Brevet FR2669483A1 — publié le 19920522

I L'invention concerne un système de transmission de signaux optiques multiplexés à plusieurs voies et le procédé de multiplexage correspondant. L'invention a principalement pour objet un système modulaire de multiplexage optique capable de transférer à grande vitesse des informations entre des stations possédant un certain niveau d'intelligence et d'utiliser ainsi au mieux la capacité de calcul de chacun d'eux tout en permettant l'utilisation simultanée de plusieurs longueurs d'onde en s'accommodant des pertes importantes, notamment dans le rouge et l'infra-rouge, de fibres optiques plastiques. L'invention a également pour objet un procédé de multiplexage optique bi-directionnel c'est à dire un procédé dans lequel on fait circuler entre deux stations en communication optique des sigaux lumineux de sens opposé. L'invention est particulièrement destinée à assurer l'ensemble des fonctions de commande et de contrôle d'un véhicule automobile. A cet effet un système de transmission de signaux optiques multiplexés conforme à l'invention se caractérise en ce que chaque station comporte deux modules émetteur-récepteur de type différent Ml et M 2 reliés à un même dispositif électroni- que d'élaboration et d'exploitation des signaux échangés entre les stations, chaque module émettant et recevant des signaux optiques sur un segment de fibre optique différent, les longueurs d'onde d'émission et de réception étant inversées entre les modules de type Ml et les modules de type M 2, chaque station se comportant en répéteur optique pour les signaux ne la concernant pas, chaque segment de fibre optique FOP reliant un module de type Ml à un module de type M 2 transmettant dans une direction les signaux émis par les modules de type MI et dans l'autre direction les signaux émis par les modules de type M 2. Selon une caractéristique importante du système au moins trois stations sont disposées en anneau, chaque anneau comportant autant de segments de fibre optique que de stations. Selon une autre caractéristique du système au moins une station centrale de commande équipée de deux groupes de modules de type Ml et M 2 pilote au moins deux anneaux. Selon une autre caractéristique du système au moins une station équipée d'un module d'un des deux types et d'un dispositif électronique n'est reliée par un segment de fibre optique qu-à un module de l'autre type d'une autre station. Selon une autre caractéristique du système chaque module de type Ml comporte avantageusement au moins deux voies d'é- mission de signaux 51,53 de longueurs d'onde r 1,r 3 et le même nombre de voies de réception de signaux 52,54 de longueurs d'onde r 2,r 4, les longeurs d'onde étant choisies de façon à imbriquer les longueurs d'onde des voies d'émission et de réception avec la relation r 4 > r 3 > r 2 > rl. Enfin deux modules émetteur-récepteur de type Ml et M 2 associés dans une même station ne diffèrent l'un de l'autre que par l'inversion des longueurs d'onde des signaux émis et reçus ce qui permet d'en standardiser les éléments consti- tuants. Le procédé de multiplexage optique bi-directionnel se caractérise en ce qu'il utilise un système de multiplexage conforme à l Jinvention. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est un schéma de principe d'un système de multiplexage optique conforme à l'invention; la Figure 2 montre une vue externe d'un module émetteur- récepteur à deux voies utilisé dans le système de la figure 1; la Figure 3 montre la disposition interne du module de la figure 2; la Figure 4 montre un module complémentaire du module de la figure 3; la Figure 5 montre schématiquement un répéteur optique constitué de deux modules émetteur-récepteur; la Figure 6 montre schématiquement l'utilisation de deux modules communiquant par une fibre optique. Le système représenté en figure 1 est un exemple dans lequel la structure de distribution des informations comporte des anneaux et des étoiles multiples. La station centrale SQ élabore et transmet les signaux optiques représentatifs des commandes données par le conduc- teur ou générées par un automatisme Inversement cette station reçoit et décode les signaux optiques représentatifs de l'état effectif des différents organes du véhicule en vue d'un affichage d'information