Brevet FR2500696A1 — publié le 19820827

RECEPTEUR OPTIQUE La présente invention concerne un récepteur optique comportant une photodiode qui est connectée à un circuit de polarisation, cette diode étant connectée, par l'inter- médiaire du montage en série d'un préamplificateur, d'un amplificateur de réglage et d'un amplificateur final, à la sortie du récepteur, ladite sortie étant connectée, par l'intermédiaire d'un détecteur, à la première entrée d'un amplificateur de différence dont l'autre entrée est connectée à une source de tension de référence et la sortie de l'amplificateur de différence étant connectée à l'entrée de commande de l'amplificateur de réglage. Dans lesdits récepteurs optiques, il est né- cessaire de pouvoir mesurer le niveau d'entrée optique pendant le fonctionnement. Il est ainsi possible, pen- dant la procédure de première mesure d'un système de commu- nication optique, de mesurer l'affaiblissement de la liaison (soudure de câble en fibre de verre et fiches optiques). Ceci est très avantageux, paro que sinon, lors de la mesure du signal d'entrée optique, la liaison optique entre le câble et le récepteur optique doit être in- terrompue. De plus, des mesures d'entretien peuvent être effectuées pendant le fonctionnement pour dé- tecter une modification éventuelle du niveau d'entrée optique et ainsi avoir la possibilité de prendre des mesures à un stade précoce. En outre, il est possible dans ce cas de pou- voir constater un éventuel vieillissement du câble en fibres de verre et d'y relier éventuellement un dispo- sitif d'alarme. L'invention a pour but de procurer un récep- teur optique dans lequel le niveau d'entrée optique d'un récepteur puisse être constaté d'une manière très simple pendant le fonctionnement. Le récepteur opti- que suivant l'invention est caractérisé en ce que l'am- plificateur de réglage comporte un diviseur de courant qui présente deux sorties couplées à un circuit addi- tionneur, l'entrée de signal du diviseur de courant étant connectée d'une part à une source de courant rég6lable et d'autre part, par l'intermédiaire d'un conden- ateuI, à la sortie du préamplificateur et la sortie du circuit additionneur étant connectée d'une part,par l'intermédiaire d'une capacité,à l'entrée de l'amplifica- teur final et d'autre part, par l'intermédiaire d'une ré- sistance,à un point d'essai qui est connecté par l'in- termédiaire d'un condensateur de découplage, à un point de potentiel constant. L'invention sera décrite ci-après avec réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 illustre un récepteur optique con- forme à l'invention; la Fig. 2 illustre une première forme d'exé- cution du récepteur optique conforme à l'invention; la Fig. 3 illustre une deuxième forme d'exécu- tion du récepteur optique conforme à l'invention; la Fig. h illustre une troisième forme d'exé- cution du récepteur optique conforme.à l'invention, et la Fig. 5 illustre un diagramme de mesure qui est réalisé avec le dispositif représenté sur la Fig.4. Dans le récepteur optique représenté sur la Fig, 1, 1 est une photodiode qui est polarisée par le circuit de polarisation 2. Le circuit de polari- sation comporte une source de référence 21 dépendant de la température qui est connectée à la photodiode par l'intermédiaire d'une résistance 20 à haute va- leur ohmique. La cathode de la photodiode 1 est connectée à l'entrée du préamplificateur 3, dont la sortie est connectée,par l'intermédiaire du condensa- teur 120, à l'entrée de signal 12 de l'amplificateur de réglage 4. L'entrée de signal 12 est également connectée à la source de courant continu réglable 10. La sortie 13 de l'amplificateur de réglage 4 'est connectée, par l'intermédiaire du condensateur 130, à l'entrée de l'amplificateur final 5. La sortie 14 de l'amplificateur final 5 est connectée,par l'inter- médiaire d'un détecteur 6, à la première entrée de l'amplificateur de différence (9), dont l'autre entrée est connectée à une source de tension de référence 7. La sortie de l'amplificateur de différence (9) est connectée à l'entrée de commande 10 de l'amplifica- teur de réglage 4. La sortie 13 de l'amplificateur de réglage 4 est connectée,par