Brevet FR2642239A1 — publié le 19900727

Limiteur de courant et récepteur optique en faisant application La présente invention concerne un circuit limiteur de courant utilisable, notamment, dans le circuit d'entrée du préamplificateur d'un récepteur de liaison optique. Une liaison de ce genre est décrite, par exemple, dans l'article "Système urbain de transmission sur fibre optique unimodale à 140 et 34 Mbit/s (FOT140/34)", publié D. Betoule et al dans la revue "Commutation et transmission", n 2, 1988. On y donne également quelques indications concernant le récepteur, lequel comprend, pour la conversion optoélectrique, une photodiode à avalanche (PDA), dont le gain est commandé par une boucle de commande automatique de niveau. Ensuite, l'amplification linéaire du signal est effectuée au moyen d'un étage à transimpédance à faible bruit. Plus précisément, il y est indiqué que, l'affaiblissement le long de la liaison à fibre optique, entre l'émetteur et le récepteur, pouvant varier, selon les applications, de O à 28 dB, la dynamique correspondante du récepteur est obtenue, à la mise en service, par le choix entre deux plages de fonctionnement. Dans une telle liaison, lorsque l'affaiblissement est de 28 dB, le signal reçu est faible. C'est ce qui nécessite une amplifica- tion à faible bruit. Le gain doit aussi être relativement élevé, en vue du traitement ultérieur du signal. Mais, l'affaiblissement peut être seulement de O dB, dans le cas d'une liaison extrêmement courte ou lorsque, pour essais, l'émetteur d'une liaison d'émission est directement bouclé sur le récepteur de la liaison de réception associée. En l'absence de toute précaution, la photodiode employée risque alors de fournir un signal sortant de la plage de fonctionnement du préamplificateur, ce qui rendra la liaison inexploitable. En dehors du cas traité dans la publication citée plus haut, ce problème a déjà fait l'objet d'un certain nombre de solutions. Ainsi, on a déjà envisagé l'emploi d'un élément atténuant le signal lumineux reçu par la photodiode, sous la forme d'un atténuateur optique, tel que celui qui fait l'objet du document de brevet FR-A-8517277, ou plus simplement d'un complément de longueur de fibre optique. De telles solutions sont onéreuses et demandent une intervention -2humaine, au moment de leur mise en oeuvre, ce qui les rend inacceptables dans certaines applications. Dans l'article cité plus haut, c'est la sensibilité de la photodiode qui est réduite, par action sur son courant de polarisation. On trouvera également une illustration de ce type de solution dans le document de brevet WO-A-85/04997. La variation de dynamique obtenue par de tels moyens est insuffisante pour subvenir aux besoins. D'ailleurs, dans l'article considéré, il est mentionné un choix de dynamique effectué à la mise en service, lequel ne permettrait pas de résoudre le problème que posent les essais avec bouclage de l'émetteur sur le récepteur sans que soit alors nécessaire une intervention humaine. Il a encore été envisagé d'agir sur la dynamique du préamplifica- teur. Une telle solution est illustrée, par exemple, par l'amplificateur à transimpédance TIA 1500 de la firme américaine MSC, Microwave Semiconductor Corp. Elle est, elle aussi, limitée en ce qui concerne les variations de dynamique. De plus, l'amplificateur ainsi modifié est d'un prix relativement élevé. La présente invention a pour but d'améliorer la dynamique de fonctionnement d'un récepteur optique à photodétecteur générateur de courant et étage d'amplification électrique à basse impédance, de manière à satisfaire en particulier aux besoins mentionnés précé- demment, et ce en ne faisant appel qu'à des moyens simples, peu onéreux et ne nécessitant pas d'intervention humaine. La présente invention propose pour ce faire un circuit limiteur de courant qui dans le cadre d'une application à un tel récepteur s'interpose entre la photodiode et ledit étage d'amplification et limite le courant appliqué audit étage, de manière à éviter que ce courant appliqué ne sorte de la plage de fonctionnement de l'étage, lorsque le signal lumineux reçu par la photodiode a un niveau élevé. Bien entendu, un tel circuit limiteur est également utile dans toute application similaire. La présente invention a ainsi pour objet tout d'abord un circuit limiteur de courant recevant un courant d'entrée à composante continue non nulle, dont la valeur se situe dans une gamme de courant -3- étendue et fournissant un courant de sortie limité dont la valeur se situe dans une gamme de courant restreinte. Le circuit limiteur de courant de l'invention, qui est efficace pour une gamme de courant d'entrée étendue et néanmoins simple à mettre en oeuvre et peu onéreux, comprend l'agencement en série d'un premier élément à conductibilité dissymétrique, suivi d'un deuxième élément à conduotibilité dissymétrique, lui-même suivi d'un élément résistif, entre les deux p6les d'une source de tension, tel qu'un courant de polarisation traverse les deux éléments à conductibilité dissymétrique et les rende conducteurs, le courant d'entrée, à composante continue non nulle, étant appliqué au point commun des deux éléments à conductibilité dissymétrique et la sortie de courant limité étant obtenue au point commun entre le deuxième élément à conductibilité dissymétrique et l'élément résistif, le sens du courant d'entrée étant tel qu'il se sépare en deux parties, l'une se soustrayant au courant de polarisation, dans le deuxième élément à conductibilité dissymétrique, tandis que l'autre s'ajoute au courant de polarisation, dans le premier élément à conductibilité dissymétrique, augmentant ainsi la résistance dynamique du deuxième élément à conductibilité dissymétrique et diminuant celle du premier élément à conductibilité dissymétrique, ce qui cause la limitation du courant de sortie. