FR2583241A1 - Montage a cavite resonnante pour recuperer un signal d'horloge dans un systeme de transmission de donnees binaires a debit eleve et son utilisation - Google Patents

Abstract

DANS UN SYSTEME DE TRANSMISSION OPTIQUE A DEBIT ELEVE DE DONNEES, UN RECEPTEUR COMPORTE UN DETECTEUR A PHOTODIODES 14, UN LIMITEUR DE DONNEES 22 ET UN DISCRIMINATEUR DE DONNEES 40, DE MEME QU'UN CIRCUIT 50 POUR RECUPERER L'HORLOGE. CE CIRCUIT COMPORTE UN GENERATEUR 52 POUR PRODUIRE DES SIGNAUX IMPULSIONNELS 108. CEUX-CI SONT APPLIQUES A TRAVERS UNE RESISTANCE ET UNE BOUCLE DE COUPLAGE MAGNETIQUE D'ENTREE 78 A UNE CAVITE RESONNANTE COAXIALE 70. LA BOUCLE DE COUPLAGE PERMET D'OBTENIR UN FACTEUR DE QUALITE Q ELEVE, DE SORTE QUE LA CAVITE OSCILLE PENDANT UN TEMPS RELATIVEMENT LONG. UNE BOUCLE DE COUPLAGE MAGNETIQUE DE SORTIE 82 TRANSMET LES OSCILLATIONS A LA SORTIE CK 42 DU CIRCUIT DE RECUPERATION A TRAVERS UN LIMITEUR 90.

Description

Cette invention concerne les systèmes de transmission de

données et plus particulièrement un montage pour récupérer ou-

extraire l'horloge dans des systèmes à débits de données élevés.

Les systèmes utilisant des données binaires transmettent ou mémorisent les données sous la forme de l'un de deux états de signal. Comparativement à des systèmes analogiques de transmission et de mémorisation de signaux, les systèmes à données binaires peuvent être extrêmement fiables parce que le bruit inhérent au traitement de signaux n'affecte pas, d'ordinaire, Les signaux

binaires. Cependant, un signal binaire a L'inconvénient de néces-

siter une bande passante beaucoup plus large qu'un signal analo-

gique correspondant pour une quantité d'information donnée.

Les propriétés désirables d'immunité au bruit des bits résultent du fait qu'à tout moment, l'un seulement des deux états possibles du signal est reconnu. Cette reconnaissance requiert de l'information quant à l'intervalle de temps pendant lequel un bit se présente. Par exempte, si l'on tentait d'identifier un bit pendant la transition entre les niveaux de signal, une erreur considérable pourrait se produire dans la reconnaissance de

l'information.

Une technique utilisable pour fournir de l'information de synchronisation consiste à transmettre un signal d'horloge continu

par un trajet de signal séparé du trajet de signal pour l'informa-

tion. Ceci demande deux voies interconnectées ou deux câbles inter-

connectés dans Le contexte d'un système de transmission câblé.

Cette solution est satisfaisante dans un système fixe pour des communications d'un point à un autre, mais elle risque de ne pas'

être pratique pour des systèmes utilisant un réseau de communica-

tion. Dans les systèmes à réseau, l'une quelconque d'un grand

nombre de stations interconnectées par un bus commun peut transmet-

tre des données aux autres stations pendant un court intervalle.

Ceci s'appelle une communication par paquets ou par rafales. Les systèmes de communication à réseau comprennent de nombreuses stations et de nombreux trajets pour la transmission des signaux et ils sont souvent modifies et étendus. L'emploi de deux câbles (un câble à données et un câble pour l'horloge) au lieu d'un seul

complique L'installation et la modification des réseaux de communi-

cation. De plus; pour que le signal d'horloge arrive à une station particulière avec la phase convenable par rapport au signal de données, chaque câble d'une paire de câbles interconnectés doit avoir la même longueur. Alors que l'ajustement d'un câble unique à la longueur convenable ou la réalisation d'un ajustement de phase pour un récepteur unique dans un système de communication d'un point à un autre ne constitue pas une opération laborieuse, de tels ajustements risquent d'être difficilement réalisables dans un

système à large réseau sujet à des modifications.