au poste de conduite ou d'une utilisation comme paramètre d'un automatisme. Chaque station Sil, o i est l'indice d'un anneau Ai et a celui de la station dans l'anneau, assure des fonctions de commande et de contrôle d-actionneurs de la voiture Ces actionneurs ne sont ni décrits ni représentés au dessin car ils sont tout à fait habituels dans les systèmes de multiple- xage pour véhicules. A titre d'exemple, dans l'anneau Al, la station Sll peut être dédiée à la fonction "contrôle moteur", la station 512 à la fonction "contrôle boîte de vitesses" Dans l'anneau A 2, la station 521 peut être dédiée au contrôle de l'anti-blocage et la station 522 à celui de l'anti- patinage Bien entendu, chaque anneau peut comporter plus de deux stations outre la station centrale SO. Chaque station Sij comporte deux modules émetteur-récepteur optiques, l'un de type M 1, référencé Mlij et l'autre de type M 2 référencé M 2 ij, et un dispositif électronique S Eij Les modules de même type sont identiques et les différences entre le type Ml et le type M 2 seront explicitées plus loin Les dispositifs S Eij élaborent et exploitent les signaux échangés entre les stations. Dans chaque station Sij, les modules Mlij et M 2 ij ne sont reliés entre eux que par le dispositif électronique S Eij qui décode les signaux reçus pour commander des actuateurs En retour, le dispositif S Eij élabore un signal reflet de l'état effectif des fonctions commandées par 1-actuateur Ce signal sera a son tour émis sous forme optique par l'un des modules. Chaque module est relié optiquement par un segment de fibre optique FOP à un module de l'autre type d'une autre station. C'est ainsi que le module Mlii de la station Sll est relié par un segment FOP au module M 212 de la station 512. La structure en anneau se referme au niveau de la station de commande SO qui comporte pour chaque anneau Ai un couple de modules Mli O, M 2 i O. La station de commande SO comporte en outre un module M 130, de type Ml, relié par un segment de fibre optique FOP à un module M 230, de type M 2 Ce module M 230 fait partie d'une station supplémentaire non représentée qui peut constituer une station de liaison vers une autre structure en anneaux pilotant par exemple les commandes de portes, de vitres, de sièges, de rétroviseurs ou de l'installation radio du véhicule. Les modules de type Ml sont conçus pour émettre des signaux optiques de longueurs d'ondes rl,r 3 et pour recevoir des signaux optiques de longueurs d'ondes r 2,r 4 - Inversement, les modules de type M 2 sont conçus pour recevoir les signaux optiques de longueurs d'onde rli,r 3 et pour émettre des signaux optiques de longueurs d'onde r 2,r 4 De tels modules peuvent être réalisés simplement à l'émission par des couples diode électro-luminescente/filtre interférentiel et à la réception par des couples filtre interférentiel/photo- détecteur Un exemple de réalisation particulièrement bien adapté au multiplexage automobile sera décrit plus loin. On va maintenant expliciter le fonctionnement dans le cas d'un système à quatre longueurs d'onde ri à r 4. On notera d'abord que, dans chaque segment de fibre optique FOP, les signaux de longueurs d'onde ri,1 r 3 émis par les modules de type Ml circulent dans un sens et les signaux de longueurs d'onde r 2,r 4 émis par les modules de type M 2 circulent dans l'autre sens. Selon une caractéristique importante du procédé, les signaux reçus par un module d'une station et non destinés à cette station sont réémis par l'autre module de cette station C'est ainsi que, si un signal de longueurs d'onde rl, émis par le module M 110 et détecté par le module M 211, n'est pas reconnu par le dispositif électronique SE 11, celui-ci renvoie un signal électrique amplifié vers le module Mili La station Sll fonctionne donc, dans ce cas, en répéteur optique régénérant le signal reçu qui est alors transmis vers la station suivante etc Grâce à cette disposition et à l'absence de piquages ou de dérivations sur les fibres optiques, on maintien une intensité des signaux lumineux constante sur tout le réseau. Si au contraire, le signal provenant d'une station précédente et détecté par le module M 211 est reconnu par le dispositif électronique SE 11 de la station, celui-ci élabore un signal électrique pilotant un actuateur et un