Brevet FR2582887A1 — publié le 19861205

La présente invention concerne un émetteur optique à diode émettant des radiations, comme, par exemple, une diode laser. Un tel émetteur peut être utilisé notamment dans la transmission de donnés sur fibres optiques pour réseaux locaux de télécommunications. Habituellement, le dispositif d'émission utilisé comprend un amplificateur de régulation commandant un transistor pilote alimentant la diode avec un courant asservi à l'aide d'un système de contre-réaction renvoyant l'image de ce courant à l'entrée de l'amplificateur. Un tel dispositif est décrit dans le certificat d'utilité français nO 80 03734 (2 452 807) déposé le 20 février 1980 par la société dite ROBERT BOSCH GMBH et intitulé "circuit limiteur pour laser à semi-conducteur". Grâce à ce dispositif, le courant circulant dans la diode laser est asservi et ceci malgré les variations de température ou les problèmes de vieillissement, mais le nombre important de transistors contenus dans l'amplificateur de régulation limite la bande passante du dispositif et empêche son utilisation dans des applications fonctionnant à haute fréquence. L'objet de la présente invention est de diminuer le nombre de transistors pour avoir une large bande passante tout en conservant un gain de boucle maximal pour avoir une bonne linéarité aux forts signaux. Selon l'invention, on utilise un amplificateur différentiel dont l'une des sorties commande le transistor pilote après amplification uniquement en basse fréquence et dont l'autre sortie commande directement le transistor pilote uniquement en haute fréquence. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure I est un schéma de principe d'un émetteur optique à diode laser semi-conducteur connu - la figure 2 représente le schéma d'un émetteur optique à diode laser semi-conducteur selon l'invention - la figure 3 représente le schéma d'un émetteur optique à diode électro luminescente selon l'invention ; et - la figure 4 est le schéma d'un mode de réalisation à structure univer selle. La figure 1 représente un schéma de principe d'un émetteur optique à diode laser semi-conducteur composé d'un amplificateur opérationnel Al dont la sortie est reliée.à la base d'un transistor T du type NPN dont l'émetteur est connecté à la tension d'alimentation négative -VA de l'amplificateur opérationnel Al et dont le collecteur fournit un courant IL à la cathode d'une diode laser CRL dont l'anode est reliée à la masse. Les entrées de cet amplificateur opérationnel Al sont chacune reliées à la masse par l'intermédiaire d'une résistance RE ; l'entrée non inverseuse reçoit de plus un premier signal E'1 par l'intermédiaire d'une résistance REI et, par l'intermédiaire d'une autre résistance REI de valeur identique, l'entrée inverseuse reçoit un second signal E'2.Un photodétecteur CR est connecté entre l'entrée inverseuse et la masse. Ce photodétecteur fournit un courant IR ayant un coefficient de proportion nalité k avec la puissance P émise par la diode laser CRL et allant de la masse vers l1entrée inverseuse. Si l'on considère le gain de l'amplificateur opérationnel Al suffisamment grand, on peut facilement montrer que Ainsi la puissance P émise par la diode laser CRL est asservie à la différence des premier et second signaux E'l, E'2 et elle est nulle, en particulier, lorsque les signaux sont nuls. De plus, ce montage dont la linéarité peut être importante permet, grâce à sa fonction de sommation obtenue au signe près, la superposition de plusieurs canaux de transmission.Cependant, le gain de boucle élevé, assurant la linéarité du montage, est obtenu grâce à l'utilisation d'un grand nombre de transistors ce qui diminue la bande passante maximale possible. I1 s'agit donc d'obtenir, en fonction de la fréquence de travail désirée, un gain de boucle maximal. La figure 2 représente le schéma d'un émetteur optique à diode laser selon l'invention. Un amplificateur différentiel, formé d'un premier et d'un second transistor T3, T4 du type PNP, dont les émetteurs sont reliés et