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits éléments à conductibilité dissymétrique sont des diodes Schottky. Avantageusement, ces diodes sont appairées. La présente invention a également pour objet un récepteur optique à photodétecteur assurant la conversion d'un signal optique incident en un signal électrique sous forme d'un courant qu'il délivre et étage d'amplification, à basse impédance, du signal électrique, ledit récepteur mettant en application le circuit limiteur de courant selon l'invention. Ce circuit limiteur est interposé entre le photodétecteur et l'étage d'amplification auquel est appliqué son courant de sortie tandis que son courant d'entrée est constitué directement du courant délivré par le photodétecteur. Les différents objets et caractéristiques de l'invention -4- apparaîtront de façon détaillée dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, le schéma de circuits de réception d'une liaison optique incorporant le circuit limiteur de l'invention, - la figure 2, la caractéristique tension/courant des diodes du circuit limiteur de la figure 1. Sur la figure, on trouve un photodétecteur PDA du type générateur de courant c'est-à-dire qui délivre en réponse à un signal optique incident un signal électrique sous forme d'un courant. Ce photodétecteur est ici une photodiode à avalanche. Il peut s'agir par exemple du composant commercialisé sous la référence CG4100 par la Société Alcatel CIT. Cette photodiode a sa cathode connectée au potentiel positif +Vd par une résistance R1 pour sa polarisation. Elle a sa cathode également connectée à un potentiel +V1, inférieur à Vd, par une diode DP afin de lui assurer, quelle que soit la chute de tension dans la résistance R1, une tension de polarisation minimale, évitant ainsi une diminution de sa bande passante. Un condensateur CP connecté entre la cathode de la photodiode DPA et la masse découple ce circuit d'alimentation. L'anode de la photodiode est connectée à une borne d'entrée de courant A d'un circuit limiteur de courant constitué de deux éléments à conductibilité dissymétrique D1 et D2 et d'un élément résistif ou résistance RP. Ce circuit limiteur a une borne de sortie de courant limité B connectée à travers un condensateur C à'un amplificateur PA muni d'une impédance de contre-réaction RC. L'amplifi- cateur PA constitue, avec l'impédance RC, un préamplificateur à transimpédance. Un tel amplificateur à transimpédance est par exemple fourni sous la référence ATA30010 par le constructeur américain ANADIGICS. Sous l'effet d'un flux lumineux À, la photodiode fournit un courant et celui-ci est une fonction croissante du flux lumineux. Ce courant traversant la diode PDA est le courant d'entrée appliqué au circuit limiteur constitué des éléments D1, D2 et RP. En réponse, le circuit limiteur fournit un courant de sortie limité au condensateur C et à l'amplificateur PA. Le courant traversant ainsi le condensateur C est amplifié par l'amplificateur PA. La gamme des courants d'entrée que peut produire la diode PDA est étendue, alors que la dynamique d'entrée acceptable par le préamplificateur PA pour un fonctionnement correct est plus restreinte. Le circuit limiteur a pour fonction de faire correspondre à chaque courant d'entrée un courant de sortie, la gamme des courants d'entrée étant étendue et correspondant à celle des courants que produit la photodiode PDA, tandis que la gamme des courants de sortie est plus limitée, restant dans la plage de fonctionnement de l'amplificateur PA. Le circuit limiteur, composé des éléments RP, D2 et D1, est connecté entre les deux bornes d'une source de tension de polarisation, l'une fournissant un potentiel +V et l'autre étant à la masse, de sorte que les trois éléments en série sont parcourus par un courant de polarisation ip. La résistance RP est connectée entre la borne fournissant le potentiel +V et la borne B, l'élément à conductibilité dissymétrique D2 entre les bornes B et A et l'élément à conductibilité dissymétrique D1 entre la borne A et la masse. Les éléments à conductibilité dissymétrique D1 et D2 sont de préférence des diodes Schottky dont la caractéristique courant/ten- sion est illustrée à la figure 2. On y a fait figurer une droite de charge correspondant au cas o seul le courant ip parcourt les diodes. Comme on peut le voir, la