l'intermédiaire de la résistance 48, au point d'essai 81. Le point d'essai 81 est connecté, par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage 49, à un point de potentiel constant (0). Un ampèremètre 8 peut être connecté entre le point d'essai 81 et un point de potentiel constant. L'en- trée de signal 12 de l'amplificateur de réglage 4 est connectée à l'entrée d'un diviseur de courant 400. La sortie 403 du diviseur de courant 400 est connectée directement au circuit additionneur 401 et là sortie 404 du diviseur de courant 400 est connectée par l'in- termédiaire d'un réseau 402 au circuit additionneur 401. La sortie du circuit additionneur 401 est connectée à la sortie 13 de l'amplificateur de réglage 4. L'en- trée de commande du diviseur de courant 400 est connec- tée à l'entrée de commande de l'amplificateur de réglage 4. Le récepteur optique représenté sur la Fig. 1 fonc- tionne de la manière suivante. Le courant photo-électrique primaire P arri- vant est converti par la photodiode à avalanche 1 en courant électrique. Lors de l'intervention du micanismede collision d'ionisation dans la diode elle-même, ce courant est amplifié de plusieurs fois sa valeur ini- tiale avant d'être fourni à l'entrée du préamplifica- teur 3. Pour un rapport signal-bruit maximum, il est nécessaire que le facteur de multiplication M de la photodiode 1 ait une valeur définie qui dépend de la grandeur du courant photo-électrique primaire P. Pour conserver un rapport signal -bruit aussi grand que possible lors d'une variation du niveau d'entrée op- tique, il faut que le facteur de multiplication M de la photodiode 1 varie environ d'une manière inverse- ment proportionnelle à la racine cubique de la variation du courant photoélectrique primaire P. Lorsque le courant photo-électrique primaire P augmente, le cou- rant qui passe par la photodiode 1 augmentera égale- ment. De ce- fait, la chute de tension au passage de la résistance 20 augmentera et la chute de tension au passage de la photodiode 1 diminuera, avec pour ré- sultat que l'amplification M de la photodiode 1 sera automatiquement diminuée. Inversement, lorsque le cou- rant photoélectrique P diminue, la chute de tension au passage de la résistance 20 diminuera et ainsi la chute de tension au passage de la photodiode 1 augmen- tera. L'amplification M de la photodiode 1 augmen- tera alors automatiquement. Etant donné que,pour un ni- veau d'entrée optique déterminé, une amplification con- stante de la photodiode 1 est souhaitée pour différen- tes températures, il est nécessaire que la tension de référence 21 ait un coefficient de température tel que l'amplification de la photodiode reste constante, cette photodiode étant utilisée comme source de réfé- rence 21 d6pendant de la température. Il ressort de ce qui précède que, pour une va- riation de ydB du courant photoélectrique primaire P, le facteur de multiplication M doit varier de -1/3.y.dB. De ce fait, la variation de niveau à l'en- trée du préamplificateur est réduite à 2/3.y.dB. Etant donné que l'amplificateur de réglage > assure que le signal de sortie U(o) reste constant à la sor- tie 1-, ceci signifie que l'amplification de l'amplifi- cateur de réglage 4 doit varier d'une valeur de -2/3.y.dB. Compte tenu du fait que,pour chaque valeur du courant optique P,une amplification optimale M déterminée est prévue et est réalisée approximativement, l'amplificateur de réglage 4 présentera aussi un gain défini et déterminé pour amener U(o) à la valeur souhaitée. A l'opPosé, on peut donc dire que si l'on connait le gain de l'amplificateur de réglage 4, on peut en déduire la valeur du courant photoélectrique primaire P. Le courant d'entrée du diviseur de courant 400 est formé de la somme d'un courant continu I fourni par la source de courant 40 auquel est superposé le courant d'information i provenant du signal d'entrée u(i) à l'entrée 12 de l'amplificateur de réglage 4. Ce courant (I+i) se répartit sur les deux entrées 403 et 401 du diviseur de courant 400 en fonction de la tension de réglage fournie par l'amplificateur de dif- férence 9. Les courants aux deux entrées 403 et 404 du diviseur de courant 400 sont respectivement de: I(403) = ". (I+i) I(404) = (l-a).