Brevet FR2685582A1 — publié le 19930625

Interface oDtoélectromaue de transmission linéaire de signaux à haute isolation Par ogto-couieurs Polarisés en inverse La présente invention porte sur un circuit électronique et optoélectronique de transmission de signaux à haute isolation, mettant en oeuvre un ou plusieurs opto-coupleurs polarisés en inverse, et sur un interface d'adaptation aux réseaux téléphoniques commutés, dit interface-ligne, intégrant ce circuit. L'application industrielle présentée est un modem, système de modulation-démodulation permettant aux ordinateurs d'échanger des données informatiques par le réseau téléphonique commuté. La transmission de signaux nécessite souvent un haut niveau d'isolation électrique entre lrémetteur (capteur, équipement électrique ou électronique, réseau,...) et le récepteur (moteur, réseau, équipement de commande, de contrôle, de calcul,...). Les signaux à variation continue, dits analogiques, disponibles sous forme électrique, sont transmis traditionnellement à l'aide d'un transformateur (deux bobines de fil électriques isolées l'une de autre ) pour les signaux alternatifs, ou convertis en suite de valeurs numériques et transmis par opto-coupleur. Un opto-coupleur est représenté figure 1. Il comprend une diode électro-luminescente (11), qui emet de la lumière proportionnellement au courant (101) qui la traverse, et un photo-transistor 112) . En polarisation normale (utilisation traditionnelle), une différence de potentiel est appliquée entre le collecteur (121) et L'émetteur (122), le potentiel le plus élevé étant appliqué au collecteur. Le photo-transistor fonctionne alors en tout-ou-rien : soit le flux lumineux venant de la diode est nul ou insuffisant, alors le photo-transistor est bloqué, soit le flux lumineux est important, alors le photo-transistor est passant. La non-linearite du procédé interdit l'utilisation des états intermédiaires. L'invention repose sur l'utilisation de llopto-coupleur en inversant la polarisation du photo-transistor. Figure 1, le potentiel le plus élevé (102) est appliqué à llémetteur (122). Le collecteur (121) est relié au potentiel le moins élevé (représentê par le symbole de masse) à travers la résistance (13). Le courant dans le photo-transistor et la tension (103) deviennent alors des fonctions linéaires du courant (101). L'optocoupleur polarisé en inverse fonctionne donc comme un transmetteur absolu à haute isolation de signaux analogiques. Il transmet les signaux (dans la plage de non-saturation) depuis le continu (d'ou le terme drassolu) jusqu'à des fréquences liées aux caractéristiques du phototransistor. La figure 2 schématise un transmetteur bidirectionnel entre deux équipements (2) et (3). Les deux équipements sont isolés par une "barrière" optique matérialisée par la ligne en tirets interrompus. Le signal émis par (2) sous forme d'une tension (201) est transformé en courant par l'amplificateur (23) et la résistance (26). Ce courant traverse la diode (21) qui aevient émettrice. Le photo-transistor (31) est polarisé en inverse par la tension de référence (300), qui peut aussi alimenter les amplificateurs (33) et (34). La sortie (collecteur) du phototransistor peut hêtre filtrée par le couple R/C (35) pour obtenir à travers l'amplificateur (33) une sortie t301) débarrassée de la composante continue.De même dans l'autre sens, le signal (302) émis par l'équipement (3) est converti en courant dans la diode (32) par l'amplificateur (34) et la résistance (36). Le photo-transistor (22), polarisé en mverse par l'application de la tension (200) sur son collecteur, est excité par le flux lumineux en provenance de la diode (32 > . Le couple R/C et l'amplificateur (24 > peuvent permettre à l'équipement (2) de recevoir un signal (202) filtré de la composante continue. La transmission du flux lumineux peut s 'effectuer quelque soit la distance entre les diodes electroluminescentes et les photo-transistors, que ce soit au sein d'un meme boitier electronique, comme en utilisant des systèmes de focaIisation ou des guides d'ondes, type fibres optiques ou autre. il convient alors de calibrer et de compenser l'atténuation due à cet acheminement. Ce type de transmetteur permet de réaliser une interface entre un équipement émetteur et recepteur de signaux analogiques alternatifs et un reseau téléphonique commuté, dit interface-ligne. Une telle interface est en particulier indispensable aux modems, équipements modulant et démodulant les données informatiques pour les transmettre via le réseau téléphonique. Les éléments constitutifs d'une