Brevet FR2695528A1 — publié le 19940311

L'invention concerne la récupération optique de signaux d'horloge à partir d'un signal de ligne contenant à la fois des données et des informations d'horloge. Les éléments fondamentaux de tout ensemble de transmission numérique dans une ligne sont un émetteur et un récepteur connectés par un support de transmission Un exemple d'un tel ensemble est un ensemble de transmission à ligne numérique à fibre optique dans lequel l'émetteur source est un laser, le récepteur un ensemble photodétec- teur et le support de transmission la fibre optique Le signal de transmission par la ligne numérique doit contenir à la fois des données et des informations d'horloge afin que ces signaux puissent être convenablement reconstitués au récepteur Un procédé utile à cet effet est le codage du signal de données, par exemple un signal NRZ (non retour à zéro) avant la transmission Un exemple est le système de codage 5 B 6 B souvent utilisé pour les transmissions optiques ou le système de codage CMI souvent utilisé pour les transmissions électriques Ce procédé assure la présence d'une composante d'horloge dans le signal de la ligne de transmission, cette composante pouvant être récupérée au récepteur dans lequel est réalisé le décodage pour la récupération des données Par exemple, dans les ensembles de transmission à ligne numérique de la technique anté- rieure, le récepteur termine la ligne de transmission avec un photodétecteur qui donne une représentation électrique numérique du signal de transmission de la ligne L'horloge de transmission est par exemple tirée de ce signal élec- trique, à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase qui' synchronise le signal de sortie d'un oscillateur local avec le contenu d'horloge de ce signal Le signal électrique produit par le détecteur du récepteur peut être modifié par différentiation et filtrage quadratique pour la formation d'un signal modifié ayant une composante de plus grande puissance à-la fréquence d'horloge afin que le rendement de l'horloge obtenue par ce procédé d'extraction du détecteur du récepteur soit accru Un circuit effectuant cette opération peut contenir de nombreux composants séparés ou peut être formé d'un dispositif spécialisé Dans les deux cas, le circuit est relativement coûteux d'abord pour sa mise au point, et ensuite pour sa fabrication Lors d'une utilisation à des fréquences de bits élevées, la fabrica- tion de grands volumes de circuits d'extraction d'horloge à boucle à verrouillage de phase peut être coûteuse étant donné les réglages nécessaires dans les étapes finales de test du produit En outre, chaque circuit doit être réalisé spécifiquement afin qu'il travaille à une fréquence spéci- fique de transmission par la ligne si bien que, par exemple, un circuit d'extraction d'horloge destiné à un ensemble de transmission optique à 678 mégabits par seconde ne peut pas être utilisé ou ajusté pour travailler avec un ensemble de transmission dans une ligne à 140 mégabits par seconde Il existe des variantes à l'utilisation d'un oscillateur local et d'une boucle à verrouillage de phase pour l'extraction électrique d'une horloge, et le signal électrique peut être amplifié et filtré avec un filtre à ondes acoustiques de surface à facteur de surtension élevé, mais ces filtres présentent aussi l'inconvénient d'être propres à une fréquence de bits. Dans une variante à la récupération entièrement électronique du signal d'horloge à l'aide de l'horloge détectée à partir d'un signal optique, la récupération peut être réalisée optiquement ou de façon opto- électronique à l'aide d'une diode laser autopulsatoire ou d'un amplifica- teur optique non linéaire, comprenant un laser à injection, une diode qui est habituellement une diode laser à hétéro- structure interne, ayant un contact supérieur divisé en deux parties qui sont alimentées de manière indépendante pour la formation d'une région de gain et d'une région d'absorption interne montées optiquement en tandem Ainsi, l'article de P E Barnsley et al intitulé "Clock Extraction Using Saturable Absorption in a Semiconductor Nonlinear Optical Amplifier" (IEEE