Brevet FR2833449A1 — publié le 20030613

GSM. DESCRIPTION L'invention concerne les circuits intégrés dédiés aux transmissions à haut débit. En particulier, elle concerne un dispositif de commutation comportant une pluralité d'entrées et de sorties reliées entre elles par une matrice de points d'interconnexion commandée par un organe de contrôle pour transmettre des signaux électriques émis sur lesdites entrées vers lesdites sorties via des lignes de transmission selon un plan de commutation prédéfini, chaque ligne de transmission comportant une voie de signal pour transporter lesdits signaux électriques et une voie de référence soumise à une tension donnée, dite voie de référence en tension. L'invention concerne aussi un circuit intégré comportant un tel dispositif. Elle concerne également un système de transmissions numériques comportant un autocommutateur incorporant un dispositif de commutation pour relier une pluralité d'émetteur et de récepteurs entre eux. Elle concerne enfin un autocommutateur d'un système de transmissions numériques. L'invention a de nombreuses applications notamment dans les systèmes de transmissions par liaisons optiques. Elle est particulièrement avantageuse dans les applications de commutation de paquets à haut débit. Les circuits intégrés utilisés dans les transmissions optiques véhiculent des signaux électriques à des débits élevés, par exemple de l'ordre d'une dizaine de Gigabits par seconde. A ces vitesses de transmission, les liaisons entre les entrées et les sorties du circuit subissent des pertes en ligne non négligeables qui ont une influence néfaste sur les performances du circuit. Toute réduction de la taille du circuit et donc du nombre et de la longueur de ces liaisons contribue à améliorer les performances du circuit en diminuant les pertes en ligne. Ces effets sont encore plus remarquables dans les applications à haut débit, du fait que les lignes de transmission sont traversées par des courants à haute fréquence, ce qui produit un effet particulier, connu sous le nom d'effet de peau, augmentant la résistivité des matériaux utilisés. Le brevet européen publié sous le numéro EP 014 625 décrit un dispositif de commutation du genre mentionné dans le paragraphe introductif destiné à optimiser le rapport entre la taille de la matrice de commutation et sa capacité en nombre d'entrées et de sorties. Le dispositif comporte une pluralité de cellules de commotation arrangées en cascade pour former un résea u matriciel mu lti-étages da ns lequel chaque cellule de commutation comporte deux entrées et deux sorties. Les cellules sont interconnectées en cascade sur plusieurs niveaux ou étages de commutation de manière à ce que toute entrée d'une cellule quelconque puisse être commutée sur toute sortie d'une autre cellule quelconque, via un ou plusieurs étages de commutation, selon le plan d'interconnexion de la matrice. La matrice de commutation multi-étages tel que prévu dans le brevet cité ci-dessus est relativement complexe à réaliser et à commander du fait qu'il n'existe pas de liaison unique directe entre toutes les entrées et toutes les sorties de la matrice. La réalisation, le contr81e et la program mation d'une telle matri_, lorsqu'el le est uti lisée, par exem ple, da ns des applications de commutation de paquets à haut débit, est assez complexe à mettre en oeuvre. De plus, la construction d'une telle matrice en cascades de plusieurs étages est préjudiciable pour les performances du circuit, notamment en terme de gigue. Un objet de l'invention est de fournir un dispositif de commutation ayant un encombrement réduit pour des applications à haut débit, qui soit plus performant et plus simple à réaliser et à commander que le dispositif décrit dans le brevet déjà cité. L'invention modifie l'agencement des différents composants de la matrice pour réutiliser certains composants déjà présents en les adaptant de manière à obtenir, du fait de la répétition de ces composants dans la matrice, une réduction notable de 1'espace total occupé par la matrice. Pour cela, il est prévu un dispositif du genre mentionné dans le paragraphe introdu*if remarquable en ce que les points d'interconnexion sont arrangés dans la matrice de sorte que deux lignes de transmission distinctes comportent une voie de référence en tension commune. Cette configuration permet d'économiser au moins l'espace occupé par une voie de référence en tension autant de fois qu'il y a de paires de sorties dans la matrice. Selon un mode de réalisation particulier, il est prévu que les points d'interconnexion sont arrangés en paires de points d'interconnexion de sorte que deux paires adjacentes aient une voie de référence en tension commune. