Brevet FR3050889A1 — publié le 20171103

B14944 - 16-GR2-0005 1 CIRCUIT D'EMISSION OPTIQUE EN CRENEAUX Domaine La présente demande concerne le domaine des circuits électroniques, et plus particulièrement un circuit permettant d'émettre des impulsions optiques. Exposé de l'art antérieur Certaines caméras permettant d'acquérir des images tridimensionnelles sont basées sur une technologie dite "temps de vol". Une caméra de ce type peut être embarquée dans un dispositif autonome tel qu'un téléphone portable. Cette caméra émet un rayonnement optique en créneaux, par exemple infrarouge, en direction d'une scène. Les impulsions optiques sont émises à une fréquence comprise généralement entre 10 et 200 MHz avec une puissance moyenne de plusieurs watts. Les éléments de la scène renvoient ces impulsions vers un capteur comprenant une matrice de pixels de détection. Le capteur mesure un temps de déphasage (temps de vol) des impulsions optiques pour chaque pixel et on obtient ainsi une information de distance. Une technologie temps de vol peut être utilisée dans des dispositifs tels que par exemple des capteurs de proximité ou des dispositifs de mise au point pour appareils photographiques. 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 2 La fourniture d'émissions optiques en créneaux pose divers problèmes. On souhaite obtenir des circuits d'émission optique qui pallient tout ou partie de ces problèmes. Résumé 5 Ainsi, un mode de réalisation prévoit un circuit d'émission optique, comprenant une source optique et un premier interrupteur connectés en série à une source d'alimentation commandée par un circuit de régulation, le premier interrupteur étant commandé par une source de signal en créneaux, le circuit 10 de régulation régulant le courant fourni par la source d'alimentation en fonction du produit d'une consigne de courant crête par le rapport cyclique du signal en créneaux. Selon un mode de réalisation, la fréquence du signal en créneaux est supérieure à 10 MHz et le circuit de régulation 15 a une fréquence de coupure dont le rapport avec la fréquence du signal en créneaux est inférieur à 1/5. Selon un mode de réalisation, la consigne de courant crête est analogique et le circuit de régulation comprend un filtre passe-bas dont l'entrée reçoit : la consigne de courant 20 crête par l'intermédiaire d'un deuxième interrupteur commandé par le signal en créneaux ; et un potentiel de référence par l'intermédiaire d'un troisième interrupteur commandé par le signal en créneaux inversé. Selon un mode de réalisation, la consigne de courant 25 crête est analogique et est fournie par un convertisseur numérique-analogique dont l'entrée est reliée à un circuit numérique. Selon un mode de réalisation, la source d'alimentation comprend un convertisseur continu-continu à découpage destiné à 30 être alimenté par une batterie. Selon un mode de réalisation, les éléments semiconducteurs à l'exception de la source de signal en créneaux et de la source optique sont compris dans une unique puce électronique. 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 3 Un mode de réalisation prévoit un procédé d'émission optique, dans lequel un signal en créneaux commande un interrupteur appliquant une tension à une source optique, le courant dans la source optique étant régulé en fonction du 5 produit d'une consigne de courant crête par le rapport cyclique du signal en créneaux. Selon un mode de réalisation, le signal en créneaux a une fréquence supérieure à 10 MHz et la régulation a une fréquence de coupure dont le rapport avec la fréquence du signal 10 en créneaux est inférieur à 1/5. Selon un mode de réalisation, ledit produit est obtenu par un filtrage passe-bas du produit de la consigne de courant crête par le signal en créneaux. Brève description des dessins 15 Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure lA illustre un mode de réalisation d'un 20 circuit d'émission d'impulsions optiques ; la figure 1B illustre un signal en créneaux et le courant circulant dans une diode disposée dans le circuit de la figure lA ; et la figure 2 illustre, à titre d'exemple, un mode de 25 réalisation d'un circuit multiplicateur et d'un filtre passe-bas. