FR2723644A1

FR2723644A1 - Digital optical interconnector providing connection between parallel printed circuit boards

Info

Publication number: FR2723644A1
Application number: FR9409858A
Authority: FR
Inventors: Herve Huguenin
Original assignee: MATRA DEFENSE
Current assignee: MATRA DEFENSE
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-02-16
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: FR2723644B1

Abstract

The interconnection network is for connecting a number of parallel circuit boards, each board having a coherent light source (16(1i)..), a diode laser, and a photoelectric receiver (18(1i)..). Opposite each emitter is an isosceles right-angled microprism (20(1i)) with a reflecting layer of aluminium or silver. At the other end of the optical path, a digital hologram comprising a matrix of pixels transmits some of the beam and focuses another part on the respective receiver. The distributors are made of a glass structure, separated from the boards by a transparent filler. The boards are separated by a standard spacing of 12.7 mm and the gap between two channels is about 625 micrometres with a width in each channel of 30 micrometres.

Description

RESEAU D'INTERCONNEXION OPTIQUEOPTICAL INTERCONNECTION NETWORK

La présente invention a pour objet un dispositif d'inter- The subject of the present invention is an inter-

connexion optique de type bus numérique, destiné à relier digital bus type optical connection, for connecting

plusieurs cartes de circuit électronique montées parallèle- multiple electronic circuit boards mounted in parallel-

ment les unes aux autres.lie to each other.

L'invention trouve une application particulièrement importante dans l'interconnexion, par trajets optiques qu'on peut qualifier de libres (en ce sens que la lumière n'est pas guidée par des fibres) des cartes électroniques disposées The invention finds a particularly important application in the interconnection, by optical paths which can be described as free (in the sense that the light is not guided by fibers) of the electronic cards placed

dans un coffret, pour constituer un bus optique. in a box, to constitute an optical bus.

On connaît déjà des réseaux d'interconnexion optique Optical interconnection networks are already known

utilisant, sur chaque carte, des sources lumineuses fournis- using, on each card, light sources provided-

sant chacune un signal de sortie représentatif des données each output signal representative of the data

à transférer vers les autres cartes et des récepteurs photoé- to transfer to other cards and photo receivers -

lectriques.electric.

Les systèmes connus ont des inconvénients graves. Known systems have serious drawbacks.

Certains ne sont pas bidirectionnels, ce qui impose que tous Some are not bidirectional, which means that all

les récepteurs soient du même côté par rapport aux émetteurs. the receivers are on the same side as the transmitters.

Beaucoup utilisent des réflexions multiples entre chaque émetteur et les différents récepteurs qui lui sont associés, ce qui se traduit par des temps de trajet longs et donc un retard dans la transmission de l'information vers les différents récepteurs. D'autres encore utilisent des miroirs éloignés de l'émetteur, ce qui nécessite de disposer d'un Many use multiple reflections between each transmitter and the different receivers associated with it, which results in long journey times and therefore a delay in the transmission of information to the different receivers. Still others use mirrors far from the transmitter, which requires having a

grand volume pour la propagation de la lumière. large volume for the propagation of light.

La présente invention vise notamment à fournir un réseau d'interconnexion répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il est réalisable dans un volume faible, peut être rendu bidirectionnel sans difficulté et permet, si nécessaire, de répartir la puissance optique de chaque émetteur suivant une The present invention aims in particular to provide an interconnection network which responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it is achievable in a low volume, can be made bidirectional without difficulty and allows, if necessary, distribute the optical power of each transmitter according to a

répartition déterminée quelconque. any determined distribution.

Dans ce but l'invention propose notamment un réseau d'interconnexion optique de type bus numérique entre n cartes de circuit imprimé montées parallèlement les unes aux autres, ledit réseau comprenant pour chaque chiffre binaire des mots à transmettre, To this end, the invention proposes in particular an optical interconnection network of the digital bus type between n printed circuit boards mounted parallel to each other, said network comprising for each binary digit words to be transmitted,

- une voie optique parallèle aux autres voies et consti- - an optical channel parallel to the other channels and

tuée de n chemins parallèles adjacents et, - sur chaque carte, un émetteur de lumière cohérente vers un chemin respectif et un récepteur photoélectrique, - chaque chemin optique comportant, en face de l'émetteur d'une carte, un distributeur de flux provenant de l'émetteur respectif et, en face de chaque récepteur des autres cartes, un répartiteur, constitué par un hologramme numérique, de transmission d'une fraction du faisceau et de focalisation killed by n adjacent parallel paths and, - on each card, a coherent light emitter towards a respective path and a photoelectric receiver, - each optical path comprising, opposite the emitter of a card, a flux distributor coming from the respective transmitter and, opposite each receiver of the other cards, a distributor, consisting of a digital hologram, of transmission of a fraction of the beam and of focusing

d'une autre fraction sur le récepteur respectif. from another fraction on the respective receptor.