Photonics Technology Letters, Vol 3, N O 9, septembre 1991, pages 832-4) décrit l'utilisation de l'un de ces dispositifs pour la récupéra- tion d'un signal d'horloge électrique à partir de son contact saturable d'absorption lorsque le signal optique est appliqué à sa facette d'entrée Cet article explique, en particulier en référence à sa figure 2, que le signal obtenu directement à partir de ce contact doit être filtré avant de pouvoir être utilisé comme signal d'horloge, et ce type de récupération d'horloge, comme ceux qu'on a indiqués précédemment, souffre du problème de la spécificité de toute réalisation particulière par rapport à la fréquence de bits. Dans deux autres articles de P E Barnsley et al, intitulés "All-optical Clock Recovery from 5 Gb/s RZ Data Using a Self-Pulsating 1,56 pm Laser Diode" (IEEE Photonics Technology Letters, Vol 3, no 10, octobre 1991, pages 942-5) et "A 4 x 5 Gb/s Transmission System with All-Optical Clock Recovery" (Ibid, Vol 4 N O 1, janvier 1992, pages 83-86), décrivent un procédé de récupération d'horloge qui est entièrement optique et dans lequel il n'est pas néces- saire d'utiliser un filtrage électronique car le filtrage est réalisé optiquement par l'action de la diode laser autopulsatoire elle-même Cependant, un inconvénient de cette solution est que la récupération d'horloge implique le prélèvement d'une proportion importante, habituellement de 20 %, de la puissance optique qui aurait été disponible autrement pour la détection du signal. La présente invention a pour objet la réalisation d'un système optoélectrique de récupération d'horloge qui permet la détection de la totalité de la puissance optique reçue par le récepteur. La présente invention a aussi pour objet la réalisa- tion d'un ensemble opto-électronique de récupération d'horloge dans lequel la récupération d'horloge peut être réalisée sans recours au filtrage en régime électrique. La présente invention concerne plus précisément un récepteur d'un signal contenant à la fois des données et des informations d'horloge et, dans ce récepteur, le signal est reçu en format de signal électrique ou est transformé en un tel format; ce récepteur se caractérise en ce qu'une partie du signal électrique est couplée à une entrée électrique d'un dispositif à diode laser autopulsatoire à semi-conducteur dont la fréquence peut être réglée afin qu'il soit mis à une fréquence de pulsation et à une phase de pulsation correspondant à celles de la composante d'horloge du signal reçu. La présente invention concerne en outre un circuit de récupération d'horloge optique destiné à récupérer un signal d'horloge optique d'un signal optique reçu contenant à la fois des données et des informations d'horloge; ce circuit comprend un photodétecteur destiné à recevoir le signal optique reçu Le circuit est caractérisé en ce que le signal électrique de sortie du photodétecteur est couplé à une première entrée électrique d'un dispositif à diode laser autopulsatoire à semi- conducteur dont la fréquence est réglable. L'invention concerne aussi un procédé de récupéra- tion d'horloge d'un signal transmis par une ligne contenant à la fois des données et des informations d'horloge Ce procédé se caractérise en ce que le signal de transmission de la ligne est transmis à un détecteur qui donne un signal électrique de sortie qui est ajouté à une première entrée d'une diode laser autopulsatoire à semi-conducteur dont la fréquence est réglable et qui est polarisé en courant continu. D'autres caractéristiques et avantages d'un circuit et d'un procédé de récupération optique d'horloge selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, faite en référence au dessin annexé dont la figure unique est un diagramme synoptique d'un circuit selon l'invention. On se réfère au dessin annexé; un signal optique 10, reçu par un récepteur et contenant à la fois des données et des informations d'horloge, est dirigé vers un photodétecteur 11 qui produit un signal électrique de sortie dans une ligne 12, ce signal contenant à la fois des données et des informations d'horloge Par exemple, les données peuvent être sous forme d'un signal NRZ (non retour