Pour éviter la nécessité d'un second câble pour distribuer le signal d'horloge, on a utilisé des procédés de codage, employant notamment le code biphasé ou code Manchester pour coder le signal d'horloge ensemble avec les données en vue de la transmission sur un seul canal. Chaque récepteur comporte dans ce cas des circuits pour identifier et extraire le signal d'horloge des données. Une

méthode connue pour extraire l'information d'horloge ou de synchro-

nisation de signaux de données consiste à utiliser un oscillateur

commandé par ue boucle à verrouillage de phase sensible aux transi-

tions du signal de données. La constante de temps relativement longue de la boucle à verrouillage de phase empêche la dérive en fréquence de l'oscillateur lorsque l'information ne contient pas de transitions, par exemple pendant une longue suite de niveaux

logiques hauts ou une longue suite de niveaux logiques bas. Toute-

fois, dans les systèmes à réseau, chaque station peut émettre pendant une courte période et les horloges des différentes stations peuvent ne pas avoir exactement la même phase, ni même avoir la même fréquence. La vitesse de balayage relativement lente d'une boucle à verrouillage de phase, constituant un avantage dans le contexte d'une transmission continue de données en empêchant la

dérive en fréquence, a l'inconvénient, dans un mode de communica-

tion par paquets, de produire des signaux d'horloge à la mauvaise fréquence ou à la mauvaise phase longtemps après l'établissement de la communication. Le fait que le signal d'horloge n'est pas à la fréquence et/ou à la phase convenabLe(s) peut entrainer des erreurs

dans la transmission des informations.

Une autre manière d'extraire une horloge d'un flux de données est décrite, dans le contexte d'un signal de données de télétexte, dans le brevet des EUA 4 222 117 délivré le

9 septembre 1980 à Richard Bugg. Ce circuit de récupération d'hor-

loge applique le flux de données d'un limiteur double à un détec-

teur de flancs et Les signaux de flancs sont appliques au moyen

d'un commutateur commandé à un circuit accordé à inductance-capaci-

té (LC) pour faire résonner ce circuit et créer ainsi des oscil-

lations. Les oscillations sont appliquées au moyen d'un limiteur

d'amplitude pour synchroniser le décodeur de données. Dans le dis-

positif selon le brevet précité, une commande séparée de l'ampli-

tude des oscillations est prévue par l'actionnement du commutateur commandé pour augmenter ou diminuer l'excitation afin d'empêcher la réduction du facteur de qualité (Q) du circuit accordé par suite de surexcitation, et afin d'empêcher la perte de signaux d'horloge due

à L'auto-amortissement du circuit accordé sous de mauvaises condi-

tions de signal.

Les systèmes de transmission de données dans un réseau utilisant des câbles à fibres optiques travailleront probablement,

à l'avenir, à des débits de données qui sont de l'ordre de mul-

tiples centaines de mégabits par seconde (Mbit/s). A ces débits, le signal électrique produit par le détecteur photoélectrique de chaque récepteur doit être acheminé par l'emploi de lignes de transmission possédant des terminaisons convenables pour empêcher les réflexions. Le dispositif selon le brevet précité risque

d'être difficile à réaliser dans la pratique avec de tels débits.

A des fréquences de plusieurs centaines de mégabits/seconde, un circuit ainsi accordé possède un facteur de qualité Q relativement bas et a de ce fait tendance à résonner pendant un temps très court. Ceci tend à provoquer de larges variations d'amplitude ou à complètement faire disparaître le signal d'horloge pendant les

intevalles o le flux de données a une faible teneur en horloge.

Le bas facteur de qualité Q du circuit accordé est encore aggravé par l'impédance relativement basse du transistor de commutation

connecté aux bornes du circuit LC accordé.

Un dispositif de récupération d'horloge selon la présente invention est capable de travailler à des débits de plusieurs

centaines de mégabits/seconde et davantage.

L'invention part d'un montage servant à récupérer, à une sortie de ce montage, des signaux d'horloge d'un flux de données binaires et qui comprend: un générateur d'impulsions qui est couplé pour recevoir un flux de signaux de données à deux niveaux et qui produit des signaux impulsionnels représentatifs d'au moins quelques-unes des transitions des données numériques, ainsi qu'un circuit de récupération couplé pour recevoir les signaux impulsionnels et pour produire, à la sortie, les signaux d'horloge,

lesquels sont représentatifs de transistions dans le signal impul-

sionnel.