connectés à l'alimentation positive +V du circuit par l'intermédiaire d'une résistance RO et dont les collecteurs sont reliés à l'alimentation négative -V par l'intermédiaire de deux résistances R3, R4, a ses deux entrées reliées à l'émetteur de deux transistors Ti, T2 du type NPN par l'intermédiaire de deux résistances R1 identiques et reliées à la masse par l'intermédiaire de deux résistances R identiques. Les transistors Ti, T2 ont leur collecteur relié à l'alimentation positive V du circuit et leur base, qui reçoit les premier et second signaux d'entrée El, E2, reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance rl, r2. Ainsi les premier et second transistors T3, T4 reçoivent les premier et second signaux d'entrée El, E2 respectivement par ces transistors T1, T2 montés en collecteur commun.La sortie S de l'amplificateur différentiel, située sur le collecteur du second transistor T4, est reliée, par l'intermédiaire d'une capacité C2, à la base d'un transistor pilote T5 du type Non dont l'émetteur est connecté à l'alimentation négative -V et dont le collecteur est connecté à la cathode d'une diode laser CR0 reliée à la masse par son anode. Une photodiode PIN CR1, reliée à la masse par sa cathode, reçoit les émissions de la diode laser CR0 et a son anode connectée à la base du second transistor T4.La sortie symétrique SS de l'amplificateur différentiel, située sur le collecteur du premier transistor T3, est reliée à la cathode de la premiere diode D1 d'une serie de plusieurs diodes D1, ..., DN, placées dans le même sens, dont l'anode de la dernière diode DN est connectée à la base d'un transistor T6 du type PNP dont la base est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R5, dont l'émetteur est à la masse et dont le collecteur est connecté à la masse par deux résistances R6, R7 en série ayant leur point milieu relié à la base du transistor pilote T5. Une capacité Cl relie la base et le collecteur du transistor T6. Le courant I1 de la photodiode CR1 a un coefficient de proportionnalité kl avec la puissance PO émise par la diode laser CR0 -et cette puissance émise PO a, dans sa zone linéaire, un coefficient de proportionnalité kO avec le courant 10 parcourant la diode laser CR0. Si l'on tient compte du gain K, obtenu par l'amplificateur différentiel T3, T4, RO, R3, R4, le transistor T6 et le transistor pilote T5 et qui varie, comme nous le verrons plus loin, avec la fréquence, on montre facilement que où avec En effet, les deux transistors T1, T2 sont des adapteurs d'impédance permettant de fixer, par les résistances rl, r2, l'impédance d'entrée vue par les premier et second signaux d'entrée El, E2 appliqués à l'entrée des premier et second transistors T3, T4 respectivement par l'intermédiaire des résistances identiques Ri. Ainsi les potentiels alternatifs appliqués à la base des premier et second transistors T3, T4 -sont respectivement égaux à donc le courant 10 est égal à La linéarité de la puissance émise PO dépend donc de la valeur du gain de boucle G, dont la composante principale est le gain K. Aux basses fréquences, le filtre passe-haut composé de la capacité C2 et de la résistance R7 supprime l'effet de la sortie S sur le transistor pilote T5, lequel est commandé par la sortie symétrique SS par l'intermédiaire du transistor T6 qui augmente le gain K et donc améliore la linéarité et la précision du montage en boucle fermée. Aux hautes fréquences, où la présence du transistor T6 limite la bande passante par l'apport d'un pole et d'un retard supplémentaire dans la chaîne d'amplification, la capacité Cl montée en contre-réaction sur le transistor T6 joue le rôle de filtre passe-bas vis-à-vis de la sortie SS, et le filtre passe-haut permet à la sortie S de commander directement le transistor pilote T5. On obtient ainsi une augmentation de la bande passante aux hautes fréquences, les plages de contrôle de la sortie S et du transistor T6 étant fixées à l'aide des capacités Cl, C2 de façon à éviter tout recouvrement. La résistance R6 permet d'isoler, aux hautes