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. Par souci de clarté, 30 seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, des éléments couramment compris dans des circuits électroniques classiques tels qu'une source de tension ou un régulateur PID ne sont pas représentés. 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 4 Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position, tels que les termes "à gauche", "à droite", il est fait référence à l'orientation de l'élément concerné dans les figures. 5 La figure LA illustre un mode de réalisation d'un circuit 1 d'émission d'impulsions optiques. Le circuit 1 comprend une source optique, par exemple une diode photoémettrice 3. La diode 3 est couplée à une source de courant 5 par un interrupteur 7 commandé par un circuit 9 10 (PULSE) de génération d'un signal en créneaux P. L'interrupteur 7 comprend par exemple un transistor MOS et un circuit de pilotage du transistor MOS, non représentés. La source 5 fournit un courant I régulé en fonction d'une commande ICTRL- Une batterie 11 fournit une tension d'alimentation VBAT référencée 15 par rapport à une masse GND. La batterie 11 est par exemple une batterie d'un dispositif autonome tel qu'un téléphone portable dans lequel le circuit 1 est inclus. La source de courant 5 comprend une source de tension continu-continu 13 (DC-DC), alimentée par la tension VBAT et 20 produisant une tension V entre les bornes d'une capacité de sortie 14 connectée à la masse GND. A titre d'exemple, la tension V est fournie par un convertisseur à découpage comprenant des transistors commandés par modulation de largeur d'impulsion PWM (de l'anglais "Pulse Width Modulation"). La tension V est régulée en fonction d'une tension de commande VCTRL- La consigne VcTRI, est produite par un circuit de régulation 15 comprenant un capteur 17 du courant fourni par la source 5 et un circuit d'asservissement 19. Le circuit d'asservissement 19 reçoit la valeur mesurée par le capteur 17 et la commande 'CTRL par l'intermédiaire de filtres passe-bas respectifs 21 et 23 (LP). Le circuit d'asservissement 19 est par exemple un régulateur PID (Proportionnel-IntégrateurDérivateur). A titre d'exemple, le capteur de courant 17 comprend un circuit de mesure de la tension aux bornes d'une 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 5 résistance non représentée en série avec la diode 3 et avec l'interrupteur 7. Un circuit numérique 25 (TARGET) et un convertisseur numérique-analogique 27 (DAC) sont prévus pour fournir une 5 consigne analogique de courant crête I P-TARGET- Un circuit multiplicateur 29 reçoit la consigne de courant crête I P-TARGET et le signal en créneaux Pou et fournit la commande ICTRL- Le fonctionnement du circuit 1 va maintenant être 10 décrit en relation avec la figure lB. La figure lB illustre le signal en créneaux Pa et le courant I circulant en fonctionnement dans la diode 3. Le signal en créneaux Pa a une fréquence 1/T et un rapport cyclique cx. Le signal en créneaux Pa est considéré ici comme variant entre 0 et 15 1. Sa valeur moyenne est donc égale au rapport cyclique cx. Les chronogrammes à droite et à gauche dans la figure lB correspondent à deux rapports cycliques différents. A chaque période du signal en créneaux, la diode 3 est alimentée par la tension V par l'intermédiaire de l'interrupteur 20 7 pendant une durée c*T. Un courant crête Ip circule alors dans la diode. Une impulsion optique 31 de durée c*T est ainsi émise. Pendant le reste de la période, aucun courant significatif ne circule. Le courant fourni par la source 5 a donc une valeur I = Ip*Pcx. La capacité 14 stabilise la tension V aux moments où 25 l'interrupteur 7 change d'état. Les filtres passe-bas 21 et 23 ont des fréquences de coupure très inférieures à la fréquence 1/T du signal P. Le rapport entre la fréquence 1/T et la fréquence de coupure des filtres 21 et 23 est par exemple supérieur à 5. De ce fait, le 30 circuit d'asservissement 19 reçoit la valeur moyenne = ceIp du courant