Brevet FR2485230A1 — publié le 19811224

La présente invention est relative à des circuits comportant un ou plusieurs dispositifs fonctionnant par de l'énergie de rayonnement et elle concerne plus particulièrement des dispositifs d'affranchissement électroniques dans lesquels sont prévus des circuits comportant des dispositifs fonctionnant par de l'énergie de rayonnement. On a déjà mis au point des machines d'affranchissement électroniques comportant des circuits destinés à en commander diverses fonctions. Les machines de ce type ont déjà mis en oeuvre des dispositifs fonctionnant par énergie de rayonnement pour effectuer diverses fonctions telles que par exemple l'isolation électrique entre circuits ou l'indica- tion de la position de parties mobiles. Une isolation électrique peut être prévue par exemple entre les circuits de commande et les circuits de. comptabilisation de la machine d'affranchissement qui sont logés dans un bottier de sécurité à l'abri des manipulations frauduleuses. L'isola- tion électrique améliore la sécurité de la-machine d'affranchissement en assurant une isolation électrique entre les circuits de comptabilisa- tion et les registres qui lui sont assooiés et qui emmagasinent de l'in- formation représentant l'avoir ou la provision destiné: aux affranchis- sements futurs,-information qui provient de circuits pouvant être logés dans des boîtiers séparés présentant une sécurité moindre.Des dis- positifs fonctionnant par énergie de rayonnement peuvent également être utilisés sous la forme d'un coupleur optique pour fournir de i'infor- ination sur la position d'éléments déplaçables à l'intérieur de la ma- chine d'affranchissement. L'information est appliquée à un microproces- seur ou un autre circuit de traitement chargé de traiter l'information d'une manière appropriée. Des machines d'affranchissement électroniques utili- sant des dispositifs fonctionnant par énergie de rayonnement sont dé- crites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n03 978 457 et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n'63 359 déposé le 3 Août 1969 au nom de Frank T. Check, Jr. Les dispositifs fonctionnant par énergie de rayonnement et leurs circuits associés décrits dans le brevet et la demande de brevet précités fonctionnent de façon satisfai- sante compte tenu des tâches qui leur sont assignées. Les machines d'affranchissement étant utilisées chez des utilisateurs de toute na- ture pour l'affranchissement de leur courrier, les machines doivent pouvoir subir des conditions environnantes très diverses. De plus, compte tenu du fait que les registres prévus dans la machine emmaga- sinent l'information concernant l'avoir des taxes d'affranchissement à utiliser, un défaut de fonctionnement ou une défaillance des circuits peuvent avoir pour effet une perte de l'avoir de l'utilisateur ou des services postaux. Par conséquent, il est extrêmement important que la machine et ses parties constitutives fonctionnent avec un minimum d'entretien et il est également essentiel que la machine soit à l'abri des manipulations frauduleuses. Dans les circuits dans lesquels on utilise des éléments destinés à recevoir de l'énergie de rayonnement, tels que les phototransistors dont les électrodes de collecteur et d'émetteur sont montées en série avec une résistance, on se trouve confronté avec des facteurs contradictoires qui sont le niveau de tension ef la vitesse de commutation.. Plus la résistance est élevée, et plus grande est la tension développée. Toutefois, une augmentation de la résistance a pour effet une augmentation du temps nécessaire pour décharger la capacité entre électrodes. Ceci augmente le temps de commutation du dispositif. Cette augmentation qui est une fonction de l'augmentation du niveau de tension peut poser des problèmes de fonc- tionnement lorsque des -circuits à dispositifs fonctionnant par énergie de rayonnement sont utilisés avec des circuits du type TTL (logique transistor-transistor) ou des circuits de traitement de données, ces circuits devant travailler avec:un temps de commutation et niveau de tension bien précis pour pouvoir fonctionner correctement. Un système microprocesseur type TTL donné néces- site pour fonctionner correctement une valeur de 1, 4 volts pour le niveau de tension faible (qui peut être utilisé pour représenter le ni- v-eau logique 0) et une valeur supérieure à 3, 6 volts pour un niveau de tension élevé (qui peut être utilisé pour représenter le niveau logique 1) . Le temps de commutation, c'est à dire la transition d'un niveau logique bas vers un niveau