Brevet FR2767994A1 — publié le 19990305

La présente invention concerne des récepteurs pour communications optiques de données et, en particulier mais non exclusivement, des récepteurs pour communications optiques de données qui travaillent par détection d'impul- sions de lumière qui représentent des données numériques. Les données peuvent être communiquées sous forme d'impulsions lumineuses entre un émetteur optique et un récepteur optique. La communication des données de cette manière constitue un moyen d'isoler électriquement des appareils associés à un émetteur de données et un récepteur de données. Il est souvent nécessaire qu'un appareil électronique du commerce produit par un fabricant puisse être remplacé par un appareil produit par un autre fabricant. Cependant, lorsque des données sont communiquées sous forme d'impul- sions lumineuses, il peut exister une grande variation de durée et d'intensité des impulsions lumineuses produites par des appareils de différents fabricants. En outre, d'autres facteurs peuvent provoquer une variation importante de durée et d'intensité des impulsions lumineuses que doit détecter un récepteur optique. La détection d'impulsions présentant une variation importante de largeur dans le temps et d'intensité par un récepteur optique avec réduction au minimum de la complexité et du coût du récepteur optique pose un problème technique. Le problème technique de la détection des impulsions lumineuses qui présentent une variation importante de lar- geur dans le temps et d'intensité est résolu par un récepteur optique selon l'invention. Ainsi, l'invention concerne un récepteur de données optiques qui comprend un photodétecteur qui crée des signaux sous forme d'impulsions électriques représentatives d'impul- sions lumineuses reçues par le photodétecteur, un circuit renforçateur d'impulsions couplé au photodétecteur et destiné à recevoir les signaux sous forme d'impulsions électriques et à augmenter sélectivement la durée dans le temps des impulsions électriques afin que les signaux sous forme d'impulsions électriques ainsi renforcés aient une longueur prédéterminée minimale dans le temps, un circuit de décalage d'amplitude d'impulsions qui crée un seuil de détection d'après l'amplitude de plusieurs signaux sous forme d'impulsions électriques reçues du photodétecteur et d'un seuil prédéterminé de décalage, et un comparateur couplé par une première entrée au circuit renforçateur d'impulsions et par une seconde entrée au circuit de décalage d'amplitude d'impulsions et destiné à créer une impulsion formant un signal de sortie lorsque les signaux renforcés ont une amplitude supérieure au seuil de détection. Certaines impulsions lumineuses détectées par un photodétecteur peuvent avoir une durée bien plus courte que d'autres impulsions. Un renforçateur d'impulsions peut être utilisé pour accroître la durée dans le temps de ces impulsions de courte durée détectées par le photodétecteur afin que des signaux sous forme d'impulsions électriques représentatives des impulsions lumineuses détectées aient une longueur prédéterminée minimale. En outre, les impul- sions lumineuses peuvent présenter une variation importante d'énergie et donc d'intensité. L'amplitude de ces impulsions peut aussi varier. Cependant, cette variation s'effectue à relativement long terme car l'amplitude des impulsions ne change pas pendant un nombre important d'impulsions. En conséquence, un circuit de décalage de l'amplitude de crête peut être utilisé pour la création d'un seuil en fonction de l'amplitude moyenne des impulsions détectées par le photodétecteur. Le changement d'échelle de cette amplitude moyenne d'un facteur de décalage, suivant un niveau prédefini, permet la création d'un seuil de détection des impulsions. La transmission des impulsions allongées et du seuil à la première et à la seconde entrée d'un comparateur permet au récepteur optique de comprendre un moyen de création d'impulsions de données représentatives des données optiques sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un circuit comparateur relativement rapide et donc coûteux. Le terme "lumière" utilisé dans le présent mémoire se refère a la lumière à la fois des spectres visibles et invisibles. Le récepteur optique peut en outre comprendre un amplificateur à rétablissement rapide qui est connecté entre le photodétecteur, l'organe qui allonge les impulsions et le circuit de décalage d'amplitude des impulsions et peut amplifier les signaux sous forme d'impulsions électriques provenant du photodétecteur. L'amplificateur à rétablis- sement rapide peut en outre se rétablir rapidement à partir d'un état de saturation provoqué par des impulsions d'amplitude relativement élevée reçues