fréquences, le collecteur du transistor T6 de la sortie S et la série de diodes Dl, ..., DN permet de polariser convenablement le transistor T6.Une tension de polarisation peut être placée entre la résistance R connectée à la base du premier transistor T3 et l'alimentation négative -V du montage- de façon à créer un courant 10 minimum pour éviter l'effet du seuil du transducteur CRO, et de façon à fixer le courant résiduel à l'extinction de la source, quand les premier et second signaux sont à zéro. La figure 3 représente le schéma d'un émetteur optique à diode électroluminescente selon l'invention. Dans ce cas, la diode laser CR0 est supprimée, ainsi que la photodiode PIN CR1, et est remplacée par une diode électroluminescente CR2 en série avec une résistance r reliée au collecteur du transistor pilote T5 Cette résistance permet d'obtenir une image du courant 10 grâce à la tension à ses bornes qui est renvoyée aux entrées de l'amplificateur différentiel T3, T4, RO, R3, R4 par deux résistances R2 identiques. Ainsi le premier exemple décrit un émetteur optique à asservissement de puissance et le second un émetteur optique à asservissement de courant. I1 est possible de définir une structure universelle d'émetteur, qui se particularise sous l'une ou l'autre forme par le jeu d'un système de connecteur adapté, à interface électrique multibroches. Ce système de connecteur est désigné sous le nom de transition électrooptique (TEO). Ellecontient soit la diode laser et la photodiode PIN, soit la diode électroluminescente. Un mode de réalisation est représenté sur la figure 4 où l'on n'a représenté qu'une petite partie des éléments des figures 2 et 3 nécessaires à la compréhension. La structure universelle est obtenue en utilisant la structure d'un connecteur électrique, par exemple du type BNC multibroches, qui comprend de manière connue une fiche mâle à broches et une embase femelle à douilles se solidarisant à l'aide d'un couplage à baïonnette.La partie TEO du connecteur, par exemple l'embase femelle à quatre douilles, est associée à l'électronique de régulation qui comporte, comme dans le cas de la figure 3, la résistance r en série avec le collecteur du transistor pilote T5 et les résistances R2 identiques qui permettent de renvoyer la tension aux bornes de la résistance r aux entrées de l'amplificateur différentiel, ctest-à-dire qu'elles sont connectées aux bases des transistors T4 et T3. Les quatre douilles de la partie TEO sont reliées respectivement à la masse, à la base du transistor T4 et aux bornes de la résistance r. L'autre partie, par exemple la fiche mâle à quatre broches 1, 2, 3, 4 contient dans son corps, soit la diode électroluminescente CR2 (fiche TEOD représentée associée à la prise TEO sur la figure 4), soit la diode laser CRO et la diode photodétectrice associée CR1 (fiche TEOL représentée à l'écart,à droite sur la figure 4). Les fiches TEOD et TEOL sont extérieurement strictement identiques quant à leur corps. Elles sont disposées au bout d'un câble en fibre optique FO en face duquel est positionnée la diode électroluminescente CR2 ou la diode laser CRO. Dans le cas de la fiche TEOD, la diode CR2 est connectée électriquement entre les broches 1 et 3, les broches 2 et 4 n'étant pas connectées et étant en pratique supprimées. Lorsque les parties TEO et TEOD du connecteur sont accouplées, on retrouve exactement le circuit de la figure 3. Dans le cas de la fiche TEOL, la diode laser CRO est connectée électriquement entre les broches 1, d'une part, et 3 et 4, d'autre part, tandis que la diode photodétectrice CR1 est connectée entre les bornes et 2. Lorsque les parties TEO et TEOL du connecteur sont accouplées, on retrouve le circuit de la figure 2 avec la seule différence qu'on a ajouté des résistances R2 identiques qui appliquent en mode commun la tension de collecteur du transistor pilote T5 aux entrées de l'amplificateur différentiel. Ceci n' a aucune influence sur le fonctionnement de l'émetteur qui reste le meme que dans le cas de la figure 2. On a donc bien réalisé une structure universelle qui se particularise simplement par changement de la fiche mâle de raccordement au réseau optique. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. On peut, par exemple, remplacer la série de diodes Di, ..., DN par une diode Zener ou monter, au besoin, l'étage pilote en émetteur commun (transistor NPN) ou en collecteur commun (transistor PNP > . REVENDICATIONS 1. Emetteur optique à diode émettant des radiations, du type qui comprend un amplificateur de régulation avec contre-réaction commandant un transistor pilote imposant dans ladite diode un courant dont l'image, obtenue, par exemple, en tension par une resistance (r), dans le cas d'une diode électroluminescente (CR2), ou en courant par une diode photodétectrice (CRi), dans le cas d'une diode laser (CRO), est renvoyée aux entrées de l'amplificateur, caractérisé en ce que ledit amplificateur est un amplificateur différentiel (T3, T4, RO, R3, R4) et en ce que des premiers moyens (C2, R7) permettent à une sortie (S) dudit amplificateur différentiel de commander directement le transistor pilote (T5) uniquement en haute fréquence et des seconds moyens (T6, R5, R6, D1, ..., DN) permettent, apres avoir amplifié la tension de la sortie symétrique (SS), de commander le transistor pilote uniquement en basse fréquence. 2. Emetteur optique à diode émettant des radiations, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens sont composés d'un filtre passe-haut comportant une capacité (C2) connectée entre la sortie (S) de l'amplificateur différentiel et la base dudit transistor pilote et une résistance (R7) connectée entre la base et l'émetteur du transistor pilote. 3. Emetteur optique à diode émettant des radiations, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens sont composés - d'un transistor (T6), monté en émetteur commun, dont la base est reliée d'une part à la masse par une résistance (R5) et d'autre part à la sortie symétrique (SS) de l'amplificateur différentiel par plusieurs diodes (Dl, ..., DN) en série pour assurer la polarisation du transistor, dont l'émetteur est à la masse et dont le collecteur est relié à la base du transistor pilote par une résistance (R6) isolant le transistor de la sortie (S) aux hautes fréquences ; et - d'une capacité (C1) connectée entre le collecteur et la base du tran sistor (T6) avec lequel elle assure la fonction de filtrage passe-bas. 4. Emetteur bptique à diode émettant des radiations, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant une structure universelle qui permet d'utiliser au choix une diode électroluminescente ou une diode laser et la diode photodétectrice associée sans apporter aucune modification au câblage électrique de l'émetteur, caractérisé en ce que ladite structure universelle comprend un connecteur électrique (TEO ; TEOD;;TEOL) dont la partie (TEO) reliée à l'amplificateur comporte quatre contacts, le premier étant relié à la masse, le deuxième étant relié à la base d'un des transistors (T4) dudit amplifi- cateur différentiel, le troisième et le quatrième étant chacun relié à la base d'un des transistors (T4, T3) de l'amplificateur différentiel par une résistance identique (R2) et étant reliés entre eux par une résistance (r) en série dans le circuit collecteur-émetteur du transistor pilote (T5) et pouvant fournir l'image en tension du courant traversant la diode émettant des radiations, et en ce que la partie enfichable (TEOD ; TEOL) du connecteur comprend quatre broches (1 à 4) correspondantes et un corps dans lequel est disposé, en regard d'un câble optique (FO) de sortie, soit une diode électroluminescente (CR2) dont les électrodes sont reliées à la première et à la troisième broche (1, 3), soit un ensemble diode laser (CRO) / diode photodétectrice (CRi), une électrode de ces deux diodes étant reliée à la première broche (1), l'autre électrode de la diode photodétectrice (CR1) étant reliée à la deuxième broche (2) et l'autre électrode de la diode laser (CRO) étant connectée aux troisième et quatrième broches (3, 4).