Les hologrammes ont plusieurs fonctions. Ils permettent d'ajuster à volonté le rapport entre la puissance lumineuse transmise et la puissance réfléchie. Ils permettent de Holograms have several functions. They allow you to adjust the ratio between the transmitted light power and the reflected power at will. They allow to

focaliser le faisceau réfléchi vers le récepteur photélectri- focus the reflected beam towards the photelectric receiver

que, généralement une photodiode. Si nécessaire, ils permet- that usually a photodiode. If necessary, they allow

tent de recollimater le faisceau transmis. are trying to recollimate the transmitted beam.

Comme on le verra plus loin, le réseau d'interconnexion As will be seen below, the interconnection network

peut avoir une épaisseur très faible, de l'ordre du centimè- may have a very small thickness, of the order of a centimeter

tre; on peut assurer la continuité des trajets lumineux en remplissant les intervalles entre la face terminale des cartes, les répartiteurs et les distributeurs par une colle be; the light paths can be ensured by filling the gaps between the terminal face of the cards, the distributors and the distributors with an adhesive

transparente ayant un indice approprié. transparent with an appropriate index.

Dans un mode avantageux de réalisation, chaque distribu- In an advantageous embodiment, each dispenser

teur est constitué par un microprisme isocèle rectangle. Le rapport entre les puissances transmises dans des sens opposés, dans la direction commune du chemin optique, est This is made up of a rectangular isosceles microprism. The ratio between the powers transmitted in opposite directions, in the common direction of the optical path, is

fixé par la position de l'arête du microprisme. fixed by the position of the microprism ridge.

Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres The above features as well as others

apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit will appear better on reading the description which follows

d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné of a particular embodiment of the invention, given

à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux by way of nonlimiting example. The description refers to

dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe, en perspective, montrant des trajets d'interconnexion optique entre cartes électroniques réalisables au moyen de l'invention; - la figure 2 est un schéma en perspective montrant le principe mis en oeuvre par l'invention, sur deux chemins optiques particuliers; - la figure 3 est une vue de dessus simplifiée de l'interconnexion réalisée par mise en oeuvre de l'invention, entre des cartes présentant la disposition relative montrée en figure 1; - la figure 4 est une vue de détail à grande échelle, montrant un distributeur et un répartiteur sur un seul des accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a block diagram, in perspective, showing optical interconnection paths between electronic cards achievable by means of the invention; - Figure 2 is a perspective diagram showing the principle implemented by the invention, on two particular optical paths; - Figure 3 is a simplified top view of the interconnection made by implementing the invention, between cards having the relative arrangement shown in Figure 1; - Figure 4 is a detail view on a large scale, showing a distributor and a distributor on one of the

chemins optiques.optical paths.

La figure 1 montre schématiquement des cartes électroni- Figure 1 schematically shows electronic cards

ques 101, 102,... 10n occupant une disposition relative classique, en ratelier, dans un coffret. Les liaisons optiques entre les cartes sont réalisées par un composant d'interconnexion 12. Ce composant doit constituer m voies ou canaux affectés chacun à un chiffre binaire ou bit des mots à transmettre entre les cartes. Pour que chaque carte 101, 20..., 10, puisse émettre vers toutes les autres cartes et recevoir à partir de n'importe quelle autre carte, chaque carte comporte un ensemble émetteur-récepteur 14 par voie ou ques 101, 102, ... 10n occupying a classic relative arrangement, in a rack, in a box. The optical links between the cards are made by an interconnection component 12. This component must constitute m channels or channels each assigned to a binary digit or bit of the words to be transmitted between the cards. So that each card 101, 20 ..., 10, can transmit to all the other cards and receive from any other card, each card comprises a transmitter-receiver assembly 14 per channel or

canal, donc m ensembles émetteur-récepteur 141,..., 14. channel, therefore m transmitter-receiver assemblies 141, ..., 14.

