FR3059438A1 - Generateur de signal d'horloge - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de génération de signal d'horloge (206), comprenant : une première photorésistance (214H) couplant un noeud capacitif de sortie (218) à un noeud (216H) d'application d'un premier potentiel ; et une deuxième photorésistance (214L) couplant le noeud capacitif à un noeud d'application (216L) d'un deuxième potentiel, les première et deuxième photorésistances étant adaptées à recevoir des mêmes impulsions optiques d'un laser à modes bloqués (204) à des instants décalés d'un premier retard.
Description
Domaine
La présente demande concerne un dispositif optoélectronique, et en particulier un dispositif de génération de signal d'horloge.
Exposé de l’art antérieur
La figure 1 illustre en fonction du temps en traits pointillés un signal d'horloge idéal et en traits pleins le signal d'horloge correspondant obtenu en pratique. Le signal d'horloge est destiné à être utilisé par un circuit électronique, par exemple un circuit de conversion analogiquenumérique ADC (de l'anglais Analog to Digital Converter) ayant une résolution élevée, par exemple supérieure à 14 bits, et une fréquence de signal à convertir élevée, par exemple supérieure à 1 GHz. Le signal d'horloge peut avoir une fréquence d'horloge élevée, par exemple supérieure à 100 MHz.
Il serait souhaitable pour le circuit ADC que le signal d'horloge corresponde au signal idéal. Le signal idéal a des impulsions en forme de créneaux de durées tO identiques, et a des fronts montants 104 successifs séparés d'une durée
0 régulière tl. En outre, le signal idéal passe instantanément d'une valeur basse à une valeur haute au début de chaque
B15561 - 16-GR1-0601 impulsion, puis, à la fin de chaque impulsion, le signal idéal revient instantanément à la valeur basse.
Cependant, en pratique, il est difficile d'obtenir des temps de montée et de descente inférieurs à quelques ps. En outre, dans le signal d'horloge obtenu en pratique, les fronts montants ne sont pas parfaitement réguliers. Par rapport aux fronts montants idéaux 104, les fronts montants sont en avance ou en retard d'une durée aléatoire Atl. La durée ht correspond à une valeur d'instabilité, dont l'écart type (ou valeur RMS, de l'anglais Root Mean Square) est dénommé gigue (de l'anglais jitter). De plus, les durées des impulsions obtenues en pratique ne sont pas parfaitement identiques pour toutes les impulsions, et les fronts descendants 106 présentent une gigue At2. Les signaux d'horloge générés par des dispositifs d'horloge courants ont des fronts montants et descendants qui présentent des gigues non négligeables, par exemple de plusieurs dizaines de fs.
Résumé
Un mode de réalisation prévoit un dispositif palliant tout ou partie des inconvénients décrits ci-dessus.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif de génération d'un signal d'horloge présentant des gigues de fronts montants et descendants très faibles, par exemple inférieures à 10 fs.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif de génération d'un signal d'horloge présentant des temps de montée et de descente très courts, par exemple inférieurs à 3 ps.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif de génération de signal d'horloge, comprenant : une première photorésistance couplant un noeud capacitif de sortie à un noeud d'application d'un premier potentiel ; et une deuxième photorésistance couplant le noeud capacitif à un noeud d'application d'un deuxième potentiel, les première et deuxième photorésistances étant adaptées à recevoir des mêmes impulsions
B15561 - 16-GR1-0601 optiques d'un laser à modes bloqués à des instants décalés d'un premier retard.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un premier séparateur optique adapté à transmettre les impulsions optiques à des premier et deuxième guides d'ondes ayant des longueurs différentes.
Selon un mode de réalisation, le premier retard est compris entre 20 et 100 ps.
Selon un mode de réalisation, le produit de la capacité du noeud capacitif par la valeur de résistance à l'état passant de chaque photorésistance est inférieur à 3 ps.
Selon un mode de réalisation, chaque photorésistance est prévue pour avoir au cours des impulsions optiques une valeur de résistance inférieure à 50 Ω.
Selon un mode de réalisation, les impulsions optiques ont une longueur d'onde centrale comprise entre 1,3 et 1,8 pm, et chaque photorésistance comprend une région de germanium dopé à moins de 5*10^^ atomes/cm^ munie de deux contacts séparés d'une distance comprise entre 0,3 et 3 pm.
Selon un mode de réalisation, chaque région de germanium est en prolongement d'un coeur de silicium d'un des guides d'ondes.
Selon un mode de réalisation, le produit de la capacité du noeud capacitif par la valeur de résistance de chaque photorésistance à l'état non passant est supérieur à 2 ns.
Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif de génération de signal d'horloge comprenant : des premier et deuxième dispositifs ci-dessus adaptés à recevoir des mêmes impulsions optiques d'un laser à modes bloqués à des instants décalés d'un deuxième retard ; et un circuit de bascule RS ayant deux entrées couplées aux nœuds capacitifs des premier et deuxième dispositifs.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un deuxième séparateur optique adapté à transmettre les
B15561 - 16-GR1-0601 impulsions optiques à des troisième et quatrième guides d'ondes ayant des longueurs différentes.
Selon un mode de réalisation, le deuxième retard est compris entre 100 et 1000 ps.
Selon un mode de réalisation, le circuit de bascule est un circuit logique du type différentiel.
Brève description des dessins
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 1, décrite précédemment, illustre des signaux d'horloge en fonction du temps ;
la figure 2A représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif d'horloge ;
la figure 2B est un chronogramme illustrant des signaux laser et un signal d'horloge du dispositif de la figure 2A ;
les figures 3A et 3B sont des vues schématiques, respectivement de dessus et en coupe, d'un exemple de photorésistance d'un mode de réalisation d'un dispositif d'horloge ;
la figure 4A représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif d'horloge ;
la figure 4B est un chronogramme illustrant divers signaux optiques et électroniques, et un signal d'horloge du dispositif de la figure 4A ; et les figures 5A et 5B illustrent un exemple de circuit de bascule d'un mode de réalisation d'un dispositif d'horloge. Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les divers chronogrammes et vues ne sont pas tracés à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont
B15561 - 16-GR1-0601 détaillés. En particulier, les sources laser émettant des impulsions optiques et les circuits utilisant des impulsions électroniques ne sont pas représentés en détail.
Dans la description qui suit, sauf précision contraire, les expressions sensiblement, et de l'ordre de signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
Dans la présente description, le terme connecté désigne une connexion électrique directe entre deux éléments, tandis que le terme couplé désigne une connexion électrique entre deux éléments qui peut être directe ou par 1'intermédiaire d'un ou de plusieurs composants passifs ou actifs, comme des résistances, des condensateurs, des inductances, des diodes, des transistors, etc...
On propose ici un dispositif permettant de générer une impulsion électronique en créneaux à partir de chacune des impulsions optiques fournies par une source laser de type à modes bloqués (de l'anglais mode locked laser). Un tel signal laser pulsé présente des impulsions optiques très courtes, par exemple de durée inférieure à 100 fs, et des gigues de fronts montants et descendants très faibles, typiquement inférieures à 10 fs.
La figure 2A représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif d'horloge 200. Le dispositif d'horloge 200 reçoit un signal laser pulsé 202 fourni par une source laser pulsé 204 (LASER) de type à modes bloqués. Le dispositif 200 produit un signal d'horloge 206, destiné par exemple à un circuit ADC 208 de résolution élevée et de fréquence de signal à convertir élevée.
Le dispositif 200 comprend un séparateur optique 210 qui reçoit le signal laser 202. Le séparateur optique transmet des parties 202H et 202L du signal laser, par exemple sensiblement égales, à deux guides d'ondes respectifs 212H et 212L.
Une photorésistance 214H est couplée optiquement au guide d'ondes 212H, et une photorésistance 214L est couplée
B15561 - 16-GR1-0601 optiquement au quide d'ondes 212L. La lonqueur du quide d'ondes 212L entre le séparateur optique 210 et la photorésistance 214L est supérieure à la lonqueur du quide d'ondes 212H entre le séparateur optique 210 et la photorésistance 214H. Pour cela, le quide d'ondes 212L présente par exemple une forme en méandres.
Les photorésistances 214H et 214L comprennent chacune une réqion semiconductrice, intrinsèque ou faiblement dopée, par exemple à moins de 5* 10^-6 atomes/cm^ ou à un niveau de l'ordre de 5*10l6 atomes/cm^, de préférence en qermanium dans le cas d'un laser dont la lonqueur d'onde centrale est située dans le proche infrarouqe et est comprise par exemple entre 1,3 et 1,8 pm. Chaque réqion semiconductrice est munie de part et d'autre de deux contacts séparés d'une distance par exemple comprise entre 3 et 9 pm.
Les photorésistances 214H et 214L sont connectées en série entre, du côté de la photorésistance 214H, un noeud 216H d'application d'un potentiel haut VDC, et, du côté de la photorésistance 214L, un noeud 216L d'application d'un potentiel bas, par exemple un potentiel de référence tel qu'une masse GND.
Le noeud de connexion des photorésistances 214H et 214L est un noeud capacitif 218 de capacité C. On appelle ici noeud capacitif un noeud couplé à un noeud d'application d'un potentiel fixe, par exemple la masse GND, par un élément capacitif 220 dont la valeur de capacité C représente celle de tous les éléments connectés au noeud capacitif.
d'exemple, l'élément capacitif 220 peut être une d'entrée du circuit ADC 208. Le potentiel du noeud capacitif 218 correspond au niveau du siqnal d'horloqe 206.