logique élevé et inversement doit être égale à 5 micro-secondesLe problème qui consiste à choisir un compromis entre le niveau de tension et le temps de commutation est encore compliqué par les nombreux paramètres qui sont associés aux dispositifs fonctionnant par de l'énergie de rayonnement, paramè- tres qui peuvent varier d'un dispositif à l'autre. Il en résulte que chaque circuit comportant de tels dispositifs doit être réglé individuel- lement pour assurer un compromis particulier entre le temps de commutation et le niveau de tension. L'un des paramètres associés aux diodes électroluminescentes est la.quantité'd'énergie de rayonnement émise pour un courant donné traversant une telle diode.Ce paramètre est partiellement fonction de la construction du dispositif. Un autre pa- pamètre est. l'alignement mécanique de l'élément émetteur de l'éner- gie de rayonnement est l'élément qui reçoit cette énergie. Cet'aligne- ment détermine la quantité d'énergie de rayonnement frappantle ré- - cepteur. Un léger défaut d'alignement de quelques degrés peut affec- ter de façon significative la quantité d'énergie reçue qui, à son tour, détermine le courant traversant le récepteur. L'intensité du courant qui est engendrée par une quantité donnée d'énergie de rayonnement incidente varie également d'un dispositif à l'autre et est en partie fonction de la construction des dispositifs. Le facteur beta ou gain de courant de phototransistors courants peut varier entre 200 et 20 d'un dispositif à l'autre. Ces facteurs mentionnés ci-dessus sont éga- lement influencés par des facteurs externes dûs à l'environnement de la machine d'affranchissement. L'un de ces facteurs extérieurs est la contamination du dispositif fonctionnant par de l'énergie de rayon- nement par de la poussière ou de la graisse provenant des parties mécaniques de la machine et qui revêt l'émetteur ou le -récepteur. Ce revêtement réduit la quantité d'énergie effectivement émise et/ou reçue et réduit le niveau de fonctionnement du dispositif. La capacité entre électrodes de collecteur: et d'émetteur d'un phototransistor varie également d'un dispositif à l'autre. De plus, cette capacité, le courant de fuite collecteur-émetteur et le facteur beta du phototransistor peuvent varier dans le temps. En d'autres termes, ces paramètres peuvent varier avec le vieillissement du dispositif dans un sens qui augmente la capacité entre les électrodes et le courant de fuite, le facteur de gain étant réduit. Si on ne prend pas des précau- tions, un dispositif fonctionnant par énergie de rayonnement vieillissant peut avoir un temps de commutation et des niveaux de tension qui sont situés à l'extérieur de la plage requise de fonctionnement dû circuit dans lequel le dispositif est incorporé. Tous ces paramètres variables réduisent le nombre de dispositifs fonctionnant par de l'énergie de rayonre- ment utilisables - dans un circuit particulier et augmentent donc le coût de l'élément en nécessitant l'utilisation de dispositifs qui ne présentent - qu'une plage limitée de paramètres. Des circuits optiques de cette nature sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n03 886 351, 3 813 540,3 772 514 et 3 622 801. Tous ces circuits compor- tent des éléments optiques (récepteurs d'énergie de rayonnement) connectés à des amplificateurs. Ces circuits posent les problèmes énon- cés ci-dessus. L'invention a donc pour but de fournir un circuit perfectionné comportant un dispositif qui fonctionne par de l'énergie de rayonnement, ce circuit pouvant fonctionner dans une grande plage de va- leurs de paramètres de ce dispositif. Le circuit fonctionne avec un ni- veau de tension correct et avec un temps de commutation qui est compa- tible avec les circuits dé traitement, les dispositifs à énergie de rayone- nement présentant une grande plage de paramètres. En particulier, le circuit est approprié spécialement pour l'utilisation dans des machines à affranchissement qui sont soumises aux facteurs d'environnement mentionnés ci-dessus. Un dispositif fonctionnant par. de l'énergie de rayon- nement mettant en oeuvre l'invention comporte un récepteur d'énergie de rayonnement destiné à convertir l'énergie reçue en des signaux élec- triques. Un amplificateur de courant est couplé à ce récepteur. Un com- parateur est connecté à l'amplificateur de courant. Le comparateur compare le niveau de tension engendré par l'amplificateur de courant à une tension de référence. Le comparateur fournit une sor- tie qui indique si la tension appliquée au comparateur par l'amplificateur de courant est suffisante par actionner le circuit. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se réfé- rant aux dessins annexés sur lesquels: -la Fig. 1 est un schéma simplifié d'une machine d'affran- chissement électronique dans laquelle sont utilisés plusieurs cir- cuits comportant des dispositifs fonctionnant par de l'énergie de rayon- nement; - -la Fig. 2 montre un circuit comportant un dispositif fonction- nant par de l'énergie de rayonnement et mettant en oeuvre l'invention. Sur la Fig. 1, on voit que la machine d'affranchissement électronique 10 comporte des circuits 12 de comptabilisation qui per- mettent de compter les taxes d'affranchissement apposées par la machi- ne. Les circuits de ccptabilisation 12 sont connectés à un circuit d'impression d'affranchissements 14 par un circuit 16 caîportant un dispositif qui fonctionne par de l'énergie de rayonnement. Le circuit 16 est du type représenté à la Fig. 2 et mettant en oeuvre l'invention. Les circuits d'impression cammendent l'imprimante de la machine d-af- franchissement. Le terme "machine d'affranchissement" est utilisé pour désigner toutes les catégories de dispositifs destinées à imprimer une valeur définie pour le courrier de lettres ou de paquets assurés par les services privés ou officiels, ou d'autres applications impliquant l'impression d'une valeur donnée. Ainsi, le terme en question est uti- lisé de façon générique pour des dispositifs utilisés par des services autres que ceux exclusivement assurés par les PTT. Par exemple le terme englobe les machines d'affranchissement utilisées pour les services privés de distribution de paquets ou de fret. Les circuits de comptabilisation 12 sont reliés à des circuits de commande 18 par des circuits 20 utilisant des dispositifs fonction- nant par de l'énergie de rayonnement. Le circuit 20 est également du type représenté sur la Fig. 2 et il met en oeuvre 1' invention. Le cir- cuit de commande 18 assure l'entrée des données et des autres informa- tions dans la machine. Bien que cela ne soit pas représenté, les cir- cuits de commande 18 et le circuit d'impression 14 peuvent être reliés à d'autres éléments de la machine pour assurer le fonctionnement correct. Un agencement approprié du circuit de commande 18 et du circuit d'impression 14 et leurs interconnexions est décrit dans la demande de brevet FR 80.23 101 déposée le 29 Octobre 1980. Les parties mécaniques de la machine d'affranchis- sement telle que représentée schématiquement sur la Fig.1 sont disposées dans un boîtier séparé 22. Le mécanisme d'impression comprend un indicateur 24 de la position d'une barre d'obturateur, un indicateur 26 de la position Io d'un dispositif principal d'interposition, un indicateur 28 de la position du chariot, un indicateur 30 de la posi- tion d'un support de roue d'impression et un indicateur 32 de sélection de chiffres.Chacun de ces mécanismes com- prend une partie mobile et un indicateur. En d'autres termes, une diode électroluminescente et un phototransis- tor sont placés de telle manière que les éléments mobiles bloquent ou interrompent temporairement l'énergie de rayonnement provenant de la diode électroluminescente et envoyée sur la région de base photosensible du phototran- sistor. Les indicateurs 24, 26, 28, 30 et 32 sont connec- tés respectivement par des circuits 34,-36, 38,40 et 42 comportant un dispositif fonctionnant par de l'énergie de rayonnement aux circuits 12 de comptabilisation de la machine d'affranchissement. Les circuits 34 à 42 sont du type représenté sur la Fig. 2 et mettent en oeuvre l'in- vention. La mécanique d'impression peut être celle décrite dans la demande de brevet FR 80.23 097 déposée le 29 Octobre 1980 au nom de la Demanderesse. Les divers indicateurs 24 à 32 sont utilisés pour fournir de l'information sur la position du mécanisme d'impression de la machine d'affranchissement 10, tandis que les circuits 16 et 20 comportant.des dispositifs fonc- tionnant par de l'énergie de rayonnement sont prévus pour assurer une isolation électrique entre les circuits de comptabilisation 12 et le circuit d'impression 14 et également entre ces circuits de comptablisation et les circuits de commande 18. Ainsi, on peut loger les cir- cuits de comptabilisation 12 dans un boîtier de sécurité à l'abri des intentions frauduleuses et différents des boîtiers dans lesquels sont disposées les autres parties de la machine dans le cas o cela serait jugé souhaita- ble. Le boîtier en question peut être blindé efficacement pour empêcher que de l'énergie électromagnétique y pénè- tre et puisse affecter le fonctionnement