Brevet FR2726713A1 — publié le 19960510

CIRCUIT DE TRANSMISSION DE DONNEES EN MODE ASYNCHRONE À FREQUENCE LIBRE DE RECEPTION CALÉE SUR LA FRÉEQUENCE D'ÉMISSION La présente invention concerne un circuit de trans- mission de données en mode asynchrone (ATM) à haut débit. Elle s'applique plus particulièrement à la reconstitution d'une hor- loge d'échantillonnage lors de la réception de données transmi- ses en mode asynchrone. La figure 1 représente schématiquement un circuit de transmission de données en mode asynchrone. Ce circuit comprend un module d'émission 1 et un module de réception 2. Côté émission, les données à transmettre sont consti- tuées de données binaires envoyées en parallèle (par exemple sur huit bits) par un dispositif de traitement des données 3 vers un multiplexeur 4 de sérialisation. Ce multiplexeur est commandé par une boucle à verrouillage de phase (PLL) 5 four- nissant un signal d'horloge d'émission des données en série CLKTS qui est en phase avec la fréquence CLKTP d'émission des données en parallèle fournie par le dispositif 3. La sortie du multiplexeur 4 est reliée à un registre logique 6. Le signal en sortie du registre 6 est alors envoyé sur la ligne de transmis- sion Tx qui est généralement constituée d'un câble coaxial ou de fibres optiques. Dans des applications à haut débit, la fréquence d'horloge CLKTP est par exemple de 77,76 MHz et la fréquence de transmission CLKTS qui correspond à la fréquence fournie par un oscillateur commandé en tension (VCO) de la boucle 5 est par exemple de 622,08 MHz. Côté réception, Le signal reçu Rx traverse un ampli- ficateur de niveau 7 puis est envoyé sur un démultiplexeur 8 ainsi que sur une boucle à verrouillage de phase 9. Cette bou- cle 9 est chargée de retrouver la fréquence d'horloge CLKRS du signal de données DATA. En effet, une caractéristique d'une transmission de données en mode asynchrone est que la fréquence d'horloge CLKTS de codage des données n'est pas transmise. Seu- les les données, généralement regroupées par cellules de quarante-huit bits précédés de cinq bits d'en-tête, sont transmises. La boucle 9 délivre au démultiplexeur 8 la fréquence d'échantillonnage des données CLKRS. Le démultiplexeur délivre au dispositif de traitement des données 3, à la fois les don- nées en parallèle sur huit bits et leur fréquence d'horloge CLKRP. Un problème qui se pose est lié au fait que le signal reçu est un signal pseudo-aléatoire qui est donc irrégulier. De plus, ce signal peut comporter des périodes longues pendant lesquelles les bits sont stables. En pratique, le signal reçu par la boucle à verrouillage de phase 9 du module de réception 2 peut comporter jusqu'à soixante-douze bits stables. La boucle à verrouillage de phase comporte un comparateur de phase qui délivre à un filtre passe-bas le résultat de la comparaison de phase entre le signal reçu et un signal recréé par un oscilla- teur commandé en tension (VCO) constitué d'un multivibrateur astable. Pour délivrer au démultiplexeur 8 la fréquence d'échantillonnage CLKRS même pendant les périodes o les bits sont stables, la boucle à verrouillage de phase est réglée sur la fréquence libre CLK0 du multivibrateur pendant ces périodes. Le recours à la fréquence libre CLK0 du multivibra- teur en tant que signal d'échantillonnage CLKRS impose de pou- voir ajuster cette fréquence libre en fonction des conditions de fonctionnement, par exemple des variations de la température de fonctionnement. Une première solution est représentée à la figure 2. Elle consiste à disposer d'un potentiomètre de réglage 11 actionné en l'absence de données pour ajuster la fréquence libre CLK0 du multivibrateur 12. La commande du multivibrateur 12 s'effectue en courant. Ce courant est fourni par la sortie d'un amplificateur différentiel 13, monté en convertisseur tension-courant et recevant en entrée les deux tensions d'er- reurs de phase issues du filtre passe-bas de la boucle 9. Le filtre délivre deux tensions d'erreurs respectivement positive RE+ et négative RE- dans la mesure o le circuit est en logique en mode couplé. Le courant de référence de l'amplificateur 13, c'est-à-dire le courant autour duquel va varier le courant IoscRx délivré au multivibrateur 12, est fixé par un courant IRef. Ce courant IRef représente la somme d'un courant délivré par une source de courant interne 14 et d'un courant délivré