Brevet FR2537825A3 — publié le 19840615

FR 2537825 A3 19840615 FR 8220769 A 19821210 SYSTEME D'INTERCONNEXION DE CARTES DE CIRCUIT IMPRIME La présente invention se rapporte aux systèmes d'interconnexion des cartes de circuit imprimé qui sont utilisées dans les appareillages électroniques. Il est usuel dans un appareillage électronique de réaliser celui-ci à l'aide de cartes de circuit imprimé, sur lesquelles sont montés les composants électroniques reliés entre-eux par les pistes de ces cartes. Lorsque l'on utilise plusieurs cartes, celles-ci sont généralement enfichées côte à côte des paniers avec leurs faces parallèles les unes aux autres. Le fond du panier est muni d'un ensemble de connecteurs sur lesquels se raccordent les cartes, et ces connecteurs sont réunis par un ensemble de liaisons. Dans certain cas on peut établir les liaisons entre les connecteurs à l'aide d'une carte mère formée avec un circuit imprimé, mais il est souvent nécessaire d'établir des liaisons filaires en raison de leur nombre et de leur imbrication. Ces connecteurs de fond de panier ne suffisent pas toujours, et on est souvent amené à utiliser des connecteurs complémentaires en face avant voire même parfois sur les faces mêmes des cartes. Ces connecteurs complémentaires sont alors reliés par des conducteurs rassemblés en câbles pour faciliter l'extraction des cartes. Il est donc tout fait souhaitable de limiter au maximum le nombre de liaisons passant par les divers connecteurs. Cela est encore plus vrai pour les liaisons à fort débit qui nécessitent des précautions particulières, telles que des liaisons par câble coaxial, qui sont très délicates à mettre en oeuvre dans un tel environnement. Pour permettre une liaison a fort débit entre les cartes sans utiliser de connecteur, ni de conducteur matériel, l'invention propose un système d'interconnexion de cartes de circuit imprimé, dans lequel deux de ces cartes sont placées côte à côte avec chacune une face en regard d'une face de l'autre carte essentiellement caractérisé en ce que l'une de ces faces comporte un émetteur optique alimenté par des signaux à transmettre entre les deux cartes, et que l'autre de ces faces comporte un récepteur optique excité par le rayonnement émis par l'émetteur et délivrant les signaux reçus à la carte qui le supporte; D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante faite en regard de la figure annexée, qui représente deux fragments de cartes comportant des organes électrooptiques qui assurent leur interconnexion. Sur la figure deux cartes 100 et 200 sont placées côte à côte dans un panier avec leurs faces respectivement 101 et 201 supportant les composants regardant du côté droit de la figure, et leurs faces respectivement 102 et 202 sur lesquelles sont soudées les connexions composants regardant du côté gauche de la figure. Parmi les composants qu'elle comprend sur sa face 101, la carte 100 comporte une diode émettrice de lumière dite DEL 103 et une photodiode 104. Les fenêtres optiques de ces composants sont dirigées vers la droite de la figure et regardent donc vers la face 202 de la carte 200. Leurs connexions traversent la carte par des trous et sont soudées sur les pistes de la face 102 de manière ordinaire comme les autres composants de la carte. La carte 200 comprend une DEL 203 et une' photo-diode 204, qui sont insérées dans des trous percés dans la carte de manière que leurs fenêtres optiques émergent par la face 202 de cette carte, donc du côté soudure, et regardent. la face 101 de la carte 100. Selon la technologie utilisée, les trous seront d'un diamètre tel que les composants y soient immobilisés par frottement dur, ou à l'aide d'une goutte de colle par exemple. Les fils de connexion de ces deux composants sont recourbés pour revenir vers la face 201 de la plaque 200, traverser cette plaque par des trous, et être soudés sur les pistes portées par la face 202. Les emplacements des composants 103 et 104 sur la carte 100, et des composants 203 et 200 sur la carte 200, sont tels que la DEL 103 est en face de la photo-diode 204 et la photo-diode 104 en face de la DEL 203. Ainsi la lumière émise par la DEL 103 est reçue par la photo-diode 204, et la lumière émise par la DEL 203 est reçue par la photo-diode 104. Les distances entre la DEL et la photo-diode d'une même carte sont telles que la lumière reçue par la photo-diode en provenance de la DEL, due par exemple à des réflections parasites sur la photo-diode de l'autre carte ou sur cette même autre carte soit minimum. Ainsi donc, en alimentant la DEL 103 par un signal modulé, on obtiendra sur les connexions de la photo-diode 204 ce même signal modulé qui pourra être utilisé dans les circuits de la carte 200, en réalisant ainsi une liaison optique intercarte entre les cartes 100 et 200. De même on aura une liaison optique intercarte dans l'autre sens entre les cartes 200 et 100 par la DEL 203 et la photo-diode 104. Ces liaisons présentent l'avantage de ne pas encombrer les connecteurs de la carte et de ne nécessiter aucune manoeuvre particulière d'enfichage ou de défichage d'un connecteur. Elles ne peuvent bien entendu supporter qu'un seul circuit, mais sont à large bande et donc particulièrement adaptées pour des liaisons séries à très grand débit d'informations. On peut utiliser pour les DEL 103 et 203 des composants standards, par exemple du type connu SE 100S qui permettent, lorsqu'ils sorít alimentés par un circuit présentant une compensation en fréquence, ellemême connue, d'obtenir une bande passante d'environ 200 MHz. On peut également utiliser une DEL de type connu sous le nom anglo-saxon "Edge Emitter", qui émet la lumière par la tranche, comme dans le cas d'une diode laser mais dont l'émission n'est pas cohérente. Une telle DEL permet d'obtenir