Brevet FR2570231A1 — publié le 19860314

La présente invention concerne des récepteurs d'ondes lumineuses qui utilisent des amplificateurs à transimpédance et, en particulier, un amplificateur à transimpédance de faible puissance de type perfectionné. Dans un récepteur optique qu'on utilise sous l'eau, une photodiode reçoit un signal optique et le con- vertit en un signal électrique. Il est souhaitable qu'un tel récepteur utilise une très faible tension et une fai- ble puissance, de préférence moins d'un dixième de watt. Un ampliticateur à transimpédance est un type d'amplifi- cateur qui convient dans cette application. Le brevet des E.U.A. n 4 420 724 décrit un amplificateur à transimpédance de l'art antérieur. Cet amplificateur consomme quatre dixièmes de watt. En outre, dans cet amplificateur, on doit régler la résistance de drain du transistor à effet de champ (TEC) pour chaque amplificateur, du fait que le TEC est couplé en courant continu à un transistor PNP. Il est souhaitable d'élimi- ner l'opération consistant à régler séparément la résis- tance de drain de chaque amplificateur à transimpédance ou récepteur optique. Le mode de réalisation de l'invention présenté à titre d'exemple montre un récepteur optique perfection- né prévu pour l'utilisation dans un système de transmis- sion sous-marin utilisant un amplificateur à transimpé- dance. Dans l'amplificateur perfectionné, le drain du TEC est connecté à l'émetteur du transistor PNP par un cou- plage en courant alternatif, c'est-à-dire par un conden- sateur, ce qui permet à la tension de drain de varier autour d'une valeur prédéterminée sans affecter la polari- sation du circuit en courant continu. Du fait que le TEC fonctionne en alternatif sans affecter la polarisation con- tinue du circuit connecté au transistor PNP, il n'est plus nécessaire de régler la résistance de drain du TEC. En outre, une seule tension d'alimentation de +5 volts est né- 2 2570231 cessaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre un amplificateur à transim- pédance de l'art antérieur pour un récepteur optique; et La figure 2 montre l'amplificateur à transim- pédance perfectionné conforme à l'invention. La figure 1 montre une version de l'art anté- rieur d'un amplificateur à transimpédance prévu pour l'uti- lisation en récepteur optique dans un système de télécom- munication optique. Un tel amplificateur à transimpédance est représenté dans le brevet précité. En considérant plus particulièrement la figure 1, on note que le drain 150 du transistor à effet de champ (TEC) 102 est couplé en courant continu à l'émetteur du transistor PNP 103. On doit régler une résistance variable 110 pour polariser correctement l'amplificateur, du fait que la tension d'émetteur du transistor PNP 103 est commandée par la ten- sion de drain du TEC 102. Dans le cas contraire,une satu- ration ou un blocage de l'amplificateur peuvent se produi- re du fait de la variation des caractéristiques d'un TEC à un autre. Le bon fonctionnement des étages qui suivent le TEC 102, c'est-à-dire le transistor PNP 103 et le transis- tor NPN 105, dépend des tensions de polarisation précises produites par la résistance de polarisation variable 110. Une tension d'alimentation négative 160, telle que -5,2 V, et deux tensions d'alimentation positives différentes 154 et 159, ayant des valeurs respectives de +5 volts et de + 10 volts, sont nécessaires pour faire fonctionner cet amplificateur. Les +5 et -5,2 volts sont nécessaires pour fournir les tensions pour les transistors 102, 103 et 105, et les +10 volts sont nécessaires pour appliquer la pola- risation inverse appropriée à la diode PIN 101. 3 2570231 La figure 2 montre un mode de réalisation préfé- ré d'un amplificateur à transimpédance perfectionné con- forme à l'invention. Plus précisément, le perfectionnement consiste dans le couplage du drain 250 du TEC 202 à l'émet- teur 256 du transistor PNP 203 au moyen du condensateur 211. Du fait de cette connexion, la tension au point de polarisation 204, qui est prépositionnée à une valeur prédéterminée par la tension de polarisation continue, peut varier autour de cette valeur prédéterminée, ce qui permet de se dispenser d'une résistance variable telle que l'élément 110 de la figure 1. Les étages 203 et 205 qui suivent le TEC 202 sont polarisés indépendamment du TEC 202 par des résistan- ces 217 et 218, de façon que ces étages fonctionnent cor- rectement même si la tension au point de polarisation 204 varie. En outre, du fait qu'un couplage en alternatif est établi vers l'émetteur 206 du transistor 203, la