Selon l'invention, le circuit récepteur comporte une cavité résonnante et le montage comporte un dispositif de couplage d'entrée entre le générateur d'impulsions et la cavité pour induire un champ résonnant dans la cavité en réponse au signal impulsionnel, ainsi qu'un coupleur de sortie pour coupler la cavité à la sortie du montage, ce coupleur étant sensible au champ résonnant pour présenter le signal d'horloge. Comme l'amplitude du signal d'horloge ainsi produit peut varier en fonction de la teneur en information des données, le montage peut comporter, en outre, un stabilisateur d'amplitude qui est prévu entre le coupleur de sortie et la sortie du montage pour stabiliser

l'amplitude du signal d'horloge récupéré.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront plus clairement de la description qui va suivre

d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins

annexés, sur lesquels: -

- la figure 1 est une représentation partiellement sché-

matique d'un récepteur de données optiques selon l'invention;

- la figure 2 est une vue en perspective, avec un arra-

chement, d'une cavité utilisable dans le montage de la fiugre 1; et - -. La figure 3 est une coupe axiale de la cavité de la

figure 2.

Sur la figure 1, un câble à fibres optiques 10 applique un signal lumineux modulé par un signal numérique, désigné par 12, à un photodétecteur 14 qui transforme le signal lumineux en un signal électrique modulé en amplitude. Le signal électrique du détecteur 14 est couplé, pour ce qui concerne les composantes alternatives, par un condensateur 16 et un préamplificateur 17, à une borne d'entrée 18 d'un comparateur 20 qui fait partie d'un limiteur double de données désigné globalement par 22. Le limniteur

double 22 comporte un détecteur de crête, désigné dans son en-

semble par 24, qui comprend une diode 26, un condensateur 28 et un ampliséparateur 30. Le détecteur de crête 24 produit un signal représentatif de la valeur de crête du signal à la sortie du préamplificateur 17. Ce signal de crête est appliqué, depuis la sortie de l'ampli-séparateur 30 et à travers un filtre passe-bas (FPB) 32, à un diviseur de tension, désigné globalement par 34, qui divise le signal par 2 pour produire, sur un conducteur 36, une tension représentative de la moitié de la valeur du signal de crête, tension qui est appliquée à la borne d'entrée 28 du

comparateur 20 en tant que niveau de limitation de référence.

Le signal de sortie du limiteur double de données 22 est appliqué à un circuit discriminateur de données désigné par 40, lequel comporte une bascule 42 de type D qui reçoit à sa borne d'entrée D le signal de données limité et, à sa borne d'entrée

d'horloge (CK) un signal d'horloge corrigé en phase pour échantil-

lonner le signal de données et le maintenir pendant la durée d'un intervalle de bit afin de produire le signal de données. Le signal de sortie du limiteur de données 22 est appliqué également à un circuit de récupération d'horloge désigné globalement par 50. Ce

circuit comporte un générateur d'impulsions désigné par 52.

L'information est appliquée à la borne d'entrée d'un amplificateur

déphaseur ou déphaseur multiple 54 du générateur d'impulsions 52.

L'amplificateur 54 constitue l'une des moitiés d'un circuit inté-

gré de type 11C01 à couplage d'émetteur double OU/NI, lequel délivre sur.. sa sortie non inverseuse un signal qui peut avoir, par exemple, la forme représentée en 102. Le signal de sortie inversé correspondant est représenté en 104. Le signal de sortie non inversé 102 est appliqué à un circuit de retard 55 pour produire un signal, non inversé, retardé, lequel est représenté en 106 et

est appliqué à une borne d'entrée 56 d'un circuit NI 58 consti-

tuant ['autre moitié du circuit intégré 11C0! d0bfe GU/Ihi. Le signal inversé 104 est appliqué sans retard à une borne d'entrée 57 du circuit NI 58. Celui-ci produit, seulement pendant les intervalles o les signaux appliqués à ses bornes d'entrée 56 et 57 sont tous deux de niveau bas, un signal de sortie impulsionnel positif, correspondant par exemple à la forme d'onde 108. Donc, le

générateur d'impulsions 52 produit un signal de sortie impulsion-

nel en réponse à des transitions positives de son signal d'entrée.