du photodétecteur. L'invention concerne aussi, dans un autre aspect, un procédé de détection d'impulsions de données optiques et de création de signaux représentatifs de ces impulsions de données, comprenant les étapes suivantes: la création d'impulsions de signaux représentatives d'impulsions de données optiques détectées par un détecteur optique, l'augmentation sélective de la durée des impulsions des signaux afin que chaque impulsion de signal ait une longueur minimale prédéterminée dans le temps, la formation de la moyenne de l'amplitude des impul- sions des signaux détectés pour la formation d'une amplitude moyenne, le décalage de l'amplitude moyenne pour la création d'un seuil de détection correspondant aux impulsions des signaux à détecter et la comparaison du seuil à l'amplitude d'impulsions des signaux allongés, et la création d'un signal de sortie représentatif des impulsions de données détectées en fonction de la compa- raison. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'un circuit de réception de données optiques; la figure 2 est un schéma d'un circuit de réalisation d'une première partie du circuit de réception optique de la figure 1; et la figure 3 est un schéma d'un circuit de la seconde partie du circuit de réception optique représenté sur la figure 1. Les systèmes à récepteur et détecteur par association de données infrarouges (IrDA) sont devenus une norme de facto pour la communication de données à l'aide d'impulsions optiques. La communication selon cette norme est réalisée par émission et réception d'impulsions infrarouges. La version 1.1 d'octobre 1995 de la spécification de liaison de couche physique infrarouge série IrDA spécifie qu'un récepteur d'impulsions infrarouges doit détecter ces impul- sions avec une largeur comprise entre 1,4 et 20 ps et une intensité comprise entre 4 et 500 000 pW/cm2. Ces valeurs correspondent à des fréquences de données pouvant atteindre 9,6 kb/s. De tels récepteurs optiques doivent aussi être insensibles au rayonnement parasite qui peut être reçu par le détecteur. Un récepteur de telles impulsions infrarouges doit pouvoir créer des impulsions bien délimitées représen- tatives de chacune des impulsions infrarouges du rayonnement reçu par le récepteur optique, sans variation avec la largeur ou l'intensité des impulsions dans les plages précitées. Un récepteur optique qui est destiné à recevoir les impulsions infrarouges selon la spécification précitée est représenté sur la figure 1. La disposition du diagramme synoptique de la figure 1 correspond à un moyen efficace et peu coûteux de détecter les impulsions infrarouges avec un fonctionnement nécessitant une tension d'alimentation qui peut être aussi faible que 3 V. Un tel circuit peut aussi travailler avec une plus grande économie d'énergie que le récepteur optique connu. Sur la figure 1, un photodétecteur 1 est destiné à recevoir des impulsions lumineuses transmises par la ligne 2, communiquant avec un dispositif convenable de commu- nication tel qu'une fibre optique. Un amplificateur 3 à rétablissement rapide est connecté au photodétecteur 1. Une entrée d'un circuit renforçateur d'impulsions 4 et un organe de décalage d'amplitude d'impulsion sont connectés a une sortie de l'amplificateur 3. Les sorties respectives des circuits renforçateur 4 et de décalage 5 sont connectées à une première et une seconde entrée d'un comparateur 6. Le comparateur 6 est destiné à piloter un conducteur de sortie 8. Lors du fonctionnement, des impulsions de lumière infrarouge sont reçues par le photodétecteur 1 qui cree des signaux sous forme d'impulsions électriques dans le conducteur 10, avec une durée dans le temps et une intensité qui représentent les impulsions infrarouges reçues. Les signaux électriques sont transmis par le conducteur 10 à l'amplificateur 3. En général, l'amplificateur 3 assure l'amplification des signaux sous forme d'impulsions élec- triques représentatives des impulsions infrarouges reçues du photodétecteur 1. Cependant, l'amplificateur 3 est en outre destiné à amplifier les signaux des impulsions électriques avec une plage dynamique importante. Ce résultat est obtenu par incorporation, à l'amplificateur 3 à rétablissement rapide, d'un dispositif de rétablissement après réception d'une impulsion de signal électrique qui a une amplitude suffisante pour piloter l'amplificateur à un état de saturation. Ainsi, l'amplificateur 3 peut récupérer rapide- ment après saturation si bien qu'une impulsion suivante peut être amplifiée et transmise au circuit renforçateur 3 et au circuit 5 de décalage. Les impulsions électriques amplifiées représentatives des impulsions de lumière infrarouge sont produites par le photodétecteur 1 et transmises au