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, I'organe de contrôle est prévu pour contrôler le fonctionnement de la matrice au moyen de signaux de contrôle prédéterminés selon le plan de commutation, de sorte quà un instant donné, une sortie ne puisse être connectée qu'à une seule desdites entrées par un point d'interconnexion unique placé dans un premier état de commutation, dit état actif, sous la commande de l'organe de contrôle. Tous les autres points d'interconnexion susceptibles de connecter d'autres entrées sur ladite sortie étant placés dans un deuxième état de commutation, dit état inactif. Des moyens de décodage sont prévus pour décoder lesUits signaux de contrôle et pour en déduire l'état de commutation desdits points d'interconnexion. Selon ce mode de réalisation, les moyens de décodage comportent une pluralité de décodeurs associés aux points d'interconnexion pour effectuer un décodage local desdits signaux de contrôle au niveau desdits points d'interconnexion. Le décodage local des signaux de contrôle permet de réduire le nombre de liaisons de contrôle nécessaires entre l'organe de contrôle et les points d'interconnexion, ce qui diminue d'autant l'espace occupé par ces liaisons de contrôle. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu d'utiliser un seul décodeur local ayant 2 sorties, associé à des moyens d'inversion, par paire de points d'interconnexion d'une même cellule complexe, le décodeur unique étant plus simple et plus petit que la somme des décodeurs utilisés selon l'ancienne configuration. Les deux points d'interconnexion formant ladite paire étant conne*ables à une même sortie de la matrice. Ce qui revient à utiliser une seule paire de décodeurs par cellule complexe de quatre points d'interconnexion au lieu de 4 décodeurs (un par point d'interconnexion). L'espace utilisé par les deux décodeurs supprimés peut alors être économisé. Les modes de réalisation suivants, donnés à titre d'exemples non limitatifs pour illustrer comment l'invention peut étre réalisée, sont décrits en regard des dessins ci-annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma fon*ionnel pour illustrer un exemple de dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est un schéma fon*ionnel pour illustrer un exemple de dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un schéma de principe pour illustrer une ligne de transmission utilisée dans un dispositif selon l'invention, - la figure 4 est un schéma fonctionnel pour illustrer un exemple de réalisation d'une cellule complexe d'un dispositif selon l'invention, - la figure 5 est un schéma fon*ionnel pour illustrer un exemple de réalisation préféré d'un dispositif selon l'invention, - la figure 6 est un schéma fon*ionnel pour illustrer un exemple de réalisation d'un décodeur local dans un dispositif selon l'invention, - la figure 7 est un schéma fonctionnel pour illustrer un exemple d'application de l'invention. La figure 1 montre un exemple de dispositif de commutation selon l'invention. Il comporte une matrice re*angle 10, de type n x m, n représentant le nombre d'entrées, notées Io à In' et m le nombre de sorties de la matrice, notées OO à m. Chaque entrée et chaque sortie sont reliées à une ligne de transmission distin*e. Les lignes de transmission sont interconnectées au niveau de points d'interconnexion formant des cellules de commutation de la matrice, notés COO à Cnm, le premier indice faisant référence à l'indice de l'entrée Io à In et le deuxième indice faisant référence à l'indice de la sortie correspondante OO à m. Chaque ligne de transmission dindice i ou j, en entrée ou en sortie de la matrice, se compose d'une voie de signal, notée SI' ou SOj, respectivement, pour transporter un signal électrique depuis une entrée Ij ou vers une sortie Oj de la matrice et d'une voie de référence, notée Vcc, soumise à une tension de référence, par exemple la tension d'alimentation Vcc à 2,5 Volts. La voie de référence en tension Vcc peut, par exemple, servir de voie de retour au signal transmis sur la voie de signal Sj correspondante. Elle peut également avoir d'autres usages, et servir, notamment, comme blindage électromagnétique et/ou voie d'alimentation. Les points d'interconnexion ou cellules de commutation Cj j ont pour fonction de commuter la voie de signal SIj correspondant à l'entrée Ij sur la voie de signal SOj correspondant à la sortie Oj. Pour simplifier, les points t0 d'interconnexion sont représentés sur la figure 1 par des commutateurs simples à deux états. Mais le type de commutateur utilisé pour exercer la fonction des points d'interconnexion n'est pas limité au commutateur Cj,j représenté sur la figure 1. Dans le même but de simplification des figures, les voies de signal sont représentées par une ligne simple. Pour des applications de transmissions optiques, chaque voie de signal peut être i5 constituée de deux voies différentielles parallèles distinctes. Le principe de l'invention tel que décrit en référence à toutes les figures reste valable dans le cas de lignes de transmission différentielles. Selon ce principe, les points d'interconnexion