par une source de courant externe 15 ajustée par le potentiomè- tre 11. Dans le cas o les bits du signal DATA sont stables, la différence entre les tensions d'erreurs RE+ et RE- est nulle et le courant IoscRx est égal à IRef. Cette solution empirique n'est pas adaptée à une fabrication en série. En effet, elle impose à l'utilisateur de régler manuellement son circuit au début de chaque transmission pour ajuster la fréquence libre du multivibrateur 12 sur la fréquence de 622,08 MHz. La figure 3 illustre une deuxième solution qui con- siste à utiliser pendant les périodes o les données reçues sont stables, la fréquence d'horloge CLKTS disponible dans le module d'émission 1. Côté émission, la boucle à verrouillage de phase 5 reçoit le signal CLKTP du dispositif 3. La phase de cette fréquence d'horloge est comparée au sein d'un comparateur de phase 20 par rapport à une fréquence reconstituée au moyen d'un diviseur 21 qui reçoit la fréquence d'émission CLKTS. Cette fréquence CLKTS provient de l'ajustement d'un VCO 22 constitué comme précédemment d'un multivibrateur astable commandé à par- tir du signal de sortie d'un filtre passe-bas 23. Bien que le VCO 22 soit comme dans le cas de la figure 2, commandé par deux tensions d'erreurs de phase délivrées par le filtre 23, une seule liaison a été représentée pour des raisons de clarté. Côté réception, la boucle à verrouillage de phase 9 comporte de même un comparateur de phase 24 suivi d'un filtre passe-bas 25 et d'un VCO 26 également constitué d'un multivi- brateur astable. Le VCO 26 délivre la fréquence d'horloge CLKRS. Pour déterminer les périodes pendant lesquelles le module de réception doit utiliser la fréquence d'émission CLKTS, le signal de données reçues DATA est envoyé sur une pre- mière entrée d'un multiplexeur 27 à deux entrées dont la seconde entrée reçoit le signal CLKTS issu du VCO 22 et divisé par deux en fréquence au moyen d'un diviseur 29. Le recours au diviseur 29 est lié au fait qu'un bit de donnée est présent pendant une demi-période de la fréquence CLKTS. La sortie du multiplexeur 27 constitue le signal envoyé sur la première entrée du comparateur de phase 24 dont la seconde entrée reçoit le signal CLKRS de sortie du VCO 26. La sélection entre les deux entrées du multiplexeur 27 est assurée par un comparateur de fréquences 28 qui compare la fréquence du signal CLKTS par rapport à la fréquence du signal CLKRS. Ainsi, lorsque le signal de données se trouve dans une période o les données sont stables, la fréquence CLKRS délivrée par le VCO 26 s'écarte de manière importante de la fréquence d'émission CLKTS. Le multiplexeur 27 délivre alors au comparateur de phase 24, le signal issu du diviseur 29 qui cor- respond au signal CLKTS divisé par deux en fréquence. Par con- tre, hors de ces périodes les fréquences CLKTS et CLKRS sont proches et le multiplexeur 27 délivre le signal de données DATA. La fréquence d'émission CLKTS est donc utilisée en cas de fortes variations de la fréquence CLKRS, ainsi qu'au démarrage du circuit qui correspond à une période stable (aucune donnée n'arrive sur le récepteur). Un inconvénient d'un tel circuit est qu'en faisant appel à la fréquence d'émission CLKTS, on risque de perdre plu- sieurs cellules de données du signal transmis. En effet, la constante de temps des filtres passe-bas est trop importante devant la durée de transmission d'un bit de donnée. Cette cons- tante de temps est de l'ordre de 70 ns alors qu'à la fréquence de 622 MHz, la durée d'un bit est de 3,2 ns. Si un tel circuit fonctionne correctement pour un signal à basse fréquence (de l'ordre de 500 kHz), son utilisation pour des circuits de transmission à haut débit entraîne des pertes d'informations. La présente invention vise à pallier les inconvé- nients des solutions existantes en proposant un circuit qui permette d'utiliser la fréquence d'émission des données au sein du module de réception lorsque les données reçues ne permettent pas une extraction de la fréquence de réception tout en assu- rant une fréquence stable en fonction des conditions de fonc- tionnement et en évitant les pertes d'informations. