Brevet FR2566205A1 — publié le 19851220

La présente invention concerne le contrôle d'un dispositif atténuateur/amplificateur à commande automatique de gain, en particulier pour récepteurs optiques. La structure des récepteurs optiques classiques comportant un dispositif atténuateur/amplificateur à commande automatique de gain est représentée sur la figure 1 annexée. Sur cette figure 1, on apersoit en particulier un élément récepteur optique 10 et un dispositif atténuateur/ amplificateur 20. L'élément récepteur optique 10 est avantageusement formé d'une photodiode type PIN, tandis que le dispositif atténuateur/ amplificateur est avantageusement une diode type PIN. On rappelle que les composants semi-conducteurs à jonction, de type PIN, sont formés d'une jonction P-N comportant entre les deux régions P et N fortement dopées une zone intrinsèque de très faible dopage. On sait que la résistance d'une telle jonction peut être modulée par le courant direct moyen. Les diodes de type PIN trouvent couramment leurs applications dans les circuits d'atténuation. Plus précisément, l'élément récepteur optique 10photodiode PIN- est chargé par une impédance série référencée Z1 par l'intermédiaire de laquelle est assurée la polarisation dudit élément récepteur optique 10. Ce dernier transforme le rayonnement lumineux reçu, en un signal électrique de réception appliqué à l'entrée du dispositif atténuateur/amplificateur 20. Plus précisément, le signal électrique de réception présent au point commun entre l'anode de la photiode PIN 10 et l'impédance de charge Z1 est appliqué par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage C1 à l'entrée 11 d'un préamplifica- teur A1 dont la sortie 12 est reliée à l'entrée 21 du dispositif atténuateur/amplificateur 20. La sortie 22 de ce dispositif est reliée à l'entrée 31 d'un amplificateur A2 dont la sortie 32 est reliée à la borne de sortie 40 du récepteur optique à commande automatique de gain. Par ailleurs, 11 entrée 23 de commande de gain du dispositif atténuateur/amplificateur 20 est attaquée par une boucle de contre-réaction 50 dont la structure va maintenant être décrite plus en détail. D'une façon générale, cette boucle 50 comprend un filtre 60 dont l'entrée 61 est reliée à la sortie 40 du récepteur, et dont la sortie 62 attaque l'entrée 71 d'un détecteur 70. La sortie 72 de ce détecteur 70 attaque une entrée 81 d'un comparateur 80 qui reçoit sur sa seconde entrée 82 un signal de référenceRef . La sortie 83 du comparateur 80 est reliée à l'entrée 23 de commande de gain du dispositif atténuateur/amplificateur 20. Le détecteur 70 précité peut être par exemple un détecteur crête, un détecteur crête-crête, ou encore un détecteur de tension efficace. On sait que le courant photodétecté par une photodiode type PIN 10 est directement proportionnel au niveau de puissance optique reçu. Pour fonctionner en commande automatique de gain, c'est-à-dire maintenir constant le niveau de sortie du récepteur optique quand le niveau d'entrée appliqué à l'entrée du récepteur, en l'espèce le niveau du rayonnement lumineux incident sur l'élément récepteur optique 10,varie dans des proportions importantes, le détecteur 70 doit mesurer l'amplitude d'une des porteuses du signal électrique de réception non modulée en amplitude. Pour ce faire, selon une première variante, le détecteur 70 peut mesurer l'amplitude d'une des porteuses du signal électrique de réception, modulée en phase ou en fréquence. Cette première variante nécessite cependant l'em ploi d'un filtre 60 dont la bande passante est rigoureusement plane. Dans le cas contraire, le signal appliqué au détecteur 70 dépend du signal modulant, c'est-d-dire des informations transmises. Selon une seconde variante, on peut envisager de superposer une porteuse spécifique de référence,non modulée, au signal transmis et reçu sous forme optique sur l'élément récepteur optique. Une telle superposition d'une porteuse spécifique présente cependant de nombreux inconvénients. Cette disposition requiert en particulier l'utilisation d'un oscillateur local par émetteur. Cette dispositif entraîne de plus une dégradation du rapport signal à bruit pour les porteuses utiles qui sont modulées par les informations. Par ailleurs, la porteuse de référence demande une part d'énergie au détriment des autres porteuses. Cette disposition nécessite également un filtre passe-bande. I1 est important en outre de noter qu'en cas d'absence accidentelle de la porteuse de référence, les signaux en sortie du récepteur peuvent être fortement perturbés (écrêtage, intermodulation ...). D'une façon plus générale, on notera que l'utilísa- tion d'une boucle de réaction, telle que représentée sur la figure 1, impose un temps de réponse