Brevet FR2566553A1 — publié le 19851227

CALCULATEUR A CENTRE NUMERIQUE ISOLE La présente invention concerne les calculateurs à centre numérique isolés. Le centre numérique d'un calculateur est l'objet de nombreuses perturbations provenant du milieu environnant (capteurs, actionneurs). On entend par centre numérique d'un calculateur également appelé unité de traitement, l'unité centrale réalisée par exemple par un ou plusieurs microprocesseurs qui est reliée à un ensemble de mémoires programmables et à un ensemble de circuits d'interface Les circuits d'interfaces permettent de transmettre des signaux du centre numérique vers des circuits environnants ou de transmettre des signaux provenant de ces circuits environnants au centre nume- rique. Généralement, plusieurs modules d'alimentations provenant d'une alimentation commune sont prévus pour alimenter les différents circuits et ces circuits sont tous reliés à une masse commune. Or, très souvent des perturbations électriques sont transmises par les circuits de masse. Plusieurs types de perturBations peuvent détériorer ou perturber le centre numérique des calculateurs selon leur environnement. En effet, le calculateur peut être perturbé par un environnement d'ondes électromasnétiques lorsqu'il se situe à proximité d'un émetteur-récepteur d'ondes. Il peut également être perturbé par un environnement de commutateurs de puissance provoquant des transitoires de tension lorsqu'il se trouve à proximité d'appareils de puissance. Il peut également être détérioré par des surtensions extrêmement brèves dues à des conditions atmosphériques ou à des explosions nucléaires. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose un calculateur à centre numérique isolé par rapport aux paramètres d'entréesisorties, logiques etiou analogiques subissant un environnement hostile. Le calculateur est alimenté par une alimentation flottante, ses modules d'entréesisorties sont alimentés par une autre alimentation flottante, et les couplages entre le calculateur et les modules sont réalisés par des optocoupleurs. L'invention a donc pour but un calculateur comprenant un centre numérique connecté à des liaisons analogiques etlou logiques, principalement caractérisé en ce que lesdites liaisons comportent des optocoupleurs. L'invention a également pour but un calculateur comprenant un module d'alimentation et des modules d'entréesisorties logiques etiou analogiques, caractérisé en ce que le module d'alimentation comprend une première alimentation (+V1, -V1) pour alimenter en flottant des modules d'entréesisorties logiques et/ou analogiques et une deuxième alimentation (+Vos D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront clairement à la lecture de la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures du dessin annexé sur lequel:: - la figure l représente un schéma général d'un calculateur selon l'invention; - la figure 2 représente un schéma de réalisation de l'isolation du calculateur par rapport aux modules 20, 40 et 60 selon la figure i ; - la figure 3 représente un schéma de réalisation de l'isolation du calculateur par rapport aux modules 80 et 100; - la figure 4 représente de manière détaillée, les connexions du module d'optocoupleurs 30 entre le décodeur 21 et l'interface 12 selon la figure 2 ; - la figure 5 représente de manière détaillée, les connexions du module d'optocoupleurs 50 entre le convertisseur 43 et l'interface 13. La figure 1 représente le schéma général de l'invention dans lequel le centre numérique également appelé unité de traitement (du type microprocesseur) est relié au moyen d'optocoupleurs à des modules d'entréessorties logiques et analogiques. Dans cet exemple de réalisation, un module d'entrées logiques 20 est relié à l'unité de traitement 10 au moyen d'un module d'optocoupleurs 30. Le module d'entrées analogiques 40 est relié à l'unité de traitement au moyen d'un module d'optocoupleurs 50. Le module de sorties logiques 60 est relié à cette unité au moyen d'un module d'optocoupleurs 70.Le module de sorties analogiques 80 est relié à l'unité de traitement au moyen d'un module d'optocoupleurs 90. Un module de transmission bidirectionnelle (full-duplex) 100 est relié à l'unité de traitement