(I+i) o 0 La tension à la sortie 13 d'un amplificateur de ré- glage est de: U(O) = (I+i).R(13). [l+(l-a).H] (2) o R(13) est la résistance de sortie de l'amplificateur de réglage 1+ et H est un facteur sans dimension qui est par exemple déterminé par le rapport de deux résis- tances. La tension alternative de sortie au point 13 est de: u(o) = i. R(13).[1+(l-a).H] (3) La tension alternative d'entrée pour l'entrée 12 de l'amplificateur de réglage 1+ est donnée par: i = u(i)./R(12) (4) o R(12) est la résistance d'entrée de l'amplificateur de réglage 4 et u(i) est la tension alternative d'entrée à l'entrée de signal 12 de l'amplificateur de réglage 4. Il ressort des équaticns (3) et (4) que u =. 1 [l+(-a).H](5) u(î) R12 Le courant continu qui traverse 1l'ampèremètre 8 est de: I(8) = I.R(13). 1+l-) R R(-8)+R(8) (6) R13 la résistance du dispositif de mesure. Une comparai- son des équations (5) et (6) montre que l'indication du dispositif de mesure est proportionnelle au gain u(o)/u(i) de l'amplificateur de réglage 4. Par conséquent, en munissant le dispositif de mesure 8 d'une écnelle adéquate, on peut lire l'amplification de l'amplificateur de réglage 4 et ainsi également le courant photoélectrique primaire P du récepteur optique. En choisissant le type d'amplificateur de réglage dans lequel le traitement des signaux pour du courant alternatif et du courant continu est le même, on a donc maintenant la possibilité d'apprécier de manière continue le niveau d'entrée optique d'un récepteur au moyen d'un simple ampèremètre. La Fig. 2 illustre une forme d'exécution de l'amplificateur de réglage 4 représenté sur la Fig.l. Dans l'amplificateur de réglage 4, l'entrée de com- mande O10 est connectée par l'intermédiaire du trajet base-émetteur du premier transistor +1 et du trajet émetteur-base du deuxième transistor 42 à la source de tension de référence llO. Le point de connexion des émetteurs des transistors 41 et 1+2 est connecté par l'intermédiaire du montage en série du trajet collec- teur-émetteur du troisième transistor 40 et de la résistance d'émetteur 43 au premier point d'alimen- tation O. La base du troisième transistor +0 est connectée à l'entrée de signal 12 de l'amplificateur de réglage 1+ et est aussi connectée au point de liai- son des deux résistances 44+ et 45 qui sont montées en série entre le premier point d'alimentation O et le deuxième point d'alimentation (+). Le collecteur du depuxième transistor 42 est connecté par l'inter- médiaire du montage en série des résistances 47' et 46 au deuxième point d'alimentation (+). Le point de liai- son des deux résistances 46 et 47 est connecté au collecteur du premier transistor 41. Le courant de collecteur du transistor 40 est formé de la somme d'un courant continu I et du courant d'information i qui y est superposé et qui est obtenu à partir du signal d'entrée u(i) à l'entrée de signal 12 de l'amplificateur de réglage 1. Ce courant (I+i) se répartit sur les deux transistors 41 et 42 en fonc- tion de la tension de réglage fournie par l'amplifica- teur de différence 9. Les courants de collecteur des deux transistors 41 et 42 sont respectivement de 1(41) = a.(I+i) I(42) = (l-).(I+i) o O o H = R(46)/R(47), R(46) étant la valeur de la résis- tance 1+6 et R(47) la valeur de la résistance 47. La tension alternative de sortie au point 13 est alors de: u(o) = i.R(46).[1+(1-a).H] (3) Le courant alternatif i est donné par: i = u(i)/R(43) (4) o R(43) est la valeur de la résistance 43 et u(i) la tension alternative d'entrée à l'entrée de signal. 