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit un circuit de transmission de données à haut débit en mode asynchrone du type comportant deux boucles à verrouillage de phase associées respectivement à un module d'émission et à un module de réception et pourvues chacune d'un oscillateur com- mandé en tension constitué d'un multivibrateur astable, le cou- rant de référence fixant la fréquence libre d'oscillation du multivibrateur associé au module de réception correspondant au courant d'ajustement en fréquence du multivibrateur associé au module d'émission. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque oscillateur commandé en tension comporte un amplificateur dif- férentiel monté en convertisseur tension-courant, recevant deux tensions représentant l'erreur de phase de la boucle à laquelle il est associé et délivrant un courant d'ajustement en fré- quence de son multivibrateur. Selon un mode de réalisation de l'invention, la sor- tie de l'amplificateur différentiel de l'oscillateur d'émission est reliée à la borne de courant de référence de l'amplifica- teur différentiel de l'oscillateur de réception. Selon un mode de réalisation de l'invention, la fré- quence libre du multivibrateur associé à l'oscillateur d'émis- sion fixée par son courant de référence est de 622,08 MHz. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures join- tes parmi lesquelles: les figures 1 à 3 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé; et la figure 4 représente un mode de réalisation d'un circuit d'adaptation de la fréquence libre d'un oscillateur d'extraction de la fréquence sous laquelle sont reçues les don- nées d'un circuit de transmission de données en mode asynchrone selon l'invention. Pour des raisons de clarté les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. De même, alors que tous les constituants des circuits décrits sont en logique en mode couplé et sont donc à sorties complémentai- res, une seule liaison a été représentée entre les différents éléments. En pratique, deux liaisons sont utilisées entre cha- que élément mais elles ne sont représentées que lorsque qu'el- les sont nécessaires à la compréhension de l'invention. Le circuit selon l'invention, tel que représenté à la figure 4, est destiné à être intégré dans un circuit de trans- mission de données en mode asynchrone du type de celui repré- senté à la figure 1. La figure 4 représente les deux oscillateurs comman- dés en tension 31 et 32 des boucles à verrouillage de phase 5 et 9 respectivement associées aux modules d'émission 1 et de réception 2. Le VCO 31 associé au module d'émission comporte une source de courant interne 33 constituée par exemple d'une résistance qui fournit à un amplificateur différentiel 34, monté en convertisseur tension-courant, un courant de référence IRef. L'amplificateur 34 reçoit sur ses deux entrées les ten- sions d'erreurs de phase TE+ et TE- issues du filtre passe-bas de la boucle 5. La différence de potentiel indicatrice de l'er- reur de phase est convertie en un courant IoscTx qui est envoyé sur la borne de commande du multivibrateur 35 qui est dimen- sionné pour avoir une fréquence libre d'oscillation d'environ 622,08 MHz si IoscTx est égal à IRef. Côté réception, un amplificateur différentiel 36 du VCO 32 reçoit sur ses deux entrées les tensions d'erreurs de phase RE+ et RE- issues du filtre passe-bas de la boucle 9. La sortie de l'amplificateur 36 délivre également un courant de commande IoscRx du multivibrateur 37 du VCO 32. Mais le courant de référence de l'amplificateur 36 est ici constitué par le courant IoscTx de sortie de l'amplificateur différentiel 34 associé au VCO 31. Ainsi, lorsque les bits reçus par le module 2 sont stables, les deux tensions RE+ et RE- d'entrée de l'amplifica- teur 36 sont égales et le courant de sortie IoscRx de l'ampli- ficateur 36 est fixé à IoscTx. Si par contre le signal de don- nées est exploitable pour extraire la fréquence de réception, la différence entre les deux tensions d'erreurs RE+ et RE- de l'amplificateur 36 va faire varier le courant IoscRx autour de sa valeur de référence, ici IoscTx. Une caractéristique de l'invention est d'utiliser le courant d'ajustement de la fréquence d'oscillation du multivi- brateur associé au module d'émission en tant que courant de référence du multivibrateur associé au module de réception. Ainsi, au lieu de reporter au sein du module de réception la fréquence d'émission qui nécessite un ajustement du multivibra- teur de réception au moyen de la boucle à verrouillage de phase, on ajuste directement le multivibrateur sur cette fré- quence en agissant sur son