accusé de réception qui est renvoyé à la station précédente par le module M 211. On notera que la bi-directionnalité des signaux permet d'assurer des fonctions de sécurité après coupure d'un des anneaux à la suite, par exemple, d'un accident. On va maintenant décrire de façon plus détaillée un exemple de module émetteur-récepteur répondant aux caractéristiques du système qui vient d'être décrit. Comme on le voit à la figure 2, un module émetteur-récepteur bidirectionnel à deux voies de référence générale 1 est constitué d'un boîtier formé de deux demi-coquilles la, lb symétriques par rapport à leur plan de jonction à l'exception des éléments assurant leur fixation réciproque. Tel qu'on peut le voir à la figure 3, tous les composants du module se mettent en place dans des empreintes formées en creux dans la demi-coquille la avant fermeture par la demi- coquille lb comportant des empreintes symétriques Les deux demi- coquilles sont fixées l'une à l'autre par des vis non représentées passant par les orifices repérés 11 auxquels correspondent des trous taraudés de l'autre demi-coquille lb. La fixation du module sur son support peut être effectuée par deux trous 12 le traversant de part en part. Les entrées-sorties du module se font par une fibre optique FO Pl pour les signaux optiques et par une fiche de connexion Bl à huit broches B 10-B 17 pour les signaux électriques. La fibre optique FO Pl est connectée sur une extrémité cylindrique 10 disposée à la limite d'un pan coupé Pl et d'un côté Cli du module dont la forme générale est rectangulaire. L'extrémité 10 assure l'alignement de la fibre optique FO Pl sur l'axe de la première portion rectiligne l C 1 d'un canal optique 1 C comportant quatre branches de section circulaire. L'axe de la branche l Cl fait un angle a avec le côté adjacent du boîtier du module et un angle 2 a avec le pan coupé Pi. A son extrémité opposée à la fibre optique FO Pl la branche l Cl du canal 1 C débouche dans une empreinte 1 CN de section rectangulaire et se développant parallèlement aux trois côtés C 12, C 13, C 14 du module L'empreinte 1 CN est destinée au logement d'une nappe à fils conducteurs Ni reliés d'une part respectivement à une des broches B 10 à B 17 d'une prise multi- broches Bl et d'autre part par paire aux émetteurs ou aux récepteurs optiques. En partant de l'empreinte 1 CN, la branche l Cl reçoit dans des empreintes adaptées à la forme de chaque élément optique une diode électro-luminescente Dll, une lentille Lii rendant parallèle le faisceau émis par Dll, un filtre dichroïque Fil laissant passer les rayonnements lumineux de longueur d'onde ri et réfléchissant tous les autres et une lentille L 10. Comme on le voit au dessin, les trois autres branches du canal 1 C sont deux à deux parallèles et chacune débouche d'une part dans la branche adjacente et d'autre part dans l'empreinte 1 ON. D'une façon générale, chaque branche 1 C 2 à i C 4 reçoit en partant de l'empreinte 1 CN un élément émetteur ou récepteur Dli ou Phlj, une lentille Llj, un filtre dichroïque Fli Les lentilles focalisent ou rendent parallèles les faisceaux lumineux selon le cas. Dans le module décrit, il y a d'une part deux couples émetteurs Dll, Fil et D 14, F 14 pour les longueurs d'onde ri et r 3 et d'autre part deux couples récepteurs Ph 12, F 12 et Ph 14, F 14 pour les longueurs d'onde r 2 et r 4 On peut bien sûr extrapoler à un plus grand nombre de couples émetteurs et récepteurs en conservant la même disposition générale et notamment à un module à huit longueurs d'onde permettant d'assurer une transmission correspondant à celle d'un bus multiplexé de microprocesseur. Comme dans l'exemple représenté avec Dll et D 13, on dispose les diodes électroluminescentes au plus près de la fibre optique pour minimiser à l'émission le nombre de réflexions sur des filtres dichroiques avant d'atteindre la fibre optique. Comme on le voit au dessin, les filtres dichroïques Fil à F 14 sont disposés dans deux plans verticaux parallèles aux côtés C 12, C 14 du boîtier de façon que l'angle d'incidence des rayons lumineux reçus ou émis vers la fibre optique FO Pl ait pour valeur a Sauf le dernier filtre F 14 disposé à l'extrémi- té du chemin optique opposée à la fibre FO Pi, chaque filtre est disposé au confluent de deux branches adjacentes