Les circuits logiques rapides à couplage d'émetteur, tels que le circuit 11C01, possedent une borne de sortie, comme celle désignée par 62 par exempte, qui est connectée à l'intérieur du circuit à l'émetteur d'un transistor de sortie, représenté sur la figure 1 par le transistor 60, dont le collecteur est connecté à la masse. La polarisation pour le transistor 60 non saturé doit

être appliquée de l'extérieur à la borne 62.

Les signaux impulsionnels 108 produits par le générateur 52 sont appliqués depuis la borne de sortie 62 du circuit NI 58 à une cavité désignée globalement par 70. Sur la figure 1, cette cavité a été représentée en coupe pour montrer sa structure interne. Elle possède un conducteur extérieur cylindrique 72 et un conducteur central coaxial 74 de forme allongée. A son extrémité inférieure, le conducteur central 74 est supporté et en même temps court-circuité avec le conducteur extérieur 72 par une plaque conductrice 76 qui est perpendiculaire à l'axe (non représenté) des deux conducteurs 72 et 74. Les signaux impulsionnels venant de la borne de sortie 62 sont appliqués à travers une résistance 64 à une boucle de couplage magnétique représentée sous forme d' un fil 78 traversant un orifice 80 du conducteur extérieur 72. La boucle de couplage magnétique 78 constitue en fait l'enroulement primaire à une spire. d'un transformateur qui comporte le conducteur central 74 comme partie d'une spire formant l'enroulement secondaire. Les signaux impulsionnels appliqués à la boucle de couplage magnétique d'entrée 78 engendrent des champs électromagnétiques dans la cavité 70. Celle-ci est résonnante aux fréquences pour lesquelles la longueur axiale du conducteur extérieur 72 et du conducteur central 74 correspond à un quart de longueur d'onde. La longueur de la cavité 70 nécessaire pour la résonance peut être réduite par un condensateur 86 connecté entre les conducteurs central et extérieur en un point situé près de l'extrémité côté cirucit ouvert de la cavité. Les signaux sont transmis à l'extérieur de la cavité par un circuit de couplage de sortie désigné dans son ensemble par 81 et comprenant une deuxième boucle de couplage magnétique représentée sous forme d'un fil 82 qui est connecté à la plaque de court- circuit 76 et qui traverse un second orifice 84 du conducteur extérieur 72. Les oscillations transmises hors de la cavité 70, par le circuit de couplage de sortie 81, sont appliquées à un amplificateur/limiteur 90, lequel comprend un préamplificateur 92 et un circuit limiteur 94. Les oscillations amplifiées et limitées sont appliquées à un compensateur de phase 96 en vue de la correction de différences dans le retard entre le trajet de signal direct du limiteur double de données 22 au circuit discriminateur de données 40 et le trajet comportant le

circuit de récupération d'horloge 50.

La polarisation pour le transistor 60 de la porte NI 58 est fournie depuis une borne de polarisation 89. Pour que le signal de polarisation soit appliqué sans affecter les parties à haute fréquence du circuit, la borne de DoLtarisaticn 89 est connectée à traves un orifice 79 de la plaque court-circuit 76 à

l'extrémité inférieure de la boucle de couplage magnétique 78.

Donc, le courant ou la tension continu de polarisation est appliqué à travers la boucle de couplage 78 et la résistance 64 à

la borne de sortie 65 de la porte NI 58 et à l'émetteur du tran-

sistor 60. L'extrémité inférieure de la boucle de couplage magné-

tique 78 est efficacement reliée à la masse, à la plaque court-

circuit 76- aux hautes fréquences des impulsions 108, par un

condensateur 88.