la bande passante de 200 MHz sans circuit de compensation en fréquence particulière. Les photo-diodes de réception 104 et 204 peuvent être par exemple des photo-diodes du type PIN au silicium montées dans un boîtier généralement muni d'une lentille, telle que le type connu SIR 100. En faisant le bilan énergétique d'une telle liaison on obtient les chiffres suivants: - Puissance lumineuse émise par la DEL : O dBm - Pertes dues à la température (700C) : - 07dB - Pertes dues à la distance entre carte (17rem max avec une ouverture numérique de la DEL sensiblement égale à 0,64 et une ouverture numérique de la photo-diode sensiblement égale à 0,11): -15,3 dB. - Pertes dues à la compensation en fréquence: -3 dB - Pertes dues à la température du récepteur : -1 dB Dans ces conditions la puissance lumineuse reçue par la photo-diode est sensiblement égale à -20 dBm. On sait qu'une photo-diode PIN au silicium permet de recevoir un débit de 170 Mbits par seconde en NRZ pour un taux d'erreur de (valeurs typique pour une liaison haut débit entre cartes) lorsqu'elle reçoit une puissance lumineuse qui peut être aussi basse que -35dBM. On constate donc que l'on peut disposer d'une marge tout à fait confortable pouvant atteindre 15 dB. Il est bien clair que, comme dans toutes les liaisons optiques, les risques de pollution des fenêtres des composants émetteurs et récepteurs, par exemple par des poussières, posent un problème. Pour garder la simplicité du dispositif, la solution la plus simple pour résoudre ce problème consiste à augmenter la marge de puissance de la liaison. Pour cela on peut tout d'abord munir les fenêtres de sortie des DEL avec des lentilles semblables à celles que l'on trouve de manière systématique sur les fenêtres des photo-diodes. On diminue ainsi l'ouverture numérique de la DEL, ce qui permet d'augmenter la quantité de lumière reçue par la photo-diode. On peut ensuite rapprocher la DEL émettrice de la photo-diode réceptrice jusqu'à la distance minimum permise par la tolérance sur l'écartement sur les cartes. On sait que cette tolérance est de manière courante de plus ou moins 2 millimètres pour un espacement normal de 15 mm. En rapprochant ainsi la DEL de la phot#diode, jusque par exemple 5 mm pour obtenir une marge confortable, on augmente là aussi la quantité de lumière reçue par la photo-diode, sans que la tolérance sur le positionnement latéral des cartes intervienne de manière sensible puisque cette tolérance est de manière courante de plus ou moins 1 mm, ce qui permet de centrer tout à fait correctement la photo-diode réceptrice dans le faisceau lumineux lequel, même si la DEL est munie d'une lentille, est relativement large. Pour rapprocher ainsi- ces éléments on aura intérêt à éloigner la DEL 103 et la photo-diode 104 de la face 101 de la carte 100 plutôt que d'agir sur la DEL 203 ou la photo-diode 204. En effet si ces éléments peuvent supporter la température de la vague de soudure, qui permet de souder les composants sur la carte en venant lécher la face 202 pendant un court instant, il convient de ne pas les faire trop déborder de cette face 202, pour éviter de venir heurter les éléments de la machine à souder, tels que ceux qui crèent la vague de soudure. Ce problème ne se présente pas pour les éléments qui se trouvent du côté composant de la plaque 100, et qui peuvent être de plus maintenus sur un support approprié qui les écarte de la face 101 pour les rapprocher de la face 200. L'invention s'étend également au cas où l'on veut établir une liaison série entre plusieurs cartes successives. Dans ce cas il faudra installer sur chaque carte intermédiaire une DEL et une photo-diode supplémentaire tournées de l'autre sens par rapport à celles déjà décrites, pour pouvoir retransmettre le signal reçu de l'autre carte vers la suivante en alimentant la DEL d'un côté par la photo-diode de l'autre par l'intermédiaire d'un circuit de régénération du signal. REVENDICATIONS 1. Système d'interconnexion de cartes de circuit imprimé, dans lequel deux de ces cartes sont placées côte à côte avec chacune une face en regard d'une face de l'autre carte, caractérisé en ce que l'une (101) de ces faces comporte un premier émetteur optique (103) alimenté par des signaux à transmettre entre les deux cartes, et que l'autre de ces faces comporte un premier récepteur optique (204) excité par le rayonnement émis par l'émetteur et délivrant les signaux reçus à la carte qui le supporte. 2. Système selon la revendications 1, caractérisé en ce que la face (101) qui comporte un premier émetteur (103) comporte également un deuxième récepteur optique (104), et que la face (202) qui comporte un premier récepteur (204) comporte également un deuxième émetteur optique (203) qui excite le deuxième récepteur pour permettre une transmission bilatérale entre les deux cartes. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou Z comportant un ensemble de cartes placées côte à côte dans un panier, caractérisé en ce que les cartes situées entre les deux cartes extrêmes comprennent au moins un émetteur optique supplémentaire (203) et un récepteur optique supplémentaire (204) situés sur la face qui ne comporte pas les autres, pour permettre un relayage de l'interconnexion optique le long des cartes du panier. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les cartes supportent les composants sur une seule de leurs deux faces, et ces faces supportant les composants sont toutes tournées du même côté, caractérisé en ce que les émetteurs et récepteurs optiques (203, 204) situés sur la face qui ne comporte pas de composant sont insérés dans des trous pratiqués dans la carte, avec leurs fenêtres optiques débouchant du côté qui ne comporte pas de composant et leurs connexions débouchant du côté des composants.