non négligeable. La présente invention vient maintenant proposer un dispositif de contrôle d'un dispositif atténuateur/amplificateur à commande automatique de gain,en particùlier pour récepteur optique, qui est plus simple et plus fiable que les procédés et dispositifssimilaires antérieurement proposés. Par ailleurs, selon une caractéristique importante de la présente invention, le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de réduire considérablement le temps de réponse du système. Le procédé de contrôle d'un dispositif atténuateuri amplificateur à commande automatique de gain pour récepteur optique, conforme à la présente invention, comprend les étapes consistant i) à transformer un rayonnement lumineux reçu sur un élément récepteur optique en un signal électrique de réception, selon une fonction de transformation prédéterminée de la puissance optique reçue, ii) à appliquer le signal électrique de réception sur l'entrée du dispositif atténuateur /amplificateur et iii) à appliquer le signal électrique de réception sur un étage de commande de gain du dispositif atténuateur/ amplificateur dont les caractéristiques sont adaptées pour assurer une atténuation du dispositif atténuateur/ amplificateur liée à la valeur moyenne du signal électrique de réception, par ladite fonction prédéterminée, soit un gain lié à cette valeur moyenne par une fonction inverse de la fonction prédéterminée. Le récepteur optique à commande automatique de gain conforme à la présente invention comprend - un élément récepteur lumineux apte à transformer un rayonnement lumineux incident en un signal électrique de réception, selon une fonction de transformation prédéterminée de la puissance optique reçue, - un dispositif atténuateur/amplifiàateur recevant en entrée le 'signal électrique de réception et intercalé dans une chaine d'amplification du récepteur, - un étage de commande de gain qui est attaqué par le signal électrique de réception et dont les caractéristiques sont adaptées pour assurer une atténuation du dispositif atténuateur/amplificateur liée à la valeur moyenne du signal électrique de réception par ladite fonction prédéterminée, soit un gain lié à cette valeur moyenne par une fonction inverse de la fonction prédéterminée. De préférence, selon l'invention, l'amplitude du signal électrique de réception est proportionnelle au niveau de puissance optique reçue et l'atténuation du dispositif atténuateur/amplificateur est proportionnelle à la valeur moyenne du signal électrique de réception, - le gain étant inversement proportionnel à cette valeur moyenne. Selon une caractéristique préférentielle de la présente invention, un élément de détection sensible à la valeur moyenne du signal électrique de réception est intercalé entre l'élémentrécepteur lumineux et l'étage de commande de gain. Un tel élément de détection comprend avantageusement un filtre passe-bas. Par ailleurs, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif atténuateur/amplificateur est une diode type PIN, tandis que l'élément récepteur lumineux est une photodiode type PIN. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'étage de commande de gain comprend un étage amplificateur à croissance de gain de type exponentiel, qui reçoit à l'entrée le signal électrique de réception. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'étage amplificateur à croissance de gain de type exponentiel comprend un arig?li- ficateur opératioeneldont l'entrée non inverseuse reçoit le signal électrique de réception, dont l'entrée inverseuse est connectée, par l'intermédiaire d'une diode à un potentiel de référence, et qui est 'munie d'une résistance de contre-réaction connectée entre sa sortie et son entrée inverseuse. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre donnée à titre d'exemples non limitatifs de modes de réalisation préférentiels de la présente invention, et en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 ayant déjà été décrite, - la figure 2 représente schématiquement un dispositif récepteur optique conforme à la présente invention, - la figure 3 illustre un mode de réalisation particulier de ce récepteur optique. On aperçoit sur la figure 2 un élément récepteur optique 110, avantageusement une photodiode type PIN, dont l'anode est reliée à une impédance de charge Z1 et de polarisation, connectée à la masse. La sortie de l'élément récepteur optique 110, formé par le point commun à cet élément et à l'impédance de charge Z1, est reliée par l'interm6- diaire d'un condensateur de découplage C1 à l'entrée 111 d'un préamplificateur A1. La sortie 112 de ce dernier est reliée à l'entrée 121 d'un dispositif atténuateur/amplificateur 120. Comme cela a été précédemment évoqué, un tel