La figure 2 représente la cavité 70 avec un peu plus de détails que sur la figure 1. La figure 3 montre de façon plus détaillée un mode de réalisation légèrement différent de la cavité , utilisant des connecteurs passe-cloison pour établir le contact avec les boucles de couplage magnétique, en plus de

quelques autres petites modifications pour faciliter la construc-

tion. Comme on peut le voir, le conducteur extérieur 72 du mode de

réalisation de la figure 3 est un bloc possédant un alésage cylin-

drique 310. La plaque 76 formant court-circuit comporte une partie 312 en forme de plaque et une partie 314 qui et usinée pour s'ajuster dans l'alésage 310. Une vis 316 sert au blocage de la plaque 76. La boucle de couplage magnétique d'entrée 78 comporte un fil 318 avec un isolant 320, passant tous deux à travers un trou 322 percé dans la plaque 76. Un autre trou 324, percé dans une partie seulement de l'épaisseur de la plaque 76, reçoit l'extrémité d'un fil nu 326 qui fait partie de la boucle de couplage de sortie 82. Le fil 326 est soudé dans le trou 324. Le conducteur central 74 et reçu dans et supporté par un alésage borgne 330 de la plaque 76. Les extrémités des fils 318, 326

éloignées de la plaque de court-circuit 76 sont fixées mécanique-

ment et par soudage aux conducteurs centraux de connecteurs

coaxiaux courants 340 et 342 pour panneaux. Dans le mode de réali-

sation représenté sur la figure 3, le condensateur 86 est du type à piston, possédant une extrémité 350 qui est soudée au conducteur central 74, tandis que l'extrémité opposée est filetée et est fixée par un écrou 352 à une plaque 354, elle-même attachée au

conducteur extérieur 72.

Pour un fonctionnement avec des données connues selon le

code biphasé M (Manchester) et ayant un débit d'environ 200 Méga-

bits/seconde, la cavité doit être résonnante à approximativement

400 mégahertz (MHz). La demanderesse a trouvé qu'une cavité conve-

nable possède les dimensions suivantes: Longueur de la cavité.............

........ 10 cm diamètre de la cavité....................... 1,26 cm diamètre du conducteur central.............. 2,54 mm..DTD: longueur de la boucle de couplage........... 3,8 cm.

Pour la résistance 64, on a choisi une valeur de 120 ohms et le signal de sortie de la cavité a été optimisé en ajustant Le condensateur 86, réglable entre 0,1 et 10 picofarads(pF) à environ

4 picofarads.

Les boucles de couplage d'entrée et de sortie peuvent être ajustées en rapprochant ou en éloignant les fils 318 et 326 du conducteur central 74 dans la mesure nécessaire pour augmenter le couplage ou réduire la charge sur la cavité. L'emploi de boucles de couplage permet une transformation d'impédance efficace entre les circuits d'attaque et de sortie, d'impédance relativement basse, et la très haute impédance de la cavité résonnante. Ceci maintient le facteur de qualité Q élevé et permet par conséquent d'obtenir une résonance de longue durée, même en l'absence d'excitation continue. La demanderesse a trouvé qu'avec le code biphasé et un débit d'environ 200 mégabits/seconde, l'amplitude du signal de sortie de la cavité présente des variations d'un rapport de 2: 1, ce qui est bien dans les limites de ce que peut traiter

le limiteur 90.

D'autres modes de réalisation de l'invention seront évidents à l'homme de L'art. Par.exemple, la cavité et les éléments associés peuvent être revêtus d'or ou d'argent pour - améliorer la conductivité. Il est possible aussi d'utiliser d'autres cavités que des cavités de type coaxial. Des sondes électriques peuvent être employées à la place des boucles de couplage magnétique pour les couplages d'entrée et de sortie de la cavité.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Montage (50, 52, 90 sur figure 1) pour récupérer, à une sortie de ce montage (connectée à CK de la bascule 42) un signal d'horl.oge d'un flux de signaux de données numériques à deux niveaux (à ta sortie du comparateur 20), montage qui comprend un générateur d'impulsions (52) couplé pour recevoir ce flux de signaux de données et pour générer (en 62) un signal impulsionnel (108) représentatif d'au moins quelques transitions de niveau dans ces signaux de données, ainsi qu'un circuit de récupération (50) couplé pour recevoir ce signal impulsionnel et pour produire ledit signal d'horloge à ladite sortie, caractérisé en ce que le circuit de récupération (50) comporte une cavité résonnante (70) et que le montage comprend, en outre, un dispositif de couplage d'entrée (78) couplé au générateur d'impulsions et à la cavité et servant à induire un champ résonnant dans cette cavité en réponse audit signal impulsionnel, de même qu'un dispositif de couplage de sortie (82) couplé à la cavité et sensible à ce champ résonnant

pour présenter ledit signal d'horloge.