Le fonctionnement du dispositif de la fiqure 2A est décrit ci-après en relation avec la fiqure 2B.
La fiqure 2B est un chronoqramme illustrant les siqnaux laser 202H et 202L et le siqnal d'horloqe 206 du dispositif de la fiqure 2A.
siqnaux laser 202H et 202L
A titre capacité
Les correspondent niveaux des la puissance du rayonnement optique reçu
B15561 - 16-GR1-0601 respectivement par les photorésistances 214H et 214L. Chacun des signaux 202H et 202L présente des impulsions respectives 250H et 250L entre lesquelles aucun rayonnement optique significatif n'est reçu par la photorésistance considérée. A titre d'exemple, pour chaque signal laser 202H et 202L, la puissance moyenne des impulsions optiques est supérieure à 10 mW.
Les impulsions optiques de chacun des signaux laser 202H et 202L sont à la fréquence 1/tl du signal laser 202, et ont conservé les gigues très faibles du signal laser initial 202. A titre d'exemple, la source laser 204 est prévue pour que la durée tl entre impulsions optiques d'un même signal laser soit inférieure à 10 ns. Les durées, non visibles en figure 2B, des impulsions 250H et 250L des signaux laser 202H et 202L correspondent à celles des impulsions du signal laser 202 légèrement augmentées par la présence du séparateur 210 et des guides d'ondes 212H et 212L. Le séparateur et les guides d'ondes sont prévus pour que les durées des impulsions 250H et 250L restent très faibles, par exemple inférieures à 4 ps.
Du fait de la différence de longueur des guides d'ondes 212H et 212L entre le séparateur optique 210 et les photorésistances respectives 214H et 214L, les impulsions 250L sont en retard d'une durée t2 par rapport aux impulsions 250H. Cette différence de longueur est choisie pour que le retard t2 corresponde à la durée d'impulsions que l'on souhaite obtenir dans le signal électronique d'horloge 206, par exemple une durée d'impulsions comprise entre 20 et 100 ps.
Chacune des photorésistances 214H et 214L a une valeur haute de résistance RoFF entre les impulsions optiques respectives 250H et 250L. La valeur de chacune des photorésistances 214H et 214L passe à une valeur basse Rqn lorsque la photorésistance reçoit une impulsion optique. A titre d'exemple, les valeurs Rqn et Roff sont les mêmes pour les photorésistances 214H et 214L. Chacune des photorésistances 214H et 214L est choisie pour que le produit de sa valeur de résistance Rqn par la valeur de capacité C corresponde à une
B15561 - 16-GR1-0601 durée faible, par exemple inférieure à 3 ps. En outre, la valeur de résistance Rqn de chacune des photorésistances est choisie pour être faible, par exemple inférieure à 50 Ω, de préférence inférieure à 15 Ω. Par ailleurs, la différence entre les potentiels haut VDC et bas GND est par exemple comprise entre 0,5 et 2 V.
A chaque impulsion optique du signal laser 202, l'impulsion optique 250H en provenance du guide d'ondes 212H parvient à la photorésistance 214H à un instant uO. Au cours de l'impulsion 250H, le signal d'horloge 206 passe à un niveau haut. Du fait que le produit Rqn*C pour la photorésistance 214H est faible, le temps de montée est très court, par exemple inférieur à 3 ps.
Après cette impulsion optique 250H, et avant l'arrivée de l'impulsion optique 250L dans la photorésistance 314H, les deux photorésistances sont à l'état non passant, et le niveau haut du signal d'horloge 206 est maintenu par la capacité C du noeud 218.
L'impulsion optique 250L parvient à la photorésistance 214L à un instant ul. Le signal d'horloge passe à un niveau bas. Du fait que le produit Rqn*C pour la photorésistance 214L est faible, le temps de descente est très court, par exemple inférieur à 3 ps.
Après cette impulsion optique 250L, et avant l'arrivée d'une impulsion optique 250H suivante, les deux photorésistances sont à l'état non passant, et le niveau bas du signal d'horloge est maintenu par la capacité C du noeud 218.
On a ainsi obtenu, pour chaque impulsion optique du signal laser 202, une impulsion électronique d'horloge 252 en forme de créneau de temps de montée et de temps de descente très courts.
En outre, du fait que la photorésistance 214H a une résistance Rqn faible, et du fait que, pour cette photorésistance, le produit Ron*^ est faible, la gigue des fronts montants obtenus est particulièrement faible, par exemple
B15561 - 16-GR1-0601 inférieure à 10 fs. En effet, une valeur faible de résistance R0N permet un niveau de bruit en tension sur le noeud 218 particulièrement faible pendant les fronts montants.