dispositif atténuateur /amplificateur 120 est constitué avantageusement d'une diode PIN. La sortie 122 du dispositif attdnuateur/amplifica- teur 120 est reliée à l'entrée 131 d'un second amplificateur A2 dont la sortie 132 est reliée à la sortie 140du récepteur optique. Par ailleurs, selon l'invention, le signal électrique de réception obtenu en sortie de l'élément récepteur optique 110, est appliqué par l'intermédiaire d'une liaison 160 à l'entrée 151 d'un étage de gain 150 du dispositif atténuateur/amplificateur 120. Selon l'invention, les caractéristiques de l'étage de commande de gain 150 sont adaptées pour assurer une atténuation de l'organe 'atténuateur /ampl i ficateur 120 proportionnelle à la valeur moyenne du signal électrique de réception obtenue en sortie de l'élément récepteur optique 110. En d'autres termes, les caractéristiques de l'étage de commande de gain 150 sont adaptées pour assurer un gain de l'organe atténuateur/amplificateur 120, inversement proportionnel à la valeur moyenne dudit signal électrique de réception. Pour ce faire, selon les caractéristiques en fré quence du signal électrique de réception obtenu en sortie de l'élément récepteur optique 110, un filtre passe-bas 170 schématiquement illustré en traits interrompus sur la figure 2, peut Qtre intercalé sur la ligne 160 en amont de l'entrée 151. Plus précisément, selon l'invention, l'étage de commande dé gain 150 est adapté de telle sorte que le dispositif atténuateur/amplificateur 120 placé dans la channe d'amplification du récepteur optique présente une atténuation qui soit directement proportionnelle au courant photodétecté moyen 1p issus de la photodiode type PIN 110. En d'autres termes, le dispositif atténuateur/amplificateur présente un gain inversement-proportionnel au courant photodétecté moyen Ip. De ce fait, puisque (1) p relation dans laquelle G = gain du dispositif atténuateur/amplificateur 120, K' = constante, Ip = courant photodétecté moyen, (2) #Ip = 2m relation dans laquelle #Ip = modulation du courant photodétecté, m = taux de modulation, et (3) AUS = Ap . A11. G . A21 = #Ip . A11. K . A21 IP relation dans laquelle AUS = modulation de tension en sortie 140 du récepteur optique A11 = gain du préamplificateur A1 et A21 = gain de l'amplificateur A2, alors (4) AUS = 2m A K L'amplitude des signaux en sortie du récepteur optique est donc indépendante du niveau de puissance optique reçue. On remarquera que à l'opposé des réalisations antérieures, le dispositif de commande automatique de gain, selon l'invention, ne nécessite aucune porteuse spécifique de référence. De plus, en comparaison aux cas classiques d'un asservissement basé sur la mesure de l'amplitude d'une porteuse modulée en phase ou en fréquence, le dispositif selon l'invention ne requiert aucun filtre complexe. Enfin et surtout, le temps de réponse du dispositif à commande automatique de gain est très notablement réduit. On va maintenant décrire le mode de réalisation particulier d'un dispositif conforme à la présente invention représenté sur la figure 3. Sur cette figure, on retrouve une photodiode type PIN 110 dont l'anode est reliée à une résistance de charge R1 connectée par ailleurs à la masse. La cathode de la photodiode PIN 110 est-reliée à une borne d'alimentation positive +Vcc. L'anode de la photodiode PIN 110 est par ailleurs reliée par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage C1 à l'entrée 111 d'un préamplificateur A1. La sortie 112 de ce préamplificateur A1 est reliée à la base d'un transistor NPN T1. Une résistance R2 est connectée en parallèle de la photodiode PIN 110. Les valeurs des résistances R1 et R2, connectées en série, sont déterminées pour assurer un niveau de signal sur l'anode de la photodiode PIN 110 compatible avec les étages montés en aval du récepteur recevant ce signal de la cellule de réception 110, R1, R2. L'émetteur du transistor T1 est relié à la masse du montage par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation R tandis que le collecteur du transistor T1 est relié à la borne d'alimentation positive +Vcc par l'inter- médiaire d'une résistance de charge R4. De plus, le collecteur du transistor T1 est relié par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison C2 à l'entrée 121 du dispositif atténuateur/amplificateur 120. En l'espèce, ce dispositif est formé d'une diode D1 type PIN dont la cathode est reliée à la masse et l'anode constitue l'entrée 121 précitée. L'anode de cette diode PIN D1 est par ailleurs reliée par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison C3 à la base d'un transistor NPN T2. Le collecteur du transistor T2 est relié à la borne d'alimentation positive +Vcc du montage par l'intermédiaire d'une résistance R5, tandis