interface-ligne sont décrits ci-après. On suppose l'équipement émetteur-récepteur en (2), et le reseau côté (3) (figure 2). Le signal emis est le signal (201); il traverse la "barrière optique" dans l'opto-coupleur (21)-(31). Le signal reçu est le signal (202), il traverse la "barriere optique" dans llopto-coupleur 132)- - t22 Les descriptions qui suivent concernent uniquement la partie ligne, entre la barrière d'isolation et le réseau (figure 2, partie droite). D1autres signaux d'une interface-ligne, ceux-ci binaires, tels que "prise de ligne" (décroché), "numérotation", "detection de sonnerie", utilisent classiquement des opto-coupleurs (polarisés normalement) et ne sont pas détaillés ici. -La figure 3 détaille le raccordement au réseau téléphonique. La ligne 2 fils (4) du réseau téléphonique commuté est redressée dans le "pont redresseur" (41 > . La tension (401 > est l'addition du signal reçu de la ligne, du signal émis vers la ligne, et d'une composante continue fournie par le réseau. L'équipement (42) permet de faire l'adaptation couranttension de l'interface-ligne au réseau. Cet équipement diffère suivant les pays. Le régulateur (43) extrait la composante continue du signal (401) pour fournir l'alimentation stabilisée (300 > . La figure 4 décrit le traitement appliqué au signal d'émission pour permettre sa transmission sur le réseau, sur les mêmes fils que le signal de réception. Le signal émis est en fait inversé par l'amplificateur opérationnel (33X, pour donner un signal d'émission inversé (311). Ce signal (311) est injecté par soustraction dans le signal (401) par le transistor (44), ce qui permet de réaliser l'addition du signal à émettre (inverse de (311)) au signal de ligne (signal reçu plus composante continue). La figure 5, enfin, détaille l'acquisition du signal de réception. Le signal (401) (émission plus réception plus composante continue) est filtré de sa composante continue par la capacité (51). L'amplificateur opérationnel (34) lui additionne le signal d'émission inversé (311) (soustraction de l'émission au signal émission plus réception), et fournit ainsi à sa sortie le signal de réception sous forme de courant dans la résistance (36) et la diode électroluminescente (32j (figure 2). Ce type d'équipement d'interface-ligne peut s'intégrer dans un modem (modulateur-démoduiateur). Un modem permet le raccordement d'un système numérique (ordinateur, terminal d'ordinateur) au réseau téléphonique commuté et le dialogue de ce système via le réseau avec un autre système numérique lui-même équipé d'un modem. Le modem reçoit de l'équipement numérique des données binaires qu'il module (transforme en signaux analogiques alternatifs > . Il transmet le signal modulé à émettre (201) à l'interface-ligne qui l'injecte dans le réseau. Le modem reçoit en outre de l'interface-ligne le signal de réception modulé (202) en provenance du réseau, qutil démodule et transmet sous forme binaire au système numérique. REVENDICATIONS 1) Dispositif optoélectronique de transmission linéaire de signaux à haute isolation caractérisé en ce qu'il comporte un opto-coupleur (10) qui assure la transmission optique dont le photo-transistor (12) est polarisé à l'inverse de la normale, la tension (102) la plus élevée étant appliquée à l'émetteur (122) et la tension la moins élevée (103) au collecteur (121). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux opto-coupleurs (21), (31) et (22), (32) permettent de constituer un transmetteur bidirectionnel. 3) Dispositif selon ltune des revendications précédentes, caractérisé en ce que la diode électro-luminescente (11) ou (21) ou (32) et le phototransistor (12 > ou (31) ou (22) sont éloignés l'un de l'autre et la transmission du flux lumineux est assurée par un système de focalisation optique. 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la diode électro-luminescente (11) ou (21) ou (32) et le phototransistor (12) ou (31) ou (22) sont éloignés l'un de l'autre et la transmission du flux lumineux est assurée par un guide d'onde tel qu'une fibre optique. 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal d'émission (201), est transmis à travers la barrière optique par l'opto-coupleur (21), (31), puis inversé par l'amplificateur opérationnel (33), pour être additionné au signal de réception sur la ligne (401) par le transistor (44), et que à ce signal (401) est soustrait le signal d'émission par l'amplificateur opérationnel (34), formant le signal de réception qui, transmis à travers l'opto-coupleur (32), (22), forme en sortie de l'amplificateur (24) le signal (202).