D'une manière similaire, du fait que la photorésistance 214L a une résistance Rq^ faible, et du fait que pour cette photorésistance le produit Ron*^ est faible, la gigue des fronts descendants obtenus est particulièrement faible. En effet, le retard t2 des impulsions 250L, dont l'arrivée provoque les fronts descendants du signal d'horloge, est produit sans générer de gigue supplémentaire significative par rapport aux gigues initiales du signal laser 202.
De plus, la durée des impulsions obtenues correspond d'une manière particulièrement précise à la valeur t2 souhaitée. En effet, la durée des impulsions d'horloge obtenues ne dépend que de la différence de longueur entre les guides d'ondes, et cette différence de longueur est facile à réaliser avec précision. En particulier, la durée des impulsions obtenues ne dépend pas de paramètres tels que le temps mis par chaque photorésistance pour redevenir non passante après une impulsion optique. Il suffit que la photorésistance 214H ait le temps de revenir à l'état non passant entre chaque impulsion 250H reçue et l'impulsion 250L suivante, et que la photorésistance 214L ait le temps de revenir à l'état non passant entre chaque impulsion 250L reçue et l'impulsion 250H suivante. Pour obtenir cela, comme indiqué précédemment, les contacts de part et d'autre de la région semiconductrice dans chaque photorésistance sont séparés d'une distance faible, par exemple inférieure à 3 pm. Cette distance est prévue pour que les charges, créées dans la région semiconductrice de la photorésistance à chaque impulsion, et permettant alors le passage d'un courant, disparaissent en un temps par exemple inférieur à 1 ns.
Par ailleurs, afin de maintenir le niveau haut ou bas du signal d'horloge lorsque les photorésistances sont à l'état non passant, la durée Rqpp*C/2 est suffisante, par exemple supérieure à 3 fois le temps tl séparant deux impulsions du
B15561 - 16-GR1-0601 signal laser 202, par exemple supérieure à 1 ns. En effet, cette durée est représentative du temps que mettrait le noeud capacitif 218 à se décharger à travers les photorésistances non passantes pour atteindre un potentiel d'équilibre.
Les figures 3A et 3B sont des vues schématiques, respectivement de dessus et en coupe (plan B-B de la figure 3A) , d'un exemple de photorésistance du type des photorésistances 214H et 214L du dispositif 200 de la figure 2. Lorsque l'on fait ici référence aux termes sur, ou horizontal, il est fait référence à l'orientation de l'élément concerné dans la figure 3B, étant entendu que, dans la pratique, la structure décrite peut être orientée différemment.
La photorésistance comprend, sur un support 302 recouvert d'une couche 304 d'oxyde de silicium, une région 306 en germanium située en prolongement d'un évasement 308 de l'extrémité d'un coeur de guide d'ondes 212. Le coeur 212, l'évasement 308 et la région 306 reposent sur la couche 304 et sont d'épaisseurs par exemple sensiblement égales. En vue de dessus, la région 306 a par exemple la forme d'un rectangle dont un petit côté est en contact avec l'évasement 308. Une couche 310 d'oxyde de silicium recouvre la couche 304 en dehors du coeur 212, de l'évasement 308 et de la région 306 qui affleurent la surface de la couche 310. La structure est recouverte d'une couche 311 d'oxyde de silicium. Le coeur de guide d'ondes 212, son évasement 308 et la région 306, sont ainsi entourés d'oxyde de silicium.
La région 306 est munie de contacts 312 et 314 en partie supérieure, de part et d'autre de la région 306, en contact avec la couche 310. Des exemples de contacts 312 et 314 sont détaillés dans la vue en coupe de la figure 3B. Chaque contact comprend une région dopée 316, par exemple du type P, en contact avec une métallisation 318 qui peut s'étendre sur la couche 310 en s'éloignant de la région 306. Les régions dopées 316 des contacts 312 et 314 sont du même type de conductivité. Chaque région dopée 316 et la métallisation 318 associée peuvent
B15561 - 16-GR1-0601 s'étendre en vue de dessus sur la totalité d'un côté de la région 306. Les contacts 312 et 314 sont connectés aux bornes 216 et 218 de la photorésistance.
La région 306 en germanium est intrinsèque, c'est-àdire non dopée volontairement, ou présente un niveau de dopage faible, par exemple inférieur à 5*10^^ atomes/cm^ ou à un niveau de l'ordre de 5*10^^ atomes/cm^, du même type de conductivité que les régions 316, 318.