2. Montage selon la revendication 1, dans lequel le signal d'horloge produit par le dispositif de couplage de sortie varie en amplitude selon la teneur en information des données et le montage comprenant, en outre, un dispositif stabilisateur d'amplitude (94) entre le dispositif de couplage de sortie et ladite sortie et servant à stabiliser le signal d'horloge

d'amplitude variable afin de produire un signal d'horloge stable.

3. Montage selon la revendication 1, dans lequel la cavité résonnante comporte un conducteur extérieur cylindrique

(72) possédant un axe, un conducteur central (74) monté coaxiale-

ment dans le conducteur extérieur, ainsi qu'un dispositif (76) de mise en court-circuit des conducteurs intérieur et extérieur,

situé dans un plan perpendiculaire audit axe.

4.. Montage selon la revendication 3, dans lequel chacun des dispositifs de couplage d'entrée et de sortie comporte un

dispositif. de transformation d'impédance.

5. Montage selon la revendication 4, dans lequel le dispositif de transformation d'impédance de chacun des dispositifs de couplage d'entrée et de sortie comporte une boucle de couplage magnétique...

6. Montage selon la revendication 3, dans lequel le générateur d'impulsions comporte un transistor non saturé (60) possédant un émetteur et dans lequel le dispositif de couplage d'entrée comporte une boucle de couplage magnétique (78) qui est

couplée au conducteur central près du dispositif de mise en court-

circuit, ainsi qu'une résistance (64) branchée en série entre

l'émetteur dudit transistor et ladite boucle de couplage magné-

tique.

7. Montage selon la revendication 6, comprenant en outre un condensateur (86) destiné à former un trajet pour courants alternatifs entre ladite boucle de couplage ragrnétcue et le dispositif de mise en court-circuit, ainsi qu'un dispositif (79, 88) de polarisation à courant continu, qui est couplé à ladite boucle de couplage magnétique et est destiné à former une source de polarisation de l'émetteur dudit transistor à travers ladite

résistance (64).

8. Montage selon la revendication 7, dans lequel le générateur d'impulsionscomporte un dispositif déphaseur (54) qui est couplé pour recevoir le flux de données numériques et est destiné à engendrer des signaux de données en phase et ces signaux de données à phase inversée (102, 104), un dispositif de retard (55) couplé au dispositif déphaseur et destiné à retarder les signaux de données en phase ou les signaux de données à phase inversée, d'une durée qui est inférieure à la durée d'un bit desdites données numériques, ainsi qu'un dispositif logique de coïncidence (58) qui est connecté par l'une de ses entrées (56 ou 57) pour recevoir les signaux de données en phase ou les signaux de données à phase inversée, l'autre entrée (57 ou 56) étant connectée pour recevoir les autres signaux de données, afin de produire lesdits signaux impulsionnels sur l'émetteur dudit

transistor.

9. Montage seton la revendication 3, comprenant en outre un condensateur d'accord (86) couplé au conducteur extérieur de la cavité et au conducteur central de celle-ci, en un point éloigné

du dispositif de mise en court-circuit.

10. Utilisation d'un montage selon l'une quelconque des

revendications précédentes pour récupérer un signal d'horloge,dans

laquelle o ce montage est incorporé dans un récepteur (figure 1) de signaux lumineux modulés (12), ce récepteur comprenant un détecteur (14) connecté pour recevoir les signaux lumineux et pour produire des signaux électriques en réponse à ces signaux lumineux, un limiteur double de données (22) connecté à ce détecteur pour comparer les signaux électriques avec un signal de référence, afin de produire lesdits signaux de données, ainsi qu'un circuit discriminateur de données (40) sensible aux signaux de données provenant du limiteur et aux signaux d'horloge provenant du circuit de récupération de signal d'horloge, afin de

récupérer des données dudit signal de données.