dans la diode et la valeur moyenne de la commande ICTRL- Le circuit d'asservissement 19 ajuste la tension de commande VcTRI, afin que les valeurs moyennes ceIp et 35 soient égales. Ainsi, le rapport entre la valeur moyenne de 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 6 commande et la valeur du courant de crête Ip est égal au rapport cyclique a, c'est-à-dire : /Ip = a. Le circuit multiplicateur 29 est prévu pour que la commande 'CTRL fournie soit égale au produit de la consigne de 5 courant crête I P-TARGET par le signal P. La commande 'CTRL est donc telle que = ceIP-TARGET- Ainsi, le courant crête Ip des impulsions dans la diode est égal à la consigne de courant crête I P-TARGET- Selon un avantage du mode de réalisation décrit ici, 10 le courant crête Ip fourni à la diode 3 ne dépend pas du rapport cyclique a du signal en créneaux Pa généré par le circuit 9. L'intensité maximale des impulsions optiques produites par la diode 3 est donc indépendante du rapport cyclique. Ceci est particulièrement avantageux car, en pratique, on réalise dans 15 une même puce tous les éléments semiconducteurs du circuit, à l'exception du circuit 9 de génération du signal en créneaux et de la source optique. Cette puce est destinée à recevoir d'un circuit externe un signal en créneaux dont le rapport cyclique n'est pas connu avant que le circuit ne soit en fonctionnement. 20 Cet avantage est obtenu parce que le courant moyen dans la diode est régulé en fonction du produit de la consigne de courant crête par le rapport cyclique du signal en créneaux. On observe que, si une consigne de courant était directement appliquée à la commande du circuit de régulation 15 sans avoir 25 été préalablement multipliée par le rapport cyclique, on obtiendrait dans la diode un courant moyen égal à cette consigne de courant, et le courant crête dépendrait du rapport cyclique. Le fait d'appliquer au circuit de régulation 15 une commande dont la valeur moyenne correspond au produit du rapport cyclique 30 par la consigne de courant crête permet de garantir l'intensité maximale des impulsions optiques quel que soit le rapport cyclique. En outre, en cas d'échauffement de la diode, l'intensité maximale des impulsions optiques est garantie quelle 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 7 que soit la température et les caractéristiques résultantes de la diode. A titre d'exemple, la fréquence 1/T du signal Pa peut être comprise entre 10 et 200 MHz. Le filtre 21 a une fréquence 5 de coupure inférieure à 2 MHz. Le filtre 23 peut avoir une fréquence de coupure inférieure à 2 MHz. A titre d'exemple, la source de courant 5 permet de fournir un courant compris entre 0,1 et 5 A sous une tension comprise entre 2 et 6 V. La figure 2 illustre, à titre d'exemple, un mode de 10 réalisation du circuit multiplicateur 29 et du filtre passe-bas 23. Le circuit 29 comprend un interrupteur 40 entre un noeud d'application de la consigne de courant crête I P-TARGET et un noeud 42 qui fournit la commande 'CTRL. Un interrupteur 44 relie le noeud 42 à la masse GND. L'interrupteur 40 est commandé par 15 le signal en créneaux P. l'interrupteur 44 est commandé par le signal en créneaux inversé fourni par un inverseur 45 recevant le signal P. Le filtre 23 comprend une résistance 46 reliée au noeud 42 et connectée en série avec une capacité 48 reliée à la masse. La valeur moyenne de commande est fournie par le 20 point milieu entre la résistance 46 et la capacité 48. Les interrupteurs 7, 40 et 44, étant dans une même puce, peuvent être choisis de manière adaptée afin d'éviter une dérive entre le rapport cyclique de la commande 'CTRL et le rapport cyclique du courant I dans la diode. 