A titre d'exemple, le coeur 212 a des dimensions transversales comprises entre 300 nm et 3 pm, par exemple le coeur 212 a une section rectangulaire de 300 nm dans la direction de l'épaisseur des couches et de 500 nm horizontalement. A titre d'exemple, le rectangle dessiné par la région 306 vue de dessus a une largeur comprise entre 3 et 9 pm. A titre d'exemple, la longueur sur laquelle la photorésistance s'étend à partir de l'évasement 308, ou longueur de la photorésistance, est comprise entre 15 et 20 pm.
En fonctionnement, du fait que la région 306 est en germanium, le rayonnement optique y est absorbé efficacement. On obtient un taux de conversion du rayonnement optique en courant particulièrement élevé, d'où il résulte une résistance Rqn à l'état passant faible.
Le dispositif 200 décrit en relation avec les figures 2A, 2B, 3A et 3B est particulièrement adapté à générer, pour chaque impulsion optique reçue, une impulsion électronique en créneau de courte durée, typiquement inférieure à 100 ps. Toutefois, on peut vouloir disposer de générateurs d'horloge permettant d'obtenir des impulsions de durée plus grande que 100 ps, à destination par exemple de certains circuits ADC. Dans le cas du dispositif 200, obtenir de telles durées peut s'avérer difficile, car il faut choisir une valeur de capacité C qui soit en même temps suffisamment élevée pour maintenir le niveau haut du signal d'horloge pendant la durée d'une impulsion de ce signal, et suffisamment faible pour obtenir les valeurs Rqn*C faibles permettant d'avoir une faible valeur de gigue.
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On propose donc ici un dispositif permettant de générer, à partir des impulsions optiques d'un laser pulsé, un signal électronique en créneaux de grande durée, par exemple supérieure à 100 ps.
La figure 4A représente schématiquement un exemple d'un mode de réalisation d'un dispositif d'horloge 400. Le dispositif d'horloge 400 reçoit un signal laser pulsé 202 produit par une source laser pulsé 204 (LASER) de type à modes bloqués. Le dispositif 400 fournit un signal d'horloge 402, destiné par exemple à un circuit ADC 208 de résolution élevée et de fréquence de signal à convertir élevée.
Le dispositif 400 comprend un séparateur optique 404 qui reçoit le signal laser 202. Le séparateur optique 404 est prévu pour transmettre des parties 202A et 202B du signal laser, par exemple sensiblement égales, à deux guides d'ondes respectifs 406A et 406B.
Le dispositif 400 comprend en outre deux dispositifs 200A et 200B, du type du dispositif 200 de la figure 2, par exemple deux dispositifs identiques. Le dispositif 200A a son séparateur optique 210A relié au guide d'ondes 406A et le
| dispositif | 200B a | son séparateur optique 210B | relié | au guide | ||
| d'ondes 406B. La | longueur | du guide d'ondes | 406B | entre | le | |
| séparateur | optique | 404 et | le séparateur optique | 210B | est | |
| supérieure | à la | longueur | du guide d'ondes | 406A | entre | le |
| séparateur | optique | 404 et le | séparateur optique | 210A. |
De plus, le dispositif 400 comprend un circuit 408 de type bascule asynchrone ou bascule RS (LATCH) ayant une entrée de mise à un (A) couplée au noeud capacitif 218A du circuit 200A et une entrée de mise à zéro (B) couplée au noeud capacitif 218B du circuit 200B. Le circuit de bascule 408 fournit à sa sortie (OUT) le signal d'horloge 402.
Le circuit de bascule 408 est un circuit de bascule rapide, c'est-à-dire dont les temps de commutation sont très courts, par exemple inférieurs à 5 ps. Pour cela, le circuit de
B15561 - 16-GR1-0601 bascule 408 peut être du type logique différentielle, par exemple du type CML (de l'anglais Current Mode Logic).
Le fonctionnement du circuit 400 est décrit ci-dessous en relation avec la figure 4B.
La figure 4B est un chronogramme illustrant les signaux laser 202A et 202B du dispositif 400 de la figure 4A, les signaux électroniques d'horloge 206A et 206B produits respectivement par les dispositifs 200A et 200B, et le signal d'horloge 402 produit par le dispositif 400.
Les niveaux des signaux laser 202A et 202B correspondent à la puissance du rayonnement optique arrivant respectivement aux séparateurs 210A et 210B des circuits 200A et 200B. Chacun des signaux 202A et 202B présente des impulsions respectives 250A et 250B entre lesquelles le niveau du signal est quasi-nul.
Les signaux laser 202A et 202B sont à la fréquence 1/tl du signal laser 202, et ont conservé les gigues très faibles du signal laser initial 202 de la source 204. Le séparateur optique 404 et les guides d'ondes 406A et 406B sont prévus pour que les durées des impulsions 250A et 250B restent très faibles, par exemple inférieures à 4 ps.