Dans le cas d'un réseau d'interconnexion optique conforme au mode de réalisation montré en figures 2 à 4, chaque In the case of an optical interconnection network in accordance with the embodiment shown in FIGS. 2 to 4, each

émetteur-récepteur comprend une diode laser 16 et un récep- transceiver includes a laser diode 16 and a receiver

teur photoélectrique, généralement constitué par une photo- photoelectric tor, generally constituted by a photo-

diode adaptée 18. Les figures 2 et 3 montrent notamment des diodes laser 16,,....1 161 1,..., 16 n correspondant aux n chemins optiques affectés chacun à la transmission depuis une carte particulière d'ordre 1,... n et les photodiodes correspondantes 18 l8, 18,..., 181n, sur la voie 1. Il est notamment possible d'utiliser des diodes laser du commerce ayant une longueur d'onde d'environ 850 mm. On peut aussi envisager les diodes laser opérant à 1300 nm. Le nombre de voies dépend du type de bus utilisé. Il sera souvent de 128 ou 256 (bus VME). Les récepteurs, choisis pour avoir une sensibilité élevée à la longueur d'onde d'émission des diodes laser, ont généralement une surface sensible beaucoup plus élevée que la tranche d'émission des diodes laser et peuvent être disposées de la façon représentée en figure 3, sur une adapted diode 18. FIGS. 2 and 3 show in particular laser diodes 16 ,, .... 1,161 1, ..., 16 n corresponding to the n optical paths each assigned to the transmission from a particular card of order 1, ... n and the corresponding photodiodes 18-18, 18, ..., 181n, on channel 1. It is in particular possible to use commercial laser diodes having a wavelength of approximately 850 mm. One can also consider laser diodes operating at 1300 nm. The number of channels depends on the type of bus used. It will often be 128 or 256 (VME bus). The receivers, chosen to have a high sensitivity to the emission wavelength of the laser diodes, generally have a much higher sensitive surface than the emission edge of the laser diodes and can be arranged as shown in FIG. 3 , on a

largeur correspondant à tous les chemins d'une même voie. width corresponding to all the paths of the same lane.

Le réseau est prévu pour permettre à chaque carte de communiquer avec toutes les autres cartes. Pour cela, les émetteurs d'une carte donnée sont placés sur des chemins de même rang des m voies. Le flux lumineux qu'émet un tel émetteur est immédiatement fractionné, par un distributeur The network is designed to allow each card to communicate with all the other cards. For this, the transmitters of a given card are placed on paths of the same rank of the m channels. The light flux emitted by such a transmitter is immediately split, by a distributor

placé en face, en deux fractions dirigées en sens inverse. placed opposite, in two fractions directed in opposite directions.

Ces distributeurs peuvent être prévus pour séparer le flux These distributors can be provided to separate the flow

émis en deux parties qui sont ou non égales, suivant l'empla- issued in two parts which may or may not be equal, depending on the use

cement de la carte. Ils sont constitués par des micro-prismes ayant un angle au sommet de 90 , constitués par un revêtement métallique réfléchissant, en aluminium ou argent en général, déposé sur une structure polie, en verre par exemple. La figure 2 montre par exemple un tel micro-prisme 20,i, affecté à la voie i de la carte 1. Il suffit de décaler l'arête du prisme dans le sens de la longueur de la voie pour modifier cement the card. They are constituted by micro-prisms having an apex angle of 90, constituted by a reflective metallic coating, in aluminum or silver in general, deposited on a polished structure, in glass for example. FIG. 2 shows for example such a micro-prism 20, i, assigned to the channel i of the card 1. It suffices to shift the edge of the prism in the direction of the length of the channel to modify

le rapport entre les deux flux réfléchis. the relationship between the two reflected flows.

Des distributeurs, au nombre de n-l sur chaque chemin, renvoient chacun une fraction du flux lumineux émis sur ce chemin vers un récepteur particulier appartenant à la même voie. Ces répartiteurs sont constitués par des hologrammes dont le tracé est synthétisé par ordinateur et qui sont réalisés chacun sous forme d'une mosaique de pixels. Chaque hologramme sera calculé de façon à: - transmettre une fraction déterminée du flux, - réfléchir l'autre partie du flux vers un récepteur photo-électrique, - éventuellement, recollimater les faisceaux transmis et réfléchis. Il existe déjà des programmes permettant de synthétiser des hologrammes permettant de remplir ces fonctions. On Distributors, the number of n-1 on each path, each return a fraction of the light flux emitted on this path to a particular receiver belonging to the same channel. These distributors are made up of holograms whose layout is synthesized by computer and which are each produced in the form of a mosaic of pixels. Each hologram will be calculated so as to: - transmit a determined fraction of the flux, - reflect the other part of the flux towards a photoelectric receiver, - possibly, recollimate the transmitted and reflected beams. There are already programs to synthesize holograms to perform these functions. We