Cj j sont arrangés dans la matrice de sorte que deux lignes de transmission distinctes comportent une voie de référence en tension commune Vcc. Dans la figure 1, les cellules de commutation CO O et C O d'une part et C2 0 et C3,0 d'autre part, conne*ables à une même ligne de transmission de sortie, SOO, sont regroupées par paires de fason à ce que les lignes de transmission correspondant aux deux entrées de la matrice d'indices successifs I et I2, soient disposées côte à côte. Une seule et même voie de référence en tension Vcc est prévue entre les voies de signal correspondantes SI1 et SI2. Cette voie de référence en tension peut, notamment, servir de voie de retour commune aux deux voies de signal SI et SI2. Cela permet d'économiser la place nécessaire pour une voie de référence ainsi que la place d'un espace entre lignes à chaque fois que deux paires de points d'interconnexion sont ainsi associées. La même configuration peut être reproduite au niveau des lignes de transmission correspondant aux entrées suivantes, par exemple, en utilisant une voie de référence en tension commune pour les lignes de transmissions correspondant aux entrées I3 et I4, puis I5 et I6 et ainsi de suite Le même principe s'applique également dans l'autre dimension de la matrice en regroupant par paires des points d'interconnexion du type Cj,j et C'j+ d'une part et Cj j+2 et Cj j+3 d'autre part, connectables à une même ligne de transmission d'entrée de type SI' et à des sorties d'indices successifs SOj et 5 j+1 d'une part et SOj+2 et SOj+3, d'autre part. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention schématisé à la figure 2, les points d'interconnexion sont regroupés en cellules complexes 22 de quatre points d'interconnexion, de sorte que deux cellules adjacentes 22 ont une voie de référence en tension commune. La figure 2 ne représente qu'une partie de la matrice de commutation comportant quatre cellules complexes adjacentes. Selon ce mode de réalisation avantageux, le principe de l'invention est appliqué dans les deux dimensions de la matrice, au niveau des lignes de transmission d'entrée et de sortie. Les mêmes éléments portent les mêmes référence que sur la figure 1. La mise en commun d'une voie de référence Vcc est ici réalisée entre deux lignes de transmission reliées à deux sorties successives ainsi qu'entre deux lignes de transmission reliées à deux entrées successives de la matrice. Cette configuration en cellules complexes de 4 points d'interconnexion permet de gagner la place d'une voie de référence ainsi qu'un espace entre lignes, pour chaque cellule complexe, dans les deux dimensions de la matrice. La figure 3A est une représentation schématique en coupe d'une paire de lignes de transmission pouvant être utilisées dans une matrice de commutation. Comme déjà mentionné, les signaux véhiculés dans les transmissions optiques sont des signaux différentiels en opposition de phase. C'est-à-dire qu'une voie de signal d'une ligne de transmission est en fait constituée de deux composantes différentielles parallèles pour transporter le signal différentiel. Le principe de la matrice décrit en référence aux figures précédentes est conservé, sauf qu'une voie de signal est en réalité constituée de deux voies différentielles parallèles. Chaque ligne de transmission comporte donc deux voies différentielles S et Sq pour transporter le signal et une voie de rétérence en tension ou voie de retour V". En notant A l'espace occupé par une composante d'une voie de signal différentiel, B l'espace occupé par une voie de rétérence en tension Vcc, A'l'espace entre deux voies de signal, B' I'espace entre une voie de signal et une voie de référence en tension et C l'espace entre deux voies de référence en tension, I'encombrement total résultant pour une paire de lignes de transmission différentielles successives agencées selon la figure 3A correspond à 4(A+B+B]+2A'+C. La figure 3B illustre une paire de lignes de transmission différentielles a rra ngées selon l 'i nvention tel le qu'i l l ustrée, par exemple, aux figures et 2. Les mêmes références sont utilisées pour indiquer les mêmes éléments. La voie de référence en tension Vcc est commune aux deux lignes de transmission différentielles successives, ce qui permet de réduire l'encombrement total des deux lignes de transmission. En effet, en utilisant les mêmes notations que pour la figure 3A, on obtient un encombrement total de 4A+2A'+3B+4B', soit une réduction égale à B+C. Le gain de place réalisé par la suppression d'une voie de référence en tension par paire de lignes de transmission est estimée à au moins environ 10 % de l'espace utilisé selon chaque dimension de la matrice. La figure 4 illustre une partie d'un dispositif selon un mode de réalisation particulier de l'invention. La moitié d'une cellule complexe 22 illustrée à la figure 2 est représenté sur la figure 4. Cette moitié correspondant à