que l'émetteur du transistor T2 est relié par l'intermédiaired'une résistance R6 à la masse du montage. L'émetteur du transistor T2 est relié par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison C4 à l'entrée 131 de l'amplificateur A2 dont la sortie 132 est reliée à la sortie 140 du récepteur optique. - On sait que la résistance d'une diode PIN est liée au courant direct moyen traversant celle-ci, par une fonction à décroissance exponentielle (courbe du type exponentielle à coefficient négatif). De ce fait, pour réaliser un dispositif atténuateur/ amplificateur 130 dont le gain est inversement proportionnel au courant photodétecté moyen, on réalise selon l'invention un étage de commande de gain 150 qui comprend, comme représenté sur la figure 3, un étage amplificateur dont le gain répond à une Ibnction à croissance exponentielle. Pour ce faire, plus précisément, l'anode de la photodiode PIN 110 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R7 à l'entrée non inverseuse 151 d'un amplificateur opérationnel OP1, dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R8 à l'anode 121 de la diode PIN 120 formant atténuateur. Par ailleurs, la borne de la résistance R7 connectée à l'entrée non-inverseuse 151 de l'amplificateur opérationnel OP1 est connectée à la masse du montage par l'intermédiaire d'un condensateur C5. La résistance R7 et le condensateur C5 sont adaptés pour former un filtre passe-bas attaquant l'amplifica- teur opérationnel OP1. La sortie 153 de l'amplificateur opérationnel OP1 est reliée à l'entrée inverseuse 152 de ce dernier par l'intermédiaire d'une résistance Rg de contre-réaction. De plus, l'entrée inverseuse 152 de l:amplifica- teur opérationnel OP1 est reliée à l'anode d'une diode D2 dont la cathode est reliée à la masse du montage. Enfin, la sortie 153 de l'amplificateur opérationnel OP1 est reliée à l'anode d'une diode D3 dont la cathode est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R10 à l'anode 121 de la diode PIN D1. Ainsi, la cellule série D3-R10 est reliée en parallèle de la résistance R8. Les caractéristiques non linéaires de l'-étage amplificateur 150 sont dues à la présence de la diode D2 qui augmente le gain de cet étage en liaison avec les augmentations du courant photodétecté-moyen Ip. Selon un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple non limitatif - la photodiode PIN 110 est du type : SR 4030 commercialisée par la Société THOMSON-DCM, - la résistance R1 a une valeur de 18K#, - la résistance R2 a une valeur de 689KQ, - la résistance R3 a une valeur de 39Q, - la résistance R4 a une valeur de 180#, - la résistance R5 a une valeur de 10Q, - la résistance R6 a une valeur de 330Q, - la résistance R7 a une valeur de 180K#, - la résistance R8 a une valeur de 820#, - la résistance R9 a une valeur de 1oKQs - la résistance R10 a une valeur de 220RI - les transistors T1 et T2 sont du type BPR 91A, - la diode PIN Di, 120, est du type BA 479, - les diodes D2 et D3 sont du type 1N4449, - le condensateur C a une valeur de 22nF - les condensateurs C2 et C3 ont une valeur de 2,2il, - le condensateur C4 a une valeur de 22 nF - le condensateur C5 a une valeur de 0,1 F, - l'amplificateur opérationnel OP1 est du type LM324. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle d'un dispositif atténuateur/amplificateur à commande automatique de gain pour récepteur optique, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant i) à transformer un rayonnement lumineux reçu sur un élément récepteur optique (110) en un signal électrique de réception, selon une fonction de transformation prédéterminée de la puissance optique reçue, ii) à appliquer le signal électrique de réception sur l'entrée (121) du dispositif atténuateur/amplificateur (D1, 120) et iii) à appliquer le signal électrique de réception sur un étage (150) de commande de gain du dispositif atténuateur/ amplificateur (120), dont les caractéristiques sont adaptées pour assurer une atténuation du dispositif atténuateur/amplificateur (120), liée à la valeur moyenne du signal électrique de réception, par ladite fonction prédéterminée, soit un gain lié à cette valeur moyenne par une fonction inverse de la fonction prédéterminée. 2. Procédé de contrôle d'un dispositif atténuateur/ amplificateur à commande automatique de gain selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'amplitude du signal électrique de réception est proportionnelle à la puissance optique reçue et l'atténuation du dispositif atténuateur/amplificateur est proportionnelle à la valeur moyenne du signal électrique de réception, le gain étant inversement proportionnel à cette valeur moyenne. 