12 de l'amplificateur de réglage 4. La relation suivante résulte des équatiohs (3) et (4) = (m. [l+(=-R).H] (5) Le courant continu, qui passe dans l'ampèremètre 8, est de: 1(8) I 1(1+6) I(8) = I. R(48)+R(8) [l+(l-a).H] (6) o R(48) " R(46) + R(47), R(48) étant la valeur de la résistance 48 et R(8) la résistance du dispositif de mesure. Une comparaison des équations (5) et (6) mon- tre que l'indication du dispositif de mesure est pro- portionnelle au gain u(o)/u(i) de l'amplificateur de ré- glage 4. La Fig. 3 illustre une version améliorée de l'amplificateur de réglage représenté sur la Fig. 2, dans laquelle des mesures de compensation sont également pri- ses pour améliorer la précision de la mesure. Cette im- précision de mesure trouve son origine dans le bruit apparaissant à l'entrée de l'amplificateur 3, ce bruit provenant de la photodiode 1 et de l'étage d'entrée de l'amplificateur 3. De plus, pour obtenir un rapport signal/bruit maximal, il est nécessaire que le facteur de multiplication M de la diode à avalanche 1 ait une valeur définie qui dépend du niveau d'entrée optique. Cette valeur définie ne peut être réalisée qu'approximativement à l'aide du circuit de polarisa- tion 2. La base du premier transistor 41 est connec- tée par l'intermédiaire d'une résistance d'arrêt 56 à l'entrée de commande 10 de l'amplificateur de régla- ge 4. La base du deuxième transistor 42 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance d'arrêt 55 à la source de la tension de référence 110 par l'intermé- diaire de la résistance R(110). Les émetteurs des deux transistors 41 et 42 sont connectés ensemble au pre- mier point d'alimentation par l'intermédiaire du mon- tage en série du trajet collecteur-émetteur du troisième transistor 40 et de la résistance d'émetteur 43. La base du troisième transistor 1O est connectée à l'entrée de signal 12 et aussi par l'intermédiaire de la résistance 44 au premier point d'alimentation O. Le circuit de collecteur du deuxième transistor 42 comporte le montage en série des résistances 47, 51, 46 et 52 et cette der- nière résistance 52 est connectée au deuxième point d'alimentation. Le collecteur du premier transistor 41 est connecté par l'intermédiaire de la résistance 50 au point de connexion des résistances 51 et 46, ce col- lecteur étant également connecté par l'intermédiaire du condensateur 57 à la résistance R(llO). L'entrée de commande O10 est connectée par l'intermédiaire d'un condensateur 58 au point de connexion des résistances 51 et 47. Entre le collecteur du deuxième transistor et le point de connexion des résistances 46 et 52 est prévu le montage en série de la résistance 48 et des points d'essai 81 et 80 pour la connexion de l'ampèremètre 8. Le point d'essai 81 est connecté par l'intermédiaire du condensateur 49 au premier point d'alimentation. Le point d'essai 80 est con- necté par l'intermédiaire de la résistance 66 à une première entrée de l'amplificateur de différence 100 dont la deuxième entrée est connectée au deuxième point d'alimentation par l'intermédiaire du montage en série de la résistance 65 et de la source de tension de référence 101. L'entrée 90 de l'amplificateur de différence 100 est connectée au collecteur du deuxième transistor 42 par l'intermédiaire du montage en série des résistances 68 et 7.0. La sortie de l'amplifica- teur de différence 100 est connectée à la base du troi- sième transistor 40 par l'intermédiaire de la résis- tance 71. Le point de connexion des résistances 68 et 70 est connecté au premier Doint d'alimentation O par l'intermédiaire d'un condensateur 72. Le point de conne- xion des résistances 52 et 46 est connecté au premier point d'alimentation 0 par l'intermédiaire d'un condensateur 53. L'amplificateur de réglage 4l, comme le montre la fig. 3, est du type tel que décrit dans la demande de brevet français N 80 24271, déposée le i4 Novembre 1980 a- nnm de N.V.Philips'Gloeilampenfabrieken. L'influence de résistances dites résistances apparentes des deux transistors 41 et 42 est annulée au moyen de la chute de tension se produi- sant au passage des deux résistances 50 et 51. Ces résistances apparentes sont présentes dans le'circuit de base et dans le circuit d'émetteur des deux transis- tors 41 et 42. On peut imaginer que la somme des deux résistances est concentrée dans lescircuits.d'émet- teur des deux transistors 41 et 42, comme décrit plus en détail dans la demande de brevet néerlandais préci- tée. A:. e..dt résistances apparentes, le courant du dispositif de mesure n'est pas entièrement proportionnel au gain de l'amplificateur de ré- glage Y. L'annulation de ces résistances apparen- tes rend l'indication du dispositif de mesure mieux proportionnelle au gain de l'amplificateur de réglage 4. On réalise ceci