Du fait de la différence de longueur des guides d'ondes 406A et 406B, les impulsions 250B sont en retard d'une durée t3 par rapport aux impulsions 250A. Cette différence de longueur est prévue pour que le retard t3 corresponde à la durée d'impulsions que l'on souhaite obtenir dans le signal d'horloge 402, par exemple une durée d'impulsions comprise entre 100 et 1000 ps.
A chaque impulsion optique du signal laser 202A, le dispositif 200A produit une impulsion électronique 252A de durée t2 entre des instants uOA et ulA. De même, à chaque impulsion optique du signal 202B, le dispositif 200B produit une impulsion électronique 252B de durée t2 entre des instants uOB et ulB. Les instants uOA et uOB de début des impulsions 252A et 252B sont séparés du retard t3. La durée t2 est inférieure au retard t3,
B15561 - 16-GR1-0601 et de ce fait l'instant uOB de début de l'impulsion 252B est postérieur à l'instant ulA de fin de l'impulsion 252A. Chacun des signaux d'horloge 206A et 206B présente des gigues de fronts montants et descendants très faibles, et des temps de montée et de descente très courts.
A chaque impulsion 252A du signal 206A, le circuit de bascule 408 met le signal d'horloge 402 à un niveau haut. A chaque impulsion 252B du signal 206B, le circuit de bascule 408 met le signal d'horloge 402 à un niveau bas. Le circuit de bascule maintient le niveau haut ou bas du signal d'horloge 402 lorsque les signaux 206A et 206B sont à leurs niveaux bas. Les temps de descente des impulsions 252A et 252B sont plus courts que le temps de commutation du circuit de bascule 408, ce qui permet au circuit de bascule 408 d'assurer le maintien du niveau du signal d'horloge 402 pendant les fronts descendants des impulsions 252A et 252B.
Ainsi, à chaque impulsion du signal laser 202, le dispositif 400 produit une impulsion d'horloge 450 en forme de créneau de durée égale au retard t3.
Du fait que le circuit de bascule 408 est rapide, et du fait que les temps de montée des impulsions 252A et 252B sont très courts, les temps de montée et de descente des impulsions 450 sont très courts, par exemple inférieurs à 5 ps.
En outre, du fait que les fronts montants des impulsions 252A et 252B présentent une gigue très faible, et du fait que le retard t3 des impulsions 252B est produit sans générer de gigue supplémentaire significative par rapport aux gigues initiales du signal laser 202, on obtient un signal d'horloge 402 présentant des gigues particulièrement faibles, typiquement inférieures à 10 fs.
La figure 5A illustre un exemple de circuit de bascule du type du circuit de bascule 408 du dispositif 400 de la figure 4A. Dans cet exemple, le circuit 408 est un circuit logique différentiel, c'est-à-dire dans lequel le niveau logique de
B15561 - 16-GR1-0601 chaque siqnal loqique correspond à une tension entre deux noeuds.
Ainsi, le siqnal 206A correspond au niveau de tension entre des noeuds d'entrée A+ et A-, et le siqnal 206B correspond au niveau de tension entre des noeuds d'entrée B+ et B-. A titre d'exemple, dans le dispositif 400 de la fiqure 4, les noeuds A+ et B+ sont couplés respectivement aux noeuds 218A et 218B des circuits 200A et 200B, et les noeuds A- et B- sont connectés chacun à un noeud d'application d'un potentiel respectif VREFA, VREFB compris entre les valeurs haute et basse de potentiel du noeud A+ ou B+ considéré, les potentiels VREFA et VREFB correspondant par exemple à la valeur moyenne des potentiels des noeuds respectifs A+ et B+. Chacun des noeuds A+ et B+ peut être connecté directement au noeud 218A ou 218B associé, ou peut être couplé à ce noeud par l'intermédiaire par exemple d'une capacité. A titre de variante, on peut prévoir entre, d'une part, le noeud 218A et, d'autre part, les noeuds A+ et A- tout circuit rapide adapté à convertir le siqnal 206A en siqnal loqique différentiel, et on peut prévoir entre, d'une part, le noeud 218B et, d'autre part, les noeuds B+ et B- tout circuit rapide adapté à convertir le siqnal 206B en siqnal loqique différentiel.
En outre, le siqnal d'horloqe 402 obtenu ici est un siqnal différentiel entre deux noeuds de sortie OUT+ et OUT-.
Le circuit de bascule 408 comprend deux cellules loqiques 500A et 500B, par exemple de type CML, produisant entre des noeuds Nor+ et Nor- un siqnal de sortie résultant d'une opération NON OU loqique entre un premier siqnal d'entrée entre des noeuds Inl+ et Inl- et un deuxième siqnal d'entrée entre des In2+ noeuds In2-.
