de trans- mission capables de recevoir une entrée de données et de produire un signal en réponse à ladite entrée, des moyens de réception couplés en courant continu auxdits moyens de transmission et capables de fournir une sortie de données en réponse audit signal, lesdits moyens de réception ayant des moyens de modification de la réponse en fréquence qui produisent une surmodulation prédéterminée quand le signal change de niveau d'énergie de façon à réduire la distorsion de largeur des impulsions caractéristiques du signal de données. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une fibre optique à travers laquelle ledit signal est optiquement transmis à partir desdits moyens de transmission aux moyens de réception. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens de transmission comportent des moyens émetteurs de rayonnement avant une sortie de signal qui varie proportionnellement au niveau de l'entrée des données, lesdits moyens de réception comprenant des moyens photodétecteurs dont la sortie varie proportionnellement au rayonnement reçu, et que ladite fibre optique est couplée auxdits moyens émetteurs et auxdits moyens photodétecteurs pour fournir ladite trans- mission optique. 5. Système conforme à la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens émetteurs comportent une diode électroluminescente et lesdits moyens photodétecteurs une diode photosensible. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de réception comportent un circuit amplificateur dont la sortie incorpore une surmodulation' prédéterminée dudit signal, et un comparateur qui reçoit ladite sortie, la compare à une tension de référence, et fournit une sortie de données correspondante. - 7. Dispositif conformle à la revenrdicationi 6, caractérisé par le faiL que le niveau de seuil du comparateur est réglé lég-t'reiiient au-dessus de zéro volt et que la surlnodulation prédéterminéhe est de l'ordre de 51U%. ) 8. Méthode de transmission de données en courant continu, caractérisée par le fait qu'elle comporte les étapes suivantes: production d'un signal optique en réponse à une entrée de données; transmission dudit signal optique sur un trajet prédéterminé à partir d'une entrée jusqu'à une extrémité de sortie; - transformation dudit signal optique reçu à ladite extrémité de sortie en un signal électrique modification dudit signal par addition à celui-ci d'une surmodulation prédéterminée quand lesdits signaux changent de niveau d'énergie de façon à réduire la distorsion de largeur des impulsions caractéristiques du signal de données; '-' - comparaison du signal modifié à une tension de référence ' préréglée; - production d'une sortie de données provenant de ladite comparaison. 9. Méthode conforme à la revendication 8, caractérisée par le fait que ledit signal optique est transmis à travers une fibre optique. 10. Méthode conforme à l'une ou l'autre des revendications 8 ou 9, caractérisée par le fait qu'elle consiste en outre à régler le niveau de seuil du comparateur légèrement au-dessus de zéro volt et la surmodulation prédéterminée de l'ordre de 50,%. . *:. -. =- .