circuit renforçateur 4 et au circuit 5 de décalage par un conducteur 10. Le circuit renforçateur 4 augmente sélectivement la largeur dans le temps de chaque impulsion afin que toutes les impulsions présentées à la sortie du circuit renforçateur aient une largeur minimale prédéterminée dans le temps. Le circuit renforçateur 4 peut donc travailler comme un intégrateur à courte constante de temps qui intègre les impulsions reçues de l'amplificateur 3. Le circuit de décalage 5 des ampli- tudes des impulsions travaille aussi sur les signaux des impulsions électriques représentatives des impulsions infra- rouges détectées par le photodétecteur 1. Ce circuit de décalage 5 détermine une amplitude moyenne de plusieurs impulsions électriques reçues. Le nombre d'impulsions choisi pour déterminer l'amplitude moyenne peut être réglé d'après les conditions de fonctionnement du récepteur optique et donne une moyenne à relativement long terme de l'amplitude des impulsions reçues. L'amplitude moyenne subit alors un changement d'échelle d'un facteur prédéterminé afin qu'un seuil de référence ou de détection soit créé et puisse être utilisé pour la détermination du fait qu'une impulsion a été détectée. Ce seuil de détection est présenté à la sortie du circuit 5 de décalage de la moyenne des impulsions sous forme d'un seuil qui parvient à une seconde entrée du comparateur 6. Le seuil de détection est donc une fonction du temps à long terme du nombre d'impulsions reçues. Un seuil transmis à la seconde entrée du comparateur 6 est donc représentatif d'un point de décision de détection des impulsions. Le comparateur 6 reçoit à une première entrée le signal de sortie du circuit renforçateur 4. En conséquence, si le circuit renforçateur 4 communique une impulsion ayant une largeur prédéterminée minimale dans le temps et une amplitude supérieure au seuil, le comparateur 6 est destiné à créer une impulsion de sortie par le conducteur 8 qui a une largeur et une amplitude prédéterminées qui suffisent pour le pilotage d'un étage suivant de l'appareil électrique. Un ensemble comprenant le circuit renforçateur 4 combiné au circuit 5 qui forme la moyenne d'amplitude d'impulsions coopère de manière que des impulsions rapides et de faible amplitude aient une probabilité de détection pratiquement identique à celle d'impulsions plus longues et de plus grande amplitude. Le résultat de cette plus grande probabilité de détection est qu'on peut utiliser, pour la détection des impulsions, un comparateur 6 moins sensible et donc moins coûteux. En outre, le récepteur optique peut travailler avec des composants qui ont un temps de réponse relativement plus long, si bien que l'économie d'énergie est considérable. Les figures 2 et 3 représentent sous forme de circuit une réalisation de la présente invention, les parties qui apparaissent aussi sur la figure 1 portant les mêmes reférences numériques. Sur la figure 2, le photodétecteur 1 est représenté comme comprenant une photodiode D1 et une resistance R1. La photodiode D1 est destinée à travailler en mode photovoltaique dans lequel elle est couplée en courant alternatif à un amplificateur et est destinée à avoir une résistance parallèle ou de faible valeur. Cette disposition donne un court temps de réponse et une insensibilité en pratique à la lumière du jour ou d'un autre rayonnement, sans que le courant consommé en régime permanent soit important. La figure 2 représente aussi l'amplificateur 3 à réponse rapide qui est connecté au photodétecteur 1. L'amplificateur 3 est formé de cinq transistors T1, T2, T3, T4, T5 qui sont destinés à assurer une amplification rapide des impulsions détectées par le photodétecteur 1 et à transmettre une représentation des impulsions optiques sous forme d'impulsions electriques à un conducteur 20. Les collecteurs des transistors T1, T2, T3, T4 sont connectés à une tension d'alimentation positive Vcc par des résistances R2, R3, R4, R5 alors que le collecteur du transistor T5 est connecté directement à l'alimentation Vcc. Les transistors T2, T3 et T3 ont des émetteurs connectés à la masse par l'intermédiaire de résistances R6, R7 et R8. D'autres résistances R9, R10 et Rll et des condensateurs C1, C2, C3, C4 et C5 sont destinés à assurer la polarisation et le couplage des signaux dans l'amplificateur 3. La figure 3 représente un schéma d'un circuit compre- nant le circuit renforçateur d'impulsions 4, le circuit 5 de décalage d'amplitude des impulsions et le comparateur 6. Le circuit renforçateur 4 est représenté comme comprenant un transistor T6 dont le collecteur est connecté au rail d'alimentation positive Vcc et dont l'émetteur est connecté par des résistances R12, R13 et un condensateur C9 à un rail de masse GND. L'émetteur