en rendant la tension V entre les deux résistances 50 et 51 égale à la tension au passage des résistances apparentes des tran- sistors 41 et 42. L'amélioration de la déformation du deuxième ordre de l'amPlificateur de réglage 4 est dans ce cas-ci un résultat additionnel favorable de mwm que la compensation des auto-inductions dans les conducteurs d'émetteur des deux transistors 41 et I2 par les autoinductions parasites des deux résistances 50 et 51. Les résistances 55 et 56 sont prévues dans les conducteurs de base des deux transistors -2 et + l pour contrecarrer une oscillation à haute fréquence. L'ampli- ficateur de réglage représenté sur la Fig. 3 présente donc de très bonnes propriétés aux hautes fréquences et peut sans problème être utilisé pour des fréquences allant jusqu'à 5OO MHz. L'amplificateur de différence et la source de référence 101 avec les résistances et les condensateu:- associés sont prévus pour augmenter - la précision de mesure de l'ampèremetre 8. Il est né- cessaire à cet effet d'assurer que la somme des courants a.I et (l-a).I reste constante. A cet effet, la tension présente sur la résistance 52 est rendue égale à la tension entre le deuxième point d'alimentation + et l'entrée 90 de l'amplificateur de différence 100. La tension à l'entrée 90 de l'amplificateur de dif- férence 100 détermine donc la grandeur du courant I et est égale à la grandeur de la tension de la source de référence 101 et à la chute de tension au passage de la résistance 65. La chute de tension au passage de la résistance 65 dépend du facteur de division a là de l'amplificateur de réglage 4 et est maximum lorsque le courant de collecteur du transistor 40 passe entiè- rement par le transistor 1+2. Au lieu d'être connectée à l'entrée 90 de l'amplificateur de différence 100, la résistance 68 peut aussi être connectée à l'en- trée 91 de l'amplificateur de différence 100. Dans ce cas, une correction opposée a lieu. La forme d'exécution représentée sur la Fig. 4 montre comment la précision de mesure peut encore être accrue davantage. La structure de cette forme d'exécu- tion diffère en trois points de celle de la forme d'exé- cution représentée sur la Fig. 3. La résistance 48 entre le point d'essai 81 et la sortie 13 est régla- ble. La résistance 68 entre l'entrée 90 de l'ampli- ficateur de réglage 100 et la,résistance 70 est éga- lement réglable. Entre le deuxième point d'alimentation et le point de connexion des deux résistances 50 et 51 est prévu le montage en série d'une résistance 61 et d'une résistance réglable 60. La résistance 60 peut aussi être connectée au premier point d'alimentation 0, ce qui permet d'obtenir une correction inverse. Le point de connexion des résistances 60 et 61 est connecté par l'intermédiaire d'un condensateur (63) au premier point d'alimentation 0. A l'aide des trois-résistances régla- bles 48 60 et 68, on peut annuler la déviation de mesure de l'ampèremètre 8 en trois endroits dans le dorpaine de réglage de l'amplificateur de réglage, comme indiqué schématiquement sur la Fig. 5. On peut donc par exemple annuler la déviation de l'instrument de mesure au début, à la fin et au milieu de ce domaine de réglage comme le montre la Fig. 5. Le gain V de l'amplificateur de réglage 4 est représenté en dB sur l'axe horizontal de la Fig. 5 et la correction A de l'instrument de mesure est représentée en dB sur l'axe vertical. R E V E N D I C A T I 0NS 1 - Récepteur optique comportant une photo- diode (1) qui est connectée à un circuit de polari- sationt2), cette diode (1) étant connectée par l'inter- médiaire du montage en série d'un préamplificateur (3), d'un amplificateur de réglage (i) et d'un amplificateur final (5) à.la sortie (14) du récepteur, la sortie (14) étant connectée par l'intermédiaire d'un détecteur (6) à la première entrée d'un amplifica- teur de différence (9) dont l'autre entrée est connec- tée à une source de tension de référence (7) et la sortie de l'amplificateur de différence (9) étant connec- tée à l'entrée de commande (10) de l'amplificateur de réglage (4), caractérisé en ce que l'amplificateur de réglage (4) comporte un diviseur de courant (00) qui présente deux sorties (4O3, 04) couplées à un circuit additionneur (4O1), l'entrée de signal (12) du divi- seur de courant (400) étant connectée d'une part à une source de courant réglable (40). et d'autre part, par l'intermédiaire d'un condensateur (120) à la sortie du préamplificateur (3) et la sortie (13) du circuit addi- tionneur étant connectée d'une part, par l'intermédiaire d'un condensate er (!30)à l'entrée de l'amplificateur final (5) et d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance (48) à un point d'essai C81) qui est connecté par l'in- termédiaire d'un codensateurde découplage à un point de potentiel constant (0) (Fig. 1). 2 - Récepteur optique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diviseur de courant (400) com- porte au moins un premier transistor (41) et un deuxième transistor (+2) dont les émetteurs sont connectés l'un à l'autre, le point de connexion de ces émetteurs étant connecté à un premier point d'alimentation par l'inter- médiaire du trajet collecteur-émetteur d'un troisième transistor (40), la basa du truisitme transistor (40) formant l'entrée de signal (12) de 1. 'amplificateur de réglage, la base du premier transistor (41) formant l'entrée de commande (10) de l'amplificateur de réglage (4) et un diviseur de courant constitué au moins de deux résistances (46, 47) qui forment le circuit additionneur (401) étant monté dans le circuit de collecteur du deuxième transistor (42), le collecteur du premier transistor (41) étant connecté à un point dudit diviseur de tension (46, 47) et le collecteur du deuxième transistor (42) formant la sortie (13) du circuit additionneur (401) (Fig. 2). 3 - Récepteur optique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le diviseur de tension comporte le montage en série de quatre résistances (1+6, 47, 51 et 52), la base du premier transistor (41) étant connectée par l'intermédiaire d'une résistance d'arrêt'(56) à l'entrée de commande (10) et la base du deuxième tran- sistor (42) étant connectée par l'intermédiaire d'une résistance d'arrêt (55) à une source de tension de référence (110), le collecteur du premier tran- sistor (41) étant connecté d'une part par l'intermédiai- re d'un condensateur (57) à la source de tension de réfé- rence (110) et d'autre part par l'intermédiaire d'une résistance (50) au point de connexion de la résistance (46) et de la résistance (51) du diviseur de tension et l'entrée de commande (10) étant connectée par l'inter- médiaire d'un Condensateur(5b)au point de connexion de la résistance (47) et de la résistance (51) dudit di- viseur de tension (Fib. 3). 4 - Récepteur optique suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'entre le collecteur du deu- xième transistor (42) et le diviseur de tension (46, 47, 51, 52) une résistance (48) et deux points d'essai (80, 81) sont prévus successivement, les points d'essai (80, 81) étant connectés par l'intermédiaire de condensateurs (49, 53) au premier point d'alimentation (0), le point d'essai (80) étant connecté par l'intermédiaire d'une résistance (66) à une première entrée (91) d'un ampli- ficateur de différence (100) dont la deuxième entrée (90) est connectée par l'intermédiaire d'une résistance (65) +.ai: source de tension de référence (101) au deu- xième point d'alimentation (+), le montage en série de deux résistances (68, 70) étant prévu entre la deuxième entrée (90) de l'amplificateur de différence (100) et le collecteur du deuxième transistor (42) et la sortie de l'amplificateur de différence (100) étant connectée à la base du troisième transistor (i-0) (Fig. 3). - Récepteur optique suivant la revendication +, caractérisé en ce que la résistance (68) connectée à la deuxième entrée (90) de l'amplificateur de différence (!00) et la résistance (48) connectée au point d'essai (81) sont réglables, la résistance (50) dans le circuit de - collecteur du premier transistor (41) étant connectée par l'intermédiaire d'une résistance (61) et d'une ré- sistance réglable. (60) au deuxième point d'alimentation, le point de jonction des résistances (60, 61) men.tionnées en dernier lieu étant connecté par l'intermédiaire d'un condensateur (63) au premier point d'alimentation.