sécantes telles les branches l Ci et 1 C 3. Les broches B 10-B 17 sont reliées en fonctionnement à un dispositif électronique externe El par une fiche de connexion FC 1 et une nappe électrique NE 1. Le fonctionnement du module va maintenant être décrit La diode électro-luminescente Dll émet un signal modulé par un signal électrique élaboré par le dispositif électronique El et transmis par la nappe Ni. Le faisceau lumineux mis en forme par les lentilles Lii et L 10 constitue un signal Si de longueur d'onde ri grâce au filtre Fil qui ne laisse passer que la lumière de cette longueur d'onde De la même façon, la diode D 13 permet d'émettre vers la branche 1 C 3 un signal 53 de longueur d-onde r 3 grâce au filtre F 13 Au confluent des branches i C 3 et l Ci, le signal 53 est réfléchi par le filtre dichroïque Fil en direction de la lentille L 10 qui focalise le faisceau sur l Jentrée de la fibre FO Pi. Inversement les signaux 52 et 54 de longueurs d-onde respecti- ves r 2 et r 4 provenant de la fibre FO Pl sont l Jun et l'autre réfléchis par les filtres Fil et F 13. Le signal 54 est réfléchi par le filtre F 12 gui laisse par contre passer le signal 52 qui est focalisé par la lentille L 12 sur le récepteur photo-électrique Phl 2 Finalement le signal 54 traverse le filtre F 14 et il est focalisé sur le récepteur photo-électrique Ph 14. Les signaux électriques fournis par les récepteurs Ph 12 et Ph 14 sont transmis par les nappes Ni et NE 1 au dispositif électronique El. La disposition qui vient d'être décrite évite les interactions entre émission et réception en séparant notamment les différentes voies optiques Le spectre d'émission des diodes électro-luminescentes étant large, le flux émis par chacune non transmis par le filtre associé est réfléchi sans pouvoir atteindre un récepteur ce qui engendrerait une erreur systématique qu'il faudrait pallier par une correction électronique On notera en outre que les voies en émission sont à cet effet placées près de l'arrivée de la fibre optique alors que les récepteurs occupent les positions les plus éloignées. Enfin, afin de diminuer la diaphonie entre voies optiques de même sens, les longueurs d'onde d'émission sont choisies de façon à imbriquer les voies "aller" et les voies "retour" avec la relation r 4 > r 3 > r 2 > rl. On rend ainsi négligeable le recouvrement en spectre de deux voies optiques adjacentes C'est ainsi que le signal 54 réfléchi successivement par les filtres Fll, F 13, F 12 avant d'atteindre le récepteur Phl 4 à travers le filtre F 14 ne peut que très faiblement perturber le récepteur Phl 2. Le module 2 représenté en figure 4 est identique au module 1 de la figure 4 à la disposition des filtres près et au choix des diodes D 22 et D 24 Le filtre F 22 identique au filtre F 12 laisse passer le rayonnement de longueur d'onde r 2 et est disposé à la place du filtre Fll du module 1. De la même façon, les filtres F 24, F 23 et F 21 remplacent respectivement les filtres F 13, F 14 et F 12 D'une façon générale, dans les indices ij le premier indice i ( 1 ou 2) représente le type de module et le deuxième a (de 1 à 4), la longueur d'onde concernée. Il est clair que le module de type 2 est apte à émettre des signaux 52 et 54 de longueurs d'onde r 2 et r 4 et à recevoir des signaux Si et 53 de longueurs d'onde ri et r 3. Tels qu'associés à la figure 5, un module de type 1 et un module de type 2 forment un répéteur optique bi-directionnel à quatre voies. Les modules 1 et 2, respectivement reliés par leurs sorties optiques 10 et 20 aux fibres optiques FO Pl et FOP 2, sont d'autre part connectés entre eux par un système électronique externe E à laide de deux nappes électriques N El et NE 2 à huit conducteurs munies de fiches de connexion FC 1 et FC 2 avec les broches Bl et B 2. Le dispositif électronique E reçoit les signaux optiques captés par les détecteurs photo-électriques des modules 1 et 2 et les amplifie pour alimenter les diodes électro-luminescen- tes correspondantes de l'autre module C'est ainsi que, par exemple, le signal Si parvenant au module 2 par la fibre FOP 2 est détecté par le détecteur Ph 21 Le signal électrique correspondant est amplifié par le dispositif électronique E et appliqué à la diode électro-luminescente Dll qui émet vers la fibre FO Pl un signal