deux points d'interconnexion ou cellules de base Cj j et Cj+ j associés à une même ligne de transmission en sortie. Un organe de contrôle CTRL est prévu pour contrôler le fonctionnement de la matrice au moyen de signaux de contrôle prédéterminés selon ledit plan de commutation prédéfini. A un instant donné, une sortie ne peut être connectée qu'à une seule entrée par un point d'interconnexion unique placé dans un premier état de commutation, dit état actif, sous la commande de l'organe de contrôle CTRL, tous les autres points d'interconnexion lo susceptibles de connecter d'autres entrées sur cette même sortie étant placés dans un deuxième état de commutation, dit état inactif. Des moyens de décodage 43 sont prévus pour décoder les signaux de contrôle et en déduire l'état de commutation des points d'interconnexion. Les moyens de décodage 43 comportent des décodeurs locaux associés aux points d'interconnexion pour réaliser un décodage local des signaux de contrôle envoyés par 1'organe de contrôle au niveau des points d'interconnexion. Dans l'exemple illustré, les signaux de contrôle sont des signaux binaires et les décodeurs 43, des décodeurs binaires. Les décodeurs binaires 43 sont reliés à 1'organe de contrôle par des liaisons binaires distinctes des lignes de transmission pour transporter les signaux de contrôle binaires depuis l'organe de contrôle CTRL jusqu'aux décodeurs binaires 43. Dans l'exemple illustré à la figure 4, un nombre N de liaisons binaires distinctes partant de l'organe de contrôle sont prévues pour contrôler un nombre de points d'interconnexion égal au maximum à 2N. Dans cet exemple, N=3. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de linvention illustré à la figure 5, une paire de décodeurs binaires DEC est associée à deux paires de points d'interconnexion. La première paire de points comporte les points Cj j et C'+ j. La deuxième paire comporte les points Cj,j+ et Cj+ j+ chaque décodeur DEC comporte toujours N entrées (non représentées) mais cette fois les décodeurs binaires comportent 2 sorties pour décoder les signaux de contrôle reSus sur les N liaisons binaires à destination des 2 points d'interconnexion de chaque paire correspondante. Chaque décodeur en déduit un premier résultat Rlj et R1j+, respectivement, destiné à commander le premier point d'interconnexion de chaque paire. Les décodeurs comportent en outre des moyens d'inversion (non représentés) pour inverser le signal de contrôle sur au moins l'une des N liaisons binaires par rapport au signal de contrôle utilisé pour fournir le premier résultat. Chaque décodeur obtient ainsi un deuxième résultat R2j et R2j+, respectivement, destiné à commander le deuxième point d'interconnexion de la paire correspondante. Pour des raisons de clarté des figures, ni les liaisons de contrôle ni l'organe de contrôle CTRL ne sont représentés sur la figure 5. Ces liaisons sont cependant présentes pour chaque paire de points d'interconnexion, entre chaque décodeur DEC associé à une paire de points dinterconnexion et l'organe de contrôle CTRL, tel qulilustré à la figure 4. La figure 6 illustre, à titre purement indicatif et non restrictif, un exemple de réalisation d'un décodeur DEC représenté à la figure 5. Le décodeur comporte deux étages de portes logiques ET, notées 61 à 63, pour relier 3 entrées, notées bO, bl et b2, à deux sorties, notées SO et S1. Les 3 entrées bO, bl et b2, sont reliées à l'organe de contrôle (non représenté) via les N liaisons de contrôle illustrées à la figure 4. Les 2 sorties SO et S1, sont destinées à fournir les deux résultats de commande binaires, Rlj ou Rlj+ d'une part, et R2 ou R2j+ d'autre part, pour commander une paire de points d'interconnexion C',j et C'+, j ou Cj j+ et C'+, j+, connectable, via une ligne de transmission, à une même sortie de la matrice de commutation, Oj ou j+1, selon l'exemple illustré à la figure 5. Deux entrées bO et bl sont connectées en entrée d'une première porte ET 61 dont la sortie est envoyée en entrée d'une deuxième et d'une troisième porte ET 62 et 63, respectivement. La troisième entrée b2 est resue en entrée de la deuxième porte ET 62 pour fournir, en réalisant un ET logique avec la sortie de la première porte ET 61, un premier résultat de commande R1 à destination du premier point d'interconnexion Cj,j. Des moyens d'inversion 65 sont prévus pour inverser le signal reSu sur la troisième entrée b2 et pour fournir en entrée de la troisième porte ET 63 ledit signal inversé par rapport au signal envoyé en entrée de la deuxième porte ET 62 et pour en déduire, en réalisant un ET logique avec la sortie de la première porte ET 61, le deuxième résultat de commande R2 à destination du deuxIème point d'interconnexion Ci+1i. Bien que cela n'apparaisse pas sur les figures 4 à 6 qui ne sont pas réalisées à l'échelle, un tel décodeur DEC à deux sorties tel qu'illustré aux figures 5 et 6 est moins encombrant que