résistance dynamique de la diode (l'inverse de la pente de la courbe, dv/di) diminue lorsque le courant augmente. En l'absence de tout autre courant, les résistances dynamiques des deux diodes sont égales, puisqu'elles sont traversées par le même courant. Le circuit limiteur reçoit le courant traversant la photodiode PDA entre les diodes D1 et D2 sur la borne A. Ce courant est formé d'une composante alternative et d'une composante continue représentative de l'amplitude crête à crête de la composante alternative, par exemple, ce qui est souvent le cas, égale à la moitié de cette amplitude. Là, ce courant se divise en deux parties, i2, dans la diode D2 et il dans la diode D1. A travers le condensateur C qui -- 6 -- bloque la transmission de composante continue à l'amplificateur PA, le courant i2 seul sert à former le courant de sortie du limiteur fourni à l'amplificateur PA et plus précisément le courant appliqué à l'amplificateur PA est constitué sensiblement de la composante alternative du courant i2. Bien entendu, la capacité du condensateur C est calculée pour laisser passer sans les atténuer les signaux en provenance de la photodiode PDA. Le courant i2 se soustrait du courant de polarisation, dans la diode D2, et le courant il s'ajoute à ce courant dans la diode D1. L'influence du courant d'entrée i est indiquée à la figure 2 par les flèches il et i2. Un accroissement du courant il1, qui déplace le point de fonctionnement de la diode D1 vers le haut de sa caractéristique, diminue la résistance dynamique de cette diode D1. Un accroissement du courant i2, qui déplace le point de fonctionnement de la diode D2 vers le bas de sa caractéristique, augmente la résistance dynamique de la diode D2. La partie i2 du courant i est donc d'autant plus faible, par rapport à la partie il, que le courant i est plus élevée, ce qui limite le courant de sortie du limiteur. Cette partie ne peut que tendre assymptotiquement à annuler le courant ip, tandis que le courant il tend à constituer la presque totalité du courant d'entrée i. On voit que l'effet maximal de limitation est déterminé par la valeur du courant ip. L'ajustement du circuit limiteur à chaque application revient donc à choisir la valeur de la résistance RP, ce qui s'effectue simplement par l'expérimentation. On a trouvé pratique d'employer des diodes Schottky de caractéristiques identiques, en l'espèce des diodes appairées, livrées dans un bottier commun. On notera la simplicité du circuit limiteur de courant selon l'invention dont la caractéristique de transfert courant de sortie/courant d'entrée se trouve définie automatiquement directement par le courant d'entrée à traiter c'est-à-dire dans le cas de l'application envisagée directement par le courant délivré par le photodétecteur du récepteur optique. -7- REVENDICATIONS 1/ Circuit limiteur de courant recevant un courant d'entrée à composante continue non nulle, dont la valeur se situe dans une gamme de courant étendue et fournissant un courant de sortie limité dont la valeur se situe dans une gamme de courant restreinte, caractérisé en ce qu'il comprend l'agencement en série d'un premier élément à conductibi- lité dissymétrique (D1), suivi d'un deuxième élément à conductibilité dissymétrique (D2), lui-même suivi d'un élément résistif (RP), entre les deux pôles d'une source de tension, tel qu'un courant de polarisation (ip) traverse les deux éléments à conductibilité dissymétrique et les rende conducteurs, le courant d'entrée (i) étant appliqué au point commun des deux éléments à conductibilité dissymétrique (D1, D2) et la sortie de courant limité (i2) étant obtenue au point commun entre le deuxième élément àconductibilité dissymétrique (D2) et l'élément résistif (RP), le sens du courant d'entrée étant tel qu'il se sépare en deux parties (il, i2), l'une (i2) se soustrayant au courant de polarisation (ip), dans le deuxième élément à conductibilité dissymétrique (D2), tandis que l'autre s'ajoute au courant de polarisation (ip), dans le premier élément à conductibilité dissymétrique (D1), augmentant ainsi la résistance dynamique du deuxième élément à conductibilité dissymétrique et diminuant celle du premier élément à conductibilité dissymétrique, ce qui cause la limitation du courant de sortie (i2). 2/ Circuit limiteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments à conductibilité dissymétrique sont des diodes Schottky. 3/ Circuit limiteur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ces diodes sont appairées. 4/ Récepteur optique à photodétecteur assurant la conversion d'un signal optique incident en un signal électrique sous forme d'un courant qu'il délivre et étage d'amplification, à basse impédance, du signal électrique, ledit récepteur mettant en application le circuit limiteur de courant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit circuit limiteur est interposé entre le photodétecteur (PDA) et l'étage d'amplification (PA), auquel est appliqué son courant de sortie tandis que son courant d'entrée est constitué directement du courant (i) délivré par le photodétecteur.