à zéro) à 565 mégabits par seconde, transformé par une conversion par le code 5 B 6 B en un signal à 678 mégabits par seconde contenant à la fois des données et des informations d'horloge La ligne 12 est connectée à l'entrée d'un amplificateur 13 afin qu'un signal amplifié soit formé, une partie de ce signal étant transmise par une ligne 14 à une diode laser autopulsatoire 15, une partie étant transmise par une ligne 16 vers une autre partie (non représentée) du récepteur dans lequel l'horloge récupérée est utilisée pour le décodage du signal et la restitution des données conte- nues, leur remise en forme et leur remise en synchronisa-15 tion La diode laser autopulsatoire 15 reçoit des courants continus de polarisation à ses contacts de gain et d'ab- sorption, avec des valeurs choisies pour donner une fré- quence de pulsation astable proche de la fréquence de bits de la ligne de transmission de 678 M Hz Le signal de la ligne 14 est ajouté à cette polarisation Son amplitude est ajustée afin qu'il soit suffisamment grand pour déterminer la fréquence de pulsation de manière forcée, mais ne soit pas grand au point de remplacer sa pulsation normale par le signal optique codé de données Dans un exemple particu- lier, le signal a été appliqué au contact de gain afin que les pulsations soient verrouillées en phase sur le contenu d'horloge du signal de la ligne 14 et donnent ainsi un signal d'horloge optique de sortie appliqué au photodétec- teur 17, donnant un signal électrique d'horloge ayant un spectre de puissance d'environ 28 d B au-dessus du seuil de bruit électrique Une augmentation de cette valeur a été obtenue par injection d'un signal optique monomode à onde entretenue provenant d'un laser 18 à l'extrémité opposée de la diode laser autopulsatoire afin que son signal optique de sortie soit verrouillé en mode d'injection L'utilisa- tion d'un tel laser n'est qu'une possibilité. REVENDICATIONS 1 Récepteur d'un signal ( 10) contenant à la fois des données et des informations d'horloge, le signal étant reçu dans le récepteur avec un format de signal électrique ou étant transformé en un tel format, caractérisé en ce qu'une partie du signal électrique est couplée à une entrée électrique d'un dispositif à diode laser autopulsatoire à semiconducteur à fréquence réglable ( 15) afin que sa fréquence de pulsation et sa phase soient mises à force à des valeurs correspondant à celles de la composante d'hor- loge du signal reçu. 2 Circuit de récupération optique d'horloge destiné à la récupération d'une horloge optique d'un signal optique reçu ( 10) contenant à la fois des données et des informa- tions d'horloge, le circuit comprenant un photodétecteur ( 11) auquel le signal optique reçu est destiné à être appliqué, caractérisé en ce que le signal électrique de sortie du photodétecteur est couplé à une première entrée électrique d'un dispositif ( 15) à diode laser autopulsa- toire à semi-conducteur à fréquence réglable. 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de sortie de la diode laser autopulsatoire ( 15) est couplée optiquement à un photodétecteur supplémen- taire ( 17). 4 Circuit selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une source laser monomode ( 18) comman- dée en courant continu est couplée optiquement à la diode laser autopulsatoire ( 15). Procédé de récupération d'horloge d'un signal ( 10) de transmission dans une ligne contenant à la fois des données et des informations d'horloge, caractérisé en ce que le signal de transmission par la ligne est transmis à un détecteur ( 11) afin qu'il donne un signal électrique de sortie qui est ajouté à une première entrée d'une diode laser autopulsatoire à semi-conducteur ( 15) à fréquence réglable et polarisée en courant continu. 6 Procédé de récupération d'une horloge optique d'un signal optique contenant à la fois des données et des informations d'horloge, caractérisé en ce que le signal optique est transmis à un détecteur ( 11) destiné à donner un signal électrique de sortie qui est ajouté à une pre- mière entrée d'une diode laser autopulsatoire à semi- conducteur ( 15) à fréquence réglable et polarisée en courant continu.