3. Procédé de contrôle d'un dispositif atténuateur/ amplificateur à commande automatique de gain selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le dispositif atténuateur/amplificateur (120) est une diode de type PIN(D1). 4. Procédé de contrôle d'un dispositif atténuateur/ amplificateur à commande automatique de gain pour récep teur optique selon l'une des revendications 1 à 3 , carac térisé par le fait que l'élément récepteur optique est une photodiode de type PIN. 5. Procédé de contrôle d'un dispositif atténuateur/ amplificateur à commande automatique de gain selon l'une des revendications 1 à 4,caractérisé par le fait que l'étage de commande de gain (150) est adapté pour assurer une atténuation de l'organe atténuateur/amplificateur (120) proportionnelle au courant moyen photodétecté par la photodiode PIN (110). 6. Procédé de contre d'un dispositif atténuateur/ amplificateur à commande automatique de gain pour récepteur optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'étage de commande de gain (150) comprend un étage amplificateur à croissance de gain de type exponentiel. 7. Procédé de contrôle d'un dispositif atténuateur/ amplificateur à commande automatique de gain pour récepteur optique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend l'étape intermédiaire consistant à filtrer (170) le signal électrique de réception à l'aide d'un filtre de type passe-bas. 8. Récepteur optique à commande automatique de gain, caractérisé par le fait qu'il comprend - un élément récepteur lumineux (110) apte à transformer un rayonnement lumineux incident en un signal électrique de réception, selon une fonction de transformation prédéterminée de la puissance optique reçue, - un dispositif atténuateur/ amplificateur (120) recevant en entrée le signal électrique de réception et intercalé dans une chaîne d'amplification (Al, A2) du récepteur, - un étage de commande de gain (150) qui est attaqué par le signal électrique de réception et dont les caracté- ristiques sont adaptées pour assurer une atténuation du dis positif atténuateur/amplificateur (120) liée à la valeur moyenne du signal électrique de réception par ladite fonction prédéterminée, soit un gain lié à cette valeur moyenne par une fonction inverse de la fonction prédéterminée. 9. Récepteur optique à commande automatique de gain selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'élément récepteur lumineux (10) transforme le rayonnement lumineux incident en un signal électrique de réception proportionnel à la puissance optique reçue, les caractéristiques de l'étage de commande de gain (150) étant adaptées pour assurer une atténuation du dispositif atténuateur/amplificateur proportionnelle à la valeur moyenne du signal électrique de réception, soit un gain inversement proportionnel à cette valeur moyenne. 10. Récepteur optique à commande automatique de gain selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait qu'un élément de détection (170) sensible à la valeur moyenne du signal électrique de réception est intercalé entre l'élément récepteur lumineux (110) et l'é- tage de commande de gain (150). 11. Récepteur optique à commande automatique de gain selon la revendication10, caractérisé par le fait que l'élément de détection comprend un filtre passe-bas (170). 12 . Récepteur optique à commande automatique de gain selon l'une des revendications 8 à11, caractérisé par le fait que le dispositif atténuateur/amplificateur (120) est une diode type PIN(D1). 13 . Récepteur optique à commande automatique de gain selon l'une des revendications 8 à 12 , caractérisé par le fait que l'élément récepteur lumineux (110) est une photodiode de type PIN. 14 Récepteur optique à commande automatique de ain selon llune des revendications 8 à 13 , caractérisé par le fait que l'étage de commande de gain (150) est adapté pour assurer une atténuation de l'organe atténuateur/amplificateur (120) proportionnelle au courant moyen photodétecté par l'élément récepteur lumineux (110). 15 Récepteur optique à commande automatique de gain selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé par le fait que l'étage de commande de gain comprend un étage amplificateur (150) à croissance de gain de type exponentiel qui reçoit à l'entrée le signal électrique de réception. 16 . Récepteur optique à commande aut--matique de gain selon la revendication 15, caractérisé par le fait que l'étage amplificateur (150) à croissance de gain de type exponentiel comprend un amplificateur opérationnel (OP1) dont l'entrée non-inverseuse (151) reçoit le signal électrique de réception , dont l'entrée inverseuse (152) est connectée, par l'intermédiaire d'une diode (D2) à un potentiel de référence, et qui est muni d'une résistance de contre-réaction (R3) connectée entre sa sortie (153) et son entrée inverseuse (152).