optique correspondant Si de longueur d'onde r F après passage du filtre Fil. L'ensemble de la figure 5 constitue donc bien un répéteur optique bidirectionnel recevant par la fibre FOP 2 des signaux optiques Si, 53 qui sont renvoyés amplifiés sur la fibre FO Pl et par la fibre FO Pl des signaux optiques 52, 54 qui sont renvoyés amplifiés sur la fibre FOP 2. il Dans l'application représentée à la figure 6, les deux modules 1 et 2 sont utilisés pour faire dialoguer deux dispositifs électroniques El et E 2 reliés aux broches Bl et B 2, les deux modules étant reliés par une même fibre optique FOP. Le dispositif El génère des signaux électriques qui transitent vers le dispositif E 2 sous forme de signaux optiques Si, 53 émis par les diodes Dll et D 13 Inversement le dispositif E 2 génère vers El des signaux transitant vers le dispositif El sous forme de signaux optiques 52 et 54 émis par les diodes D 22 et D 23 associées aux filtres F 22 et F 23. Il est donc clair que les modules 1 et 2 ci-dessus décrit sont des exemples de réalisation parfaitement adaptés au système décrit ci- dessus en référence à la figure 1, les modules 1 pouvant prendre la place des modules Mlii de type Ml et les modules 2 celle des modules M 2 ij de type M 2. REVENDICATIONS 1 Système de transmission de signaux optiques multiplexés entre des stations (Siu) munies d'un dispositif électronique (S Eij) d'exploitation et d-élaboration de signaux échangés entre les stations, caractérisé en ce que chaque station (Siu) comporte deux modules émetteur-récepteur (Mlii, M 2 ij) de type différent Ml et M 2 reliés à un même dispositif électronique (S Eij), chaque module émettant et recevant des signaux optiques sur un segment de fibre optique différent, les longueurs d'onde d'émission et de réception étant inversées entre les modules de type Ml et les modules de type M 2, chaque station (Sij) se comportant en répéteur optique pour les signaux ne la concernant pas, chaque portion de fibre optique FOP reliant un module de type Ml à un module de type M 2 transmettant dans un sens les signaux émis par les modules de type Ml et dans l'autre sens les signaux émis par les modules du type M 2. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins trois stations (SO,Sll,512) sont disposées en anneau (Ai ou A 2), chaque anneau comportant autant de segments de fibre optique FOP que de stations. 3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une station centrale de commande (SO) équipée de deux groupes de modules (M 11 O,M 210 et M 120,M 220) pilote au moins deux anneaux (A 1,A 2). 4 Système selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'une station équipée d'un module (M 230) et d'un dispositif électronique n-est reliée par un segment de fibre optique (FOP) qu-à un module (M 133) d'une autre station (SO). Système selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que chaque module de type Ml comporte au moins deux voies d'émission de signaux (S 153) de longueurs d'onde (r F,r 3) et le même nombre de voies de réception de signaux ( 52,54) de longueurs d'onde (r 2,r 4), les longeurs d'onde étant choisies de façon à imbriquer les longueurs d'onde des voies d'émission et de réception avec la relation r 4 > r 3 > r 2 > rl. 6 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux modules émetteur-récepteur de type Ml et M 2 associés dans une même station ne diffèrent l'un de l'autre que par 1 Yinversion des longueurs d'onde des signaux émis et reçus. 7 Procédé de multiplexage optique bi-directionnel utilisant un système conforme à 1 Yune quelconque des revendications précédentes- 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un véhicule automobile 9 Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le signal reçu par un module (Mlij ou M 2 ij) d'une station (Sij) et réémis par l'autre module (M 2 i ou Mlij) de la station s'il n'est pas reconnu par le dispositif électronique (S Eij) de la station, ceci après amplification. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, si le signal détecté par un module (Mlii ou M 2 ij)d'une station (Sij) est reconnu par le dispositif électronique (S Eij) de la station, ce dernier élabore un signal électrique pilotant un actuateur et un accusé de réception qui est renvoyé à la station précédente par le même module.