par un optocoupleur 110. Une alimentation 200 délivre les tensions désirées pour alimenter les différents modules. Cette alimentation 200 comprend au moins deux alimentations dont l'une permet d'alimenter-les différents modules en flottant à partir d'un potentiel positif V1 et un potentiel négatif -V1 et dont l'autre permet d'alimenter le centre numérique 10 en flottant a partir d'un potentiel positif Vo et d'un potentiel négatif -V0. Bien entendu, les valeurs de ces potentiels peuvent être les mêmes p ils sont référencés différemment pour montrer qu'ils n'ont pas de point commun. En effet, il n'y a pas de masse commune ni de potentiel commun entre les deux. Sur la figure 2, on a représenté une réalisation particulière du module d'entrées logiques 20, analogiques 4Q et du module de sorties logiques 60 et de leur isolation par rapport à l'unité de traitement 10. Cette unité de traitement 10 comprend notamment une unité centrale Il et des circuits d'interfaces 12 à 16. Seuls les circuits d'interface 12 à 14 sont représentés sur cette figure. Le module d'entrées logiques 20 comprend un ensemble de multiplexeurs M, à M@ apte à recevoir par exemple chacun p voies de données logiques. Un décodeur 21 est relié aux entrées d'adresses des multiplexeurs et à la sortie signal de chaque multiplexeur. Il permet de sélectionner une entrée parmi n Le décodeur 21 est relié via le module 30 à l'unité centrale par tintermédiaire d'un circuit d'interface 12. Le module entrées analogiques 40 comprend un ensemble d'amplificateurs différentiels recevant un signal analogique provenant d'une entrée analogique. On a représenté ici qu'un seul amplificateur 41 pour simplifier la description. La sortie de l'amplifi- cateur 41 est appliquée à une entrée d'un multiplexeur 42 recevant également l'ensemble des autres signaux issus des autres amplifi cateurs non représentés. La sortie du multiplexeur 42 est reliée a l'entrée d'un convertisseur analogique-nurnérique. Le convertisseur est relié à un circuit d'interface 13 par l'intermédiaire d'un opto- coupleur 51.Les circuits 41 à 43 sont alimentés par l'alimentation flottante (+V1, -V1) et sont isolés de l'interface 13 qui est alimentée par l'alimentation (+VO' -VO).Les liaisons directes entre l'inter- face 13 et les amplificateurs 41 permettant par exemple d'envoyer des signaux de test, sont également isolées. Pour cela un optocoupleur 52 permet l'isolation par exemple d'un fil de test reliant l'interface l3 à l'amplificateur 41. Le module de sorties logiques 60 est relié au circuit d'inter- face 14 par l'intermédiaire d'un optocoupleur 70. Cet optocoupleur est relié aux entrées d'un ensemble de registres à conversion sérieparallèle 61, 62, dont deux seulement sont représentés. Chaque sortie 'un registre est reliée à un amplificateur de puissance 63. Les registres 6l et 62 et l'amplificateur 63 sont alimentés par l'alimentation flottante (+V1, V1). L'interface 14 est alimentée par l'alimentation flottante (+V1, V1). L'optocoupleur 70 isole le module 60 de l'interface 14. Sur la figure 3s on a représenté une réalisation particulière du module de sorties analogiques 80 et du module de transmission full duplex et de l'isolation de ces modules par rapport à l'unité de traitement 10. Le module de sorties analogiques 80 comprend un convertisseur numérique-analogique B1 relié à l'interface 16 par l'inter me- diaire de l'optocoupleur 90. Les sorties du convertisseur 81 sont appliquées aux entrées d'un amplificateur opérationnel 82 lequel délivre le signal analogique. Les circuits 81 et 82 sont alimentés par l'alimentation flottante (+V1' -viD et isolés de l'alimentation (+V0, -Vn) par loptocoupleur. Le module de transmission fuli-duplex 100 comprend un ensemble d'amplificateurs de puissance dont un seulement est represente et référencé 101. Cet amplificateur 101 permet un échange de signaux asynchrone avec l'unité de traitement. L'amplificateur est alimenté par l'alimentation flottante (+V1, -V1) et est relié à l'interface 16 par l'intermédiaire d'un optocoupleur 111 qui l'isole de l'alimentation (+VO' -VO). Un optocoupleur 112 est également connecté sur une liaison de test prévue par le système d1exploi- tation. La figure 4 représente de