25 Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les filtres 21 et 23 peuvent être situés dans le circuit à n'importe quel endroit adapté permettant de réguler le courant moyen dans la diode 3 en fonction du produit 30 de la consigne de courant crête par le rapport cyclique du signal en créneaux. Le rôle du filtre passe-bas 21 peut être assuré par le capteur de courant 17, celui-ci mesurant alors directement la valeur du courant moyen dans la diode. Les rôles des filtres 21 et 23 peuvent être assurés par tous les éléments qui participent à la réponse dynamique de la source de tension 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 8 en fonction de la consigne VCTRL, tels que, par exemple, la capacité 14 et des régulateurs PID internes à la source de tension 13. Les filtres 21 et 23 peuvent aussi être inclus dans le circuit d'asservissement 19. De plus, les filtres peuvent 5 être des filtres numériques ou analogiques. Bien qu'un circuit multiplicateur particulier ait été décrit, le circuit multiplicateur peut être remplacé par tout autre circuit propre à fournir un signal dont la valeur moyenne correspond au produit de la consigne de courant crête par le 10 rapport cyclique du signal en créneaux. En outre, bien que, dans les modes de réalisation décrits, la diode 3 et l'interrupteur 7 soient connectés en série dans une disposition particulière, toute autre disposition de la diode 3 en série avec l'interrupteur 7 entre les bornes 15 d'une source de tension est possible. Le capteur de courant 17 peut être positionné de toute manière permettant la mesure du courant fourni par la source de tension. Bien que, dans les modes de réalisation décrits, la source optique comprenne une diode, la source optique peut 20 comprendre tout autre élément adapté à produire un rayonnement optique en fonction d'un courant, en particulier la source optique peut comprendre une source laser ou peut comprendre plus d'une diode. REVENDICATIONS1. Circuit d'émission optique, comprenant une source optique (3) et un premier interrupteur (7) connectés en série à une source d'alimentation (13) commandée par un circuit de régulation (15), le premier interrupteur étant commandé par une source (9) de signal en créneaux (Pa), le circuit de régulation régulant le courant fourni par la source d'alimentation en fonction du produit d'une consigne de courant crête (I P-TARGET) par le rapport cyclique (a) du signal en créneaux. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel la fréquence du signal en créneaux est supérieure à 10 MHz et le circuit de régulation (15) a une fréquence de coupure dont le rapport avec la fréquence du signal en créneaux est inférieur à 1/5. 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la consigne de courant crête (I P-TARGET) est analogique et le circuit de régulation comprend un filtre passe-bas (23) dont l'entrée reçoit : la consigne de courant crête par l'intermédiaire d'un 20 deuxième interrupteur (40) commandé par le signal en créneaux ; et un potentiel de référence (GND) par l'intermédiaire d'un troisième interrupteur (44) commandé par le signal en créneaux inversé. 25 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la consigne de courant crête (I P-TARGET) est analogique et est fournie par un convertisseur numérique-analogique (27) dont l'entrée est reliée à un circuit numérique (25). 30 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la source d'alimentation comprend un convertisseur continu-continu à découpage destiné à être alimenté par une batterie (11). 3050889 B14944 - 16-GR2-0005 10 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les éléments semiconducteurs à l'exception de la source (9) de signal en créneaux et de la source optique (3) sont compris dans une unique puce électronique. 5 7. Procédé d'émission optique, dans lequel un signal en créneaux (Pa) commande un interrupteur (7) appliquant une tension (V) à une source optique (3), le courant dans la source optique étant régulé en fonction du produit d'une consigne de courant crête (I P-TARGET) par le rapport cyclique (a) du signal 10 en créneaux. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le signal en créneaux a une fréquence supérieure à 10 MHz et la régulation a une fréquence de coupure dont le rapport avec la fréquence du signal en créneaux est inférieur à 1/5. 15 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit produit est obtenu par un filtrage passe-bas du produit de la consigne de courant crête par le signal en créneaux.