Dans la cellule loqique 500A, les noeuds Inl+ et Inl- sont connectés respectivement aux noeuds OUT+ et OUT- et les noeuds In2+ et In2- sont connectés respectivement aux noeuds A+ et A-.
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Dans la cellule logique 500B, les noeuds Inl-ι- et Inl- sont connectés respectivement aux noeuds B+ et B- et les noeuds In2+ et In2- sont connectés respectivement aux noeuds Nor+ et Nor- de la cellule logique 500A. Les noeuds Nor+ et Nor- de la cellule logique 500B sont connectés respectivement aux noeuds OUT+ et OUT-.
La figure 5B illustre un exemple de cellule logique 500 de type CML pouvant être utilisée pour former les cellules logiques 500A et 500B de l'exemple de circuit 408 la figure 5A.
La cellule 500 comprend une porte logique différentielle 502 recevant les signaux d'entrée Inl+, Inl- et In2+, In2- de la cellule 500 et produisant un signal entre des noeuds 504+ et 504-. A titre d'exemple, la cellule 500 comprend en outre un circuit 506 d'adaptation de niveaux fournissant le signal de sortie Nor+, Nor- de la cellule tel que les potentiels des noeuds Nor+ et Nor- aient des valeurs positive et négative opposées. A titre de variante, le circuit 506 peut être omis, les noeuds Nor+ et Nor- étant alors couplés aux noeuds 504+ et 504- par des capacités.
La porte 502 comprend deux transistors bipolaires T2+ et T2- de type NPN dont les bases sont connectées respectivement aux noeuds In2+ et In2-. Les émetteurs E2+ et E2- des transistors T2+ et T2- sont connectés ensemble et couplés à la masse GND par une source de courant 508 d'une courant II. Le circuit 502 comprend en outre deux transistors bipolaires T1+ et Tl- de type NPN dont les bases sont connectées respectivement aux noeuds Inl+ et Inl-. Les émetteurs E1+ et El- des transistors T1+ et Tl- sont connectés au collecteur C2- du transistor T2-. Le collecteur C2+ du transistor T2+ et le collecteur C1+ du transistor T1+ sont connectés ensemble au noeud 504+. Le noeud 504+ est couplé à un noeud 510 d'application d'un potentiel haut VDC par une résistance R+. Le collecteur Cl- du transistor Tl- correspond au noeud 504- et est couplé au noeud 510 par une résistance R-. Les résistances R+ et R- ont par exemple une valeur de résistance sensiblement égale,
B15561 - 16-GR1-0601 telle que le produit de cette valeur par le courant II corresponde à un niveau logique par exemple de l'ordre de 300 mV.
Le circuit 506 comprend deux transistors bipolaires T3+ et T3- dont les bases correspondent respectivement aux noeuds 504+ et 504-. Les collecteurs C3+ et C3- des transistors T3+ et T3- sont connectés au noeud 510. Chacun des émetteurs E3+ et E3- des transistors T3+ et T3- est couplé à la masse GND par une source de courant, respectivement 512+ et 512-. Les émetteurs E3+ et E3- correspondent respectivement aux noeuds de sortie Nor+ et Nor-.
Un avantage d'un circuit de bascule de type circuit logique différentiel réside dans ses temps de commutation très courts entre niveaux logiques.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'exemple de cellule logique de la figure 5B soit à transistors bipolaires à émetteurs couplés, on peut aussi utiliser tout type de cellule logique rapide, par exemple tout type adapté de cellule logique différentielle. A titre d'exemple, on peut utiliser des cellules logiques de type à transistors MOS pour former les cellules logiques 500A et 500B de l'exemple de circuit 408 la figure 5A. A titre d'exemple, une telle cellule peut être obtenue à partir de celle de la figure 5B en replaçant les transistors bipolaires de type NPN par des transistors MOS à canal N. A titre de variante, l'homme de l'art pourra concevoir des cellules logiques équivalentes utilisant des transistors bipolaires de type PNP ou des transistors MOS à canal P.
Bien que, dans le circuit 200 de la figure 2A, le potentiel du noeud capacitif 218 corresponde au niveau du signal d'horloge 206 appliqué au circuit ADC 208, le noeud 218 peut être couplé à l'entrée d'un circuit d'amplification et/ou d'adaptation de niveaux fournissant le signal d'horloge appliqué au circuit ADC 208. De plus, bien que, dans le circuit 400 de la
B15561 - 16-GR1-0601 figure 4A, le signal d'horloge fourni par le circuit de bascule 408 soit appliqué directement au circuit ADC 208, le circuit de bascule peut avoir sa sortie couplée à l'entrée d'un circuit d'amplification et/ou d'adaptation de niveaux fournissant le signal d'horloge au circuit ADC.