la somme des deux décodeurs 43 représentés à la figure 4. Un dispositif tel qu'illustré sur les figures 1 à 6 peut étre incorporé dans un circuit intégré, pour étre utilisé, notamment, dans un autocommutateur d'un réseau de télécommunications tel que représenté sur la figure 7. La figure 7 représente un exemple de système de télécommunications numériques selon l'invention. Le système comporte un émetteur 71, un ré_pteur 72, un autocommutateur 73 comportant un dispositif de commutation du type représenté aux figures 1 à 5 et des liaisons par fibres optiques 75 pour relier l'émetteur 71 et le récepteur 72 via l'autocommutateur 73. REv EN DICATIONS 1. Dispositif de commutation comportant une pluralité d'entrées et de sorties reliées entre elles par une matrice de points d'interconnexion commandée par un organe de contrôle pour transmettre des signaux électriques émis sur lesdites entrées vers lesdites sorties via des lignes de transmission selon un plan de commutation prédéfini, chaque ligne de transmission comportant une voie de signal pour transporter lesUits signaux électriques et une voie de référence soumise à une tension donnée, dite voie de référence en tension, caractérisé en ce que lesdits points d'interconnexion sont arrangés dans la matrice de sorte que deux lignes de transmission distinctes comportent une voie de référence en tension commune. 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, dans lequel les points d'interconnexion sont arrangés en paires de deux points d'interconnexion adJacents de sorte que deux paires adjacentes connectables à une même entrée ou une même sortie de la matrice ont une voie de référence en tension commune. 3. Dispositif de commutation selon la revendication 2, dans lequel les points d'interconnexion sont arrangés dans la matrice en cellules de deux paires de points d'interconnexion, une cellule étant connectable à deux entrées successives et à deux sorties successives de la matrice, de sorte que deux cellules adjacentes ont une voie de référence en tension commune. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel 1'organe de contrôle est prévu pour contrôler le fonctionnement de la matrice au moyen de signaux de contrôle prédéterminés selon ledit plan de commutation, de sorte qu'à un instant donné, une sortie ne puisse être connectée qu'à une seule desdites entrées par un point d'interconnexion unique placé dans un premier état de commutation, dit état actif, sous la commande de l'organe de contrôle, tous les autres points d'interconnexion susceptibles de connecter d'autres entrées sur ladite sortie étant placés dans un deuxième état de commutation, dit état inactif, des moyens de décodage étant prévus pour décoder lesUits signaux de contrôle et en déduire l'état de commutation desdits points d'interconnexion, caractérisé en ce que lesdits moyens de décodage comportent une pluralité de décodeurs locaux associés aux points d'interconnexion pour effectuer un décodage local desdits signaux de contrôle au niveau desdits points d'interconnexion. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les signaux de contrôle sont des signaux binaires et les décodeurs, des décodeurs binaires, caractérisé en ce que lesdits décodeurs binaires sont reliés à l'organe de contrôle par des liaisons binaires distinctes des lignes de transmission pour transporter lesdits signaux de contrôle binaires depuis l'organe de contrôle jusqu'auxdits décodeurs binaires, un nombre N de liaisons binaires distinctes partant de l'organe de contrôle étant prévues pour contrôler un nombre de points d'interconnexion égal au maximum à 2N. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel lesdits moyens de décodage comportent un décodeur binaire à N entrées et 2 sorties par paire de points d'interconnexion connectables à une même sortie par une même ligne de transmission, pour décoder les signaux de contr81e reSus sur les N liaisons binaires à destination de ladite paire de points d'interconnexion et pour en déduire un premier résultat destiné à commander un premier point d'interconnexion de ladite paire, et des moyens d'inversion pour inverser le signal de contrôle sur au moins 1'une des N liaisons binaires reçues par le décodeur par rapport au signal de contrôle utilisé pour fournir ledit premier résultat et pour en déduire un deuxième résultat destiné à commander le deuxième point d'interconnexion de ladite paire. 7. Circuit intégré comportant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Système de transmissions numériques comportant une pluralité d'émetteurs et de ls récepteurs interconnectés entre eux par un autocommutateur, caractérisé en ce que l'autocommutateur comporte un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6. 9. Autocommutateur d'un système de transmissions numériques comportant une pluralité d'émetteurs et de récepteurs interconnectés entre eux par ledit autocommutateur, dans