des circuits. Sur la Fig. 2 on voit qu'une source 44 de + 5 volts est reliée à l'anode d'une diode électroluminescen- te 36. Celle-ci est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 48. Lorsqu'un courant circule dans la diode 46, celle-ci émet de l'énergie de rayonnement qui frappe la région de base photosensible d'un phototransis- tor 50. Le collecteur de celui-ci est relié à une source 52 de tension de fonctionnement de +5 volts et son émetteur est relié directement par une résistance 54 à l'entrée d'un amplificateur différentiel de courant 56. Un circuit intégré approprié pour la réalisation de cet amplificateur est celui vendu sous la dénomination LM 2900 fabriqué par la Société National Semiconductor Corporation. L'ampli- ficateur différentiel de courant comprend-deux transistors d'entrée 58 et 60 montés en circuit différentiel. La base du transistor 60 est reliée par une résistance 62 à la source de tension 52. Une diode 64 est reliée à la base du transistor 60 pour protéger la jonction base-émetteur contre des surtensions. Le signal différentiel inversé engendré sur le collecteur du transistor 58 est appliqué à deux transis- tors damplification 66 et 68 montés en montage push-pull symétrique. Les bases des transistors 66 et 68 sont reliées en commun au collecteur du transistor 58 et à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 70. Celui-ci constitue une dérivation à haute fréquence des signaux 8, transitoires risquant d'endommager les transistors amplifi- cateurs 66 et 68. Le collecteur du transistor 66 et l'émetteur du transistor 68 sont connectés à une source de courant 72. La sortie constituée par l'émetteur du transistor 66 est appliquée à un transistor 74 de sortie monté en étage à émetteur commun. Le transistor 74 fonctionne sur la tension de + volts fournie par la source 52. Les transistors 66 et 68 sont reliés à la source de tension 52 par l'intermé- IO diaire d'une source de courant 76. Une résistance de réaction 78 est reliée entre la borne de sortie 81 de l'amplificateur différentiel de courant et l'entrée 55 de ce même amplificateur. La résistance de réaction détermine le gain en courant de l'amplificateur différen- I5 tiel pour le fixer à 47 000 environ. La sortie de l'am- plificateur 56 est formée par une tension qui est engen- drée à la borne 80. Cette tension augmente linéairement avec le courant circulant dans la borne 55 jusqu'à la saturation qui est atteinte à 4,5 volts, environ. La sortie de l'amplificateur différentiel 56 est coupléepar une résistance 82 à l'entrée 94 d'un compara- teur rapide de tension 86. Un tel comparateur peut être formé par le circuit,vendu sous la dénomination LM 2901 fabriqué par la Soceété National SemiconductorCorporation. Ce comparateur 58 fonctionne à l'aide de la tension de + 5 volts provenant de la source 52, Le signal engendré sur la borne d'entrée 84 du comparateur est appliqué à l'entrée de deux transistors 88 et 90 connectés en monta- ge de Darlington. Un potentiel de référence de + 2,4 volts provenant d'une source 92 est appliqué à deux autres transistors amplificateurs 94 et 96 montés également en mqntage de Darlington. Les collecteurs des transistors 90 et 96 sont reliés à un transistor d'attaque 98 associé à un transistor 100 qui est connecté à ce dernier pour fonctionner en tant que diode de protection. La sortie engendrée sur le collecteur du transistor 98 est appli- quée à la base d'un transistor 102 qui est connecté en cascade avec unautre transistor 104. Plusieurs sources de courant 106, 108, 110 et 112 sont connectées à la source de tension 52 afin de fournir du courant à chacun des étages de transistors. Des diodes 114 et 116 sont prévues pour protéger les sources de courant 106 et 110. Des diodes de verrouillage 118 et 120 sont reliées res- pectivement entre les bases et les émetteurs des transis- IO tors 94 et 88. Ces diodes protègent les jonctions base- émetteur de ces transistors contre les surtensions qui risqueraient de les endommager. La sortie 122 du comparateur-rapide est--reliée par une résistance 124 à la sourcede tension 52. Cette I5 borne 122 est également reliée à la masse par l'inter- médiaire du parcours collecteur-émetteur du transistor 104. Ainsi, lorsque ce dernier est rendu conducteur, la borne 122 est au niveau de la masse (majoré de la chute de tension collecteur-émetteur du transitor 104) . Lorsque ce dernier est rendu non conducteur, la borne 122 du comparateur rapide est à peu près à + 5 volts. La tension de la source 52 et la résistance 124 sont choisies de manière à être