En outre, dans les modes de réalisation décrits, on peut, à titre de variante, échanger les potentiels bas GND et haut VDC, et obtenir ainsi des signaux d'horloge en créneaux, inverses des signaux obtenus dans les modes de réalisation décrits. De plus, le signal obtenu peut être inversé par un circuit inverseur, ou, dans l'exemple où le signal d'horloge est un signal logique différentiel entre des noeuds de sortie, en inversant par exemple les noeuds de sortie.
Bien que, dans le mode de réalisation de la figure 4A, les dispositifs 200A et 200B produisent des impulsions de durées identiques, les dispositifs 200A et 200B peuvent aussi produire des impulsions de durées différentes.
Bien que, dans les modes de réalisation décrits, le circuit électronique 208 recevant les signaux d'horloge soit un convertisseur analogique-numérique, les signaux d'horloge obtenus peuvent être utilisés par tout circuit utilisant pour fonctionner un signal d'horloge, par exemple un circuit logique ou numérique, ou peut être par exemple utilisé comme signal de référence d'une boucle à phase asservie PLL (de l'anglais Phase Locked Loop).
Bien qu'un type de circuit de bascule ait été décrit en relation avec les figures 5A et 5B, on peut utiliser tout type de circuit de bascule asynchrone dont la rapidité est suffisamment élevée pour obtenir des temps de montée et de descente très courts dans les signaux d'horloge produits.
En outre, dans les modes de réalisation décrits, un séparateur optique adapté à transmettre les impulsions optiques à des guides d'ondes de longueurs différentes permet de faire parvenir à des photorésistances ou à des dispositifs d'horloge des mêmes impulsions optiques à des instants décalés d'un
B15561 - 16-GR1-0601 retard. A titre de variante, on peut utiliser à la place du séparateur optique et des guides d'ondes tout dispositif permettant à des photorésistances ou à des dispositifs d'horloge de recevoir, à des instants décalés, des mêmes impulsions optiques en provenance d'une source laser pulsé.
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Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (200) de génération de signal d'horloge (206), comprenant :une première photorésistance (214H) couplant un noeud capacitif de sortie (218) à un noeud (216H) d'application d'un premier potentiel ; et une deuxième photorésistance (214L) couplant le noeud capacitif à un noeud d'application (216L) d'un deuxième potentiel, les première et deuxième photorésistances étant adaptées à recevoir des mêmes impulsions optiques (250H, 250L) d'un laser à modes bloqués (204) à des instants (uO, ul) décalés d'un premier retard (t2) .
- 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un premier séparateur optique (210) adapté à transmettre les impulsions optiques (250H, 250L) à des premier et deuxième guides d'ondes (212H, 212L) ayant des longueurs différentes.
- 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier retard est compris entre 20 et 100 ps.
- 4. Dispositif selon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le produit de la capacité (C) du noeud capacitif (218) par la valeur de résistance à l'état passant (Rq^) de chaque photorésistance (214H, 214L) est inférieur à 3 ps.
- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque photorésistance (214H, 214L) est prévue pour avoir, au cours des impulsions optiques (250H, 250L) , une valeur de résistance à l'état passant (Rq^) inférieure à 50 Ω.
- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les impulsions optiques ont une longueur d'onde centrale comprise entre 1,3 et 1,8 pm, et chaque photorésistance (214H, 214L) comprend une région de germanium (306) dopé à moins de 5*10^^ atomes/cm^ munie de deux contacts (312, 314) séparés d'une distance comprise entre 3 et 9 pm.B15561 - 16-GR1-0601
- 7. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chaque photorésistance (214H, 214L) comprend une réqion de qermanium (306) en prolonqement d'un évasement d'un coeur de silicium (212) d'un des quides d'ondes.
- 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le produit de la capacité (C) du noeud capacitif (218) par la valeur de résistance à l'état non passant (Roff) de chaque photorésistance (214H, 214L) est supérieur à 2 ns.
- 9. Dispositif de qénération de siqnal d'horloqe comprenant :des premier et deuxième dispositifs (200A, 200B) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 adaptés à recevoir des mêmes impulsions optiques (250A, 250B) d'un laser à modes bloqués (204) à des instants décalés d'un deuxième retard (t3) ; et un circuit de bascule RS (408) ayant deux entrées (A,B) couplées au noeuds capacitifs (218A, 218B) des premier et deuxième dispositifs.
- 10. Dispositif selon la revendication 9, comprenant un deuxième séparateur optique (404) adapté à transmettre les impulsions optiques à des troisième (406A) et quatrième (406B) quides d'ondes ayant des lonqueurs différentes.
- 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le deuxième retard est compris entre 100 et 1000 ps.
- 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le circuit de bascule (408) est un circuit loqique du type différentiel.B155611/6
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