courant de référence. Les variations du courant de référence du multivibra- teur 37 lié au module de réception s'effectuent ainsi autour d'une valeur qui prend déjà en compte certains paramètres de fonctionnement comme par exemple la température. Ainsi, la valeur centrale du courant IoscRx et donc la fréquence libre d'oscillation du multivibrateur 37 est fixée à la fréquence d'émission mais sans passer par l'emploi de filtres qui indui- sent un retard entraînant une perte de données. Les variations de la fréquence d'oscillation du multivibrateur 37 ne s'effec- tuent plus désormais autour d'une valeur fixée par une source de courant indépendante, mais autour de la fréquence d'émis- sion. La fréquence libre de l'oscillateur de réception est donc très proche de la fréquence réelle d'émission. L'écart entre cette fréquence libre et la fréquence d'émission dépend désormais uniquement des dispersions techno- logiques des composants utilisés et non plus comme précédemment des conditions de fonctionnement. Les multivibrateurs 35 et 37 sont de préférence réa- lisés sur une même puce de circuit intégré pour que leurs cons- tituants soient homogènes. Ainsi, les seules dispersions tech- nologiques auxquelles on doit veiller pour une mise en oeuvre optimale de l'invention sont celles liées à la taille des com- posants sur une même puce ce qui est parfaitement contrôlable. La tolérance admissible dans les dispersions techno- logiques est liée à la dérive admissible entre les fréquences des multivibrateurs. Pour éliminer tout risque de perte de don- nées on veillera à ce que la dérive sur soixante-douze bits de données soit inférieure à une demi-période de la fréquence de 622,08 MHz. Ainsi, l'invention assure un décodage optimal des données reçues par le circuit de transmission asynchrone. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle ne nécessite qu'une source de courant pour les deux multivibrateurs associés respectivement aux modules d'émission et de réception. En effet, seule la source fournissant le cou- rant IRef est nécessaire, le courant de référence du multivi- brateur de réception étant fourni par le multivibrateur d'émis- sion. Ainsi, la consommation d'énergie au sein du circuit de transmission asynchrone est moindre. La source de courant 33 est par exemple constituée d'une source de courant ajustée selon la température de fonctionnement. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des composants décrits pourra être remplacé par un ou plusieurs éléments remplissant la même fonction. En outre, la réalisation pratique des multi- vibrateurs astables dans le respect des contraintes et des indications fonctionnelles données dans le présent mémoire est à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Circuit de transmission de données à haut débit en mode asynchrone du type comportant deux boucles à ver- rouillage de phase (5, 9) associées respectivement à un module d'émission (1) et à un module de réception (2) et pourvues cha- cune d'un oscillateur commandé en tension (31, 32) constitué d'un multivibrateur astable (35, 37), caractérisé en ce que le courant de référence fixant la fréquence libre d'oscillation du multivibrateur (37) associé au module de réception (2) corres- pond au courant (IoscRx) d'ajustement en fréquence du multivi- brateur (35) associé au module d'émission (1). 2. Circuit de transmission de données à haut débit en mode asynchrone selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque oscillateur commandé en tension (31, 32) comporte un amplificateur différentiel (34, 36) monté en convertisseur tension-courant, recevant deux tensions (TE+ , TE-; RE+, RE-) représentant l'erreur de phase de la boucle (5, 9) à laquelle il est associé et délivrant un courant (IoscTx, IoscRx) d'ajus- tement en fréquence de son multivibrateur (35, 37). 3. Circuit de transmission de données à haut débit en mode asynchrone selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur différentiel (34) de l'os- cillateur (31) d'émission est reliée à la borne de courant de référence de l'amplificateur différentiel (36) de l'oscillateur (32) de réception. 4. Circuit de transmission de données à haut débit en mode asynchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence libre du multivibrateur associé à l'oscillateur d'émission fixée par son courant de référence (IRef) est de 622,08 MHz.