du transistor T6 est couplé par le condensateur C10 et la résistance R14 à une entrée négative d'un comparateur 22 qui forme le comparateur 6. Le circuit de décalage d'amplitude des impulsions est représenté comme comprenant un transistor T7 dont le collecteur est connecté au rail d'alimentation positive Vcc et l'émetteur est connecté par une résistance R15 et un condensateur C6 à la masse. La base du transistor T7 et la base du transistor T6 sont connectées à la borne 24 qui, pendant l'utilisation, est connectée à une borne du conducteur 20 et est destinée à recevoir les impulsions électriques provenant de l'ampli- ficateur 3. Un circuit de polarisation destiné au circuit renforçateur et au circuit de décalage 26 est représenté comme comprenant un transistor T8 dont l'émetteur est connecté au rail de masse GND par une résistance R16 et dont le collecteur est connecté par une résistance R17 à la borne 24. Une entrée positive du comparateur 22 est connectée à une sortie du circuit 5 de décalage, au milieu entre la résistance R15 et le condensateur C16, par une résistance R18. Des résistances R19 et R20 forment en combinaison avec la résistance R21 un ensemble de polarisation de l'amplificateur opérationnel 22 qui forme le comparateur 6. Des condensateurs de couplage C7, C8, Cll font aussi partie du circuit de la figure 3. Le comparateur 22 est destiné à créer une impulsion de sortie d'amplitude définie et de largeur dans le temps définie qui apparaît à une borne de sortie 28. L'invention peut être modifiée de diverses manières. Par exemple, elle peut être utilisée pour la détection d'une forme quelconque d'impulsions lumineuses représentatives de données à communiquer et peut aussi s'appliquer à la détec- tion de données transmises par d'autres types de rayonnement électromagnétique, par exemple des signaux en hyperfré- quences. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Récepteur de données optiques, caractérisé en ce qu'il comprend un photodétecteur (1) qui crée des signaux sous forme d'impulsions électriques représentatives d'impul- sions lumineuses reçues par le photodétecteur (1), un circuit (4) renforçateur d'impulsions couplé au photodétec- teur (1) et destiné à recevoir les signaux sous forme d'impulsions électriques et à augmenter sélectivement la durée dans le temps des impulsions électriques afin que les signaux sous forme d'impulsions électriques ainsi renforcés aient une longueur prédéterminée minimale dans le temps, un circuit (5) de décalage d'amplitude d'impulsions qui crée un seuil de détection d'après l'amplitude de plusieurs signaux sous forme d'impulsions électriques reçues du photodétecteur (1) et d'un seuil prédéterminé de décalage, et un compara- teur (6) couplé par une première entrée au circuit (4) renforçateur d'impulsions et par une seconde entrée au circuit (5) de décalage d'amplitude d'impulsions et destiné à créer une impulsion formant un signal de sortie lorsque les signaux renforcés ont une amplitude supérieure au seuil de détection. 2. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un amplificateur (3) à réta- blissement connecté entre le photodétecteur (1), le circuit (4) renforçateur d'impulsions et le circuit (5) de décalage d'amplitude d'impulsions et destiné à amplifier les signaux sous forme d'impulsions électriques provenant du photo- détecteur (1). 3. Récepteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur (3) est un amplificateur à rétablis- sement rapide destiné à récupérer rapidement depuis un état de saturation provoqué par des impulsions d'amplitude rela- tivement élevée reçues du photodétecteur (1). 4. Récepteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le photodétecteur (1) travaille en mode photovoltaique et donne ainsi une réduc- tion notable du courant consommé à l'état d'attente. 5. Procédé de détection d'impulsions de données optiques et de création de signaux représentatifs de ces impulsions de données, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la création d'impulsions de signaux représentatives d'impulsions de données optiques détectées par un détecteur optique, l'augmentation sélective de la durée des impulsions des signaux afin que chaque impulsion de signal ait une longueur minimale prédéterminée dans le temps, la formation de la moyenne de l'amplitude des impul- sions des signaux détectés pour la formation d'une amplitude moyenne, le décalage de l'amplitude moyenne pour la création d'un seuil de détection correspondant aux impulsions des signaux a détecter et la comparaison du seuil à l'amplitude d'impulsions des signaux allongés, et la création d'un signal de sortie représentatif des impulsions de données detectées en fonction de la compa- raison.