compatibles avec les niveaux d'attaque d'entrée/sortie des circuits TTL et des micropossesseurs utilisés. Une résistance de réaction 126 est connectée en- tre Ka-borne de sortie 122 et la borne d'entrée 84 du comparateur rapide. La résistance 126 fournit une fonction d'hystérésis pour le comparateur rapide. Par conséquent, dans l'état de repos et lorsqu'aucun courant ne circule à travers le phototransistor 50 et le transistor 74 étant non conducteur, du courant circule de la source de tension 52 à travers la résistance 124, la résistance 126, la résistance 182 et la diode 72 vers la masse. Il en résulte la production d'une tension d'environ 1,2 volt sur la borne 84 qui doit être dépasséepourque le comparateur 86 soit activé. Ce n'est que lorsqu'une tension est engendrée sur la borne 84 -(après avoir été dansl'étatderepos) dépas- sant la somme du niveau de tension de repos de 1,2 volt développé sur la borne 56 et de la tension de référence de 2,4 volts, que le transistor 104 est polarisé de la non conduction vers l'état de conduction. Lorsque cela se produit, la borne 122 est connectée à la masse par l'in- termédiaire du transistor 104. Il en résulte une interrup- tion du courant circulant à partirde la source de courant IO 52 à travers les résistance 124 et 126. Un niveau de ten- sion plus bas est donc nécessaire à la borne 84 pour conserver la conduction du transistor 104; en d'autres termes, un niveau de tension d'entrée inférieur est néces- saire pour maintenir la sortie de la borne 122 à un niveau I5 bas. Ce niveau de tension réduit est de 2,4 volts, c'est- à-dire le niveau de la tension de référence. L'hystérésis empêche les fluctuations des tensions à la borne de sor- tie 80 de l'amplificateur différentiel de courant et ain- si des oscillations dans le comparateur rapide de ten-. sion. Les considérations concernant le choix des niveaux de réaction appropriés sont importantes. En effet, le gain en courant de l'amplificateur différentiel 56 doit être suffisamment grand pour éliminer les effets des variatons provoquées par le phototransistor et suffisam- ment faible pour permettre au comparateur rapide 86 de fonctionner dans. la plage nécessaire pour l'hystérésis quipour les composants représentés estde 3,6 à 2,4 volts. De plus, la résistance de réaction du coimparateur rapide 86 doit être suffisamment grande pour créer les niveaux d'hystérésis nécessaires tout en restant en- dessous du niveau de tension de saturation de l'amplifi- cateur différentiel de courant 56. REVENDICATIONS 1. Machine d'affranchissement postal, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif d'impression (22) destiné à imprimer des taxes postales, un dispositif de comptabilisation (12) destiné à emmagasiner de l'information de comptabilisation, un dispositif de transmission d'énergie (34 à 42) relié entre le dispositif d'impression (22) et le dispositif de comptabilisation (12) et comprenant un récep- teur d'énergie (50) destiné à convertir cette énergie en des signaux électriques, un amplificateur de courant (56) relié au récepteur (50) et un comparateur de tension (86) relié à la sortie de l'amplificateur (56) et destiné à produire des signaux de sortie pour le dispositif de- comptabilisation (12). 2. Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'impression (22) comprend au moins un élément mobile (24 à 32) et en ce que ledit récepteur d'énergie (50) est un récepteur d'énergie de rayonnement et en ce qu'il est prévu en outre un émetteur (46) d'énergie de rayonnement placé de manière que l'éner- - gie qu'il émet frappe le récepteur (50) lorsque l'élément mobile est dans une première position, cette énergie étant bloquée et ne pouvant de ce fait frapper le récepteur lorsque l'élément mobile se trouve dans une seconde position. 3. Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le ou les éléments mobiles est/sont un indicateur (24) de position de barre d'obturateur, un indicateur (26) de position de dispositif d'in- terposition principal, un indicateur (18) de position de chariot, un indi- 2 5 cateur (30) de position de support de roue d'impression et/ou un indica- teur (32) de sélection de chiffres. 4. Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de comptabilisation (12) com- prend des circuits de traitement de données présentant une plage pré- déterminée de temps de commutation et de niveaux de tension pour pou- voir fonctionner correctement et en ce que le signal de sortie du compa- rateur de tension (86) est situé dans ladite plage prédéterminée de temps de commutation et de niveaux de tension.