pourra notamment trouver une description des méthodes de can in particular find a description of the methods of

codage dans l'article de L. Legeard et coll., "Etude compara- coding in the article by L. Legeard et al., "Comparative study

tive des différentes méthodes de codage binaire pour holo- different methods of binary coding for holo-

grammes synthétisés par ordinateur", OPTO. 92, P. 149-157. computer synthesized grams ", OPTO. 92, P. 149-157.

Chaque hologramme, tel que celui 22 montré en figure 4, calculé sous forme de pixels transparents et opaques, peut être constitué par métallisation réfléchissante d'une face à 45 de la structure (couche de chrome par exemple) et gravure par lithographie ou écriture directe par faisceau Each hologram, such as that shown in FIG. 4, calculated in the form of transparent and opaque pixels, can be formed by reflective metallization of a face 45 of the structure (chromium layer for example) and etching by lithography or direct writing. by beam

d'électrons, permettant d'atteindre une résolution élevée. of electrons, allowing to reach a high resolution.

L'hologramme sera calculé de façon à favoriser l'ordre 1. The hologram will be calculated to favor order 1.

Un tel réseau peut être réalisé sous un faible volume. Such a network can be produced in a small volume.

Les cartes consécutives peuvent être réparties au pas standard de 12,7 mm. L'intervalle entre deux voies peut être réduit à 625 Dm environ et chaque chemin peut avoir une largeur d'environ 30 im, ce qui donne par exemple une largeur de voie de 240 im lorsqu'il y a huit cartes. La structure portant les distributeurs et les répartiteurs peut être constituée en verre ou en un autre matériau transparent et séparée des cartes par un matériau, également transparent, de remplissage. Chaque hologramme peut avoir une dimension totale de 700x30 1.m et être constitué de pixels de 0,8.un de côté. Les hologrammes peuvent être gravés à l'aide d'une machine à faisceaux d'électrons qui permet une résolution de 100 nm. Les micro-prismes peuvent avoir une base d'environ 1 mm. Consecutive cards can be distributed in standard steps of 12.7 mm. The interval between two channels can be reduced to approximately 625 Dm and each path can have a width of approximately 30 im, which gives for example a channel width of 240 im when there are eight cards. The structure carrying the distributors and the distributors can be made of glass or another transparent material and separated from the cards by a filling material, also transparent. Each hologram can have a total dimension of 700x30 1.m and consist of pixels of 0.8 on one side. Holograms can be engraved using an electron beam machine which provides a resolution of 100 nm. The micro-prisms can have a base of about 1 mm.

Claims

1. Digital type optical interconnection network between n printed circuit boards (101, ..., 10n) mounted parallel to each other, said network comprising, for each binary digit of the words to be transmitted:

- an optical channel parallel to the other channels and

killed by n adjacent parallel paths and, - on each map, a coherent light emitter

(1611, ...) to a respective path and a photo-

electrical (1811, ...), - each optical path comprising a distributor (20,) of flux coming from the respective transmitter located opposite and, opposite each receiver of the other cards, a distributor (22), constituted by a digital hologram for transmitting one fraction of the beam and focusing another

fraction on the respective receiver.

2. Network according to claim 1, characterized in that each distributor is constituted by an isosceles micro-prism

reflective rectangle.

3. Network according to claim 2, characterized in that

said prism is coated with a layer of aluminum or silver.

4. Network according to claim 1, 2 or 3, characterized in that each hologram (22) is provided for focusing the reflected beam towards the respective photoelectric receiver

(1811, ...).

5. Network according to any one of claims 1 to

4, characterized in that each hologram (22) consists

by a matrix of reflective and transparent pixels.

6. Network according to any one of the claims

previous, characterized in that the distributors and

distributors are formed on a separate glass structure

cards made with transparent, filling material.

7. Network according to claim 6, characterized in that the cards are distributed in the standard pitch of 12.7 mm, the interval between two channels is approximately 625 im and each

path has a width of about 30 min.

8. Network according to any one of the claims

previous, characterized in that each transmitter

(161, ...) consists of a laser diode.