polari- sation continue du collecteur 255 du transistor 203 peut être fixée de façon appropriée sans nécessiter une ten- sion d'alimentation négative. Dans le circuit de l'art antérieur de la figure 1, la tension d'alimentation néga- tive 160 est nécessaire pour faire fonctionner le tran- sistor 103, à cause du couplage-en continu entre le TEC 102 et le transistor 103. On polarise le drain 250 du TEC 202 au moyen des résistances 207 et 212, et on polarise la source 257 du TEC 202 au moyen de la résistance 210 et du condensateur 234. On polarise la grille 258 du TEC 202 au moyen de la résistance de réaction 206. Dans le circuit de l'art antérieur de la figure 1, on utilise une alimentation 159 de +10 V pour faire fonc- tionner la diode PIN 101. Cependant, comme le montre la fi- gure 2, une telle alimentation n'est pas nécessaire du fait qu'une polarisation inverse de +5 V, fournie par la source 259,- est suffisante pour faire fonctionner la diode PIN 201. La source 259 de +5 V est connectée à l'inductance 228, 4 2570231 qu'on utilise à la place d'une résistance pour découpler le bruit par rapport au circuit. Ceci évite la chute de tension aux bornes de la résistance et permet un fonction- nement avec une alimentation à faible tension. On supprime un potentiomètre correspondant au potentiomètre 110 sur la figure 1 en adoptant une nouvelle configuration de po- larisation dans laquelle le condensateur de couplage 211 bloque la tension continue entre le TEC 202 et le transis- tor PNP 203, qui se combinent pour former un amplificateur cascode. Le condensateur 229 bloque la tension continue provenant de la sortie du circuit. Les condensateurs 223, 224, 225 et 227 font fonction de condensateurs de décou- plage, en établissant des masses en alternatif pour le circuit. Les résistances 209, 212 et 220 font fonction de résistances de découplage. Les résistances 213 et 214 dé- terminent le courant de polarisation du transistor 203; les résistances 210 et 207 déterminent le courant de pola- risation pour le TEC 202; les résistances 217 et 218 dé- terminent le point de polarisation pour le transistor PNP 203; et la résistance 221 détermine le point de polarisa- tion pour le transistor NPN 205. Du fait que le TEC 202 et le transistor 203 for- ment un amolificateur en cascade, la charge en alternatif sur le drain 250 du TEC 202 est égale à la résistance en alternatif de l'émetteur du transistor PNP 203. Le gain en boucle ouverte de l'amplificateur est déterminé par la transconductance du TEC et par la résistance 214. Le tran- sistor 205 est branché en transistor à charge d'émetteur dans le circuit de la figure 2, ce qui procure à la fois la sortie à faible impédance désirée et une résistance de charge élevée pour la sortie de l'amplificateur en cascoae,de façon que la charge imposée par les étages suivants n'at- ténue pas le signal. L'invention offre les avantages suivants: 1) une réduction de la puissance consommée par le circuit (100 milliwatts dans un mode de réalisation); 2) le récepteur absorbe moins de courant (20 mA seulement dans un mode de réalisation); 3) une tension d'alimentation d'une seule polarité, de +5 V, est suffisante; 4) la largeur de ban- de est améliorée (jusqu'à 25 MHz dans un mode de réalisa- tion);et 5) la dynamique du récepteur optique est étendue (depuis un signal minimal de -51-dBm jusqu'à un signal maximal de -18 dBm, soit 33 dB, dans un mode de réalisa- tion). Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Récepteur optique comprenant une photodiode et un amplificateur à transimpédance perfectionné pour amplifier le signal provenant de cette photodiode, carac- térisé en ce qu'il comprend un transistor à effet de champ destiné à amplifier le signal provenant de la pho- todiode, un transistor, et des moyens de couplage desti- nés à établir un couplage en courant alternatif entre le drain du transistor à effet de champ et l'émetteur du transistor. 2. Amplificateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens de couplage en courant alternatif consistent en un condensateur. 3. Amplificateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la tension de drain du transistor à effet de champ peut varier indépendamment du niveau de polarisation en continu des composants restants de l'am- plicateur. 4. Amplificateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le transistor à effet de champ, le transistor suivant et le couplage en courant alternatif entre le transistor à effet de champ et le transistor suivant ont pour action de réduire notablement les exi- gences de tension du circuit.