manière détaillée les connexions du module d'optocoupleurs 30 entre le décodeur 21 et l'interface 12 assurant l'isolation entre le module 20 et l'unité 10. Les fils d'adressage AD sont chacun isolés par un optocoupleur 31 et 32 (deux seulement sont représentés). Pour cela les entrées diodes de chaque optocoupleur sont reliées à l'interface 12 qui est alimentée en VVOS -Vo Le signal d'adressage est présenté à l'anode et la cathode de chaque diode 33 sous forme d'un signal numérique +V0, Vg .Leémetteur des phototransistors 34 est relié aux entrées d'adresse A1 à Ak du décodeur 21. Le collecteur est relié au potentiel positif de l'alimentation (+V1, -V Le signal issu de l'un des n multiplexeurs est disponible sur un optocoupleur 35. Pour cela, l'anode de la diode 36 est reliée à la sortie D, la cathode est reliée au potentiel négatif de l'alimentation (+V1, -V1). Le signal de sortie est pris sur le collecteur du phototransistor 37 lequel est relié au potentiel positif de l'alimentation Vo a travers une résistance de charge R, l'émetteur étant relié au potentiel négatif de cette alimentation. La figure 5 représente de manière détaillée les connexions du module dioptocoupleurs 50 entre le convertisseur 43 et l'interface 13 assurant l'isolation entre le module 40 et l'unité lAo Le module 50 comprend un ensemble d'optocoupleurs dont un seul est représenté 51 assurant Pisolation entre les différentes sorties du convertisseur et l'interface 13. Pour cela une diode 51 a son anode reliée à l'une des sortie du convertisseur et sa cathode reliée au potentiel négatif de l'alimentation V Un phototransistor 53 a son collecteur relié à l'interface 13 et relié au potentiel positif de l'alimentation Vo à travers une résistance de charge R, tandis que l'émetteur est relié au potentiel négatif de cette alimentation. Le module 50 comprend également un optocoupleur s isolant le fil transmettant le signal de commande émis par l'interface 13 et le convertisseur 43. Une diode 55 reçoit le signal numérique de commande Cd, sa cathode est reliée au potentiel négatif de l'alimentation V0. Un phototransistor 56 transmet ce signal par son collecteur au convertisseur 43. Le collecteur est par ailleurs relié au potentiel positif de l'alimentation V1 à travers une résistance de charge R et son émetteur est relié au potentiel négatif de cette alimentation. Le module 50 comprend également une série d'optocoupleurs isolant les fils de sélection commandant le mutiplexeur 42. Un seul optocoupleur 57 est représenté. En fait, on dispose un optocoupleur sur chaque fil de liaison. Cet optocoupleur est connecté de la même manière que l'optocoupleur 54, car il assure la transmission d'un signal dans le même sens, c'estdatire de l'interface 13 vers le module 40. Pour cela, une diode 58 reçoit le signal de sélection Se issu de l'interface 13, sa cathode étant reliée au potentiel négatif de la tension VO.Un phototransistor 39 transmet le signal par son collecteur au multiplexeur 42. Le collecteur est par ailleurs relié au potentiel positif de l'alimentation Vi - è travers une résistance de charge R et l'émetteur est relié au potentiel négatif de cette alimentation. Les figures 4 et 3 permettent de mettre en évidence les connexions des optocoupleurs selon que le signal se propage de l'unité de traitement vers les différents circuits des modules d'entrées/sorties, ou que ce signal se propage de ces modules vers l'unité de traitement.On n'a pas représenté en détail toutes les liaisons entre les circuits d'interface et les différents modules, il est bien évident qu'au niveau de l'isolation électrique elles sont toutes du me me type que celle qui sont représentées sur les figures b et 3.' En conclusion, le centre numérique du calculateur quel que soit son type est Isolé électriquement et par conséquent protégé contre tous parasites ou surtensions provenant de son environnement. Pour cela, le centre numérique (ou unité de traitement est alimenté en flottant, les modules d'entrées/sorties sont également alimentés en flottant. Toutes les liaisons entre le centre numérique et les modules d'entrées1sorties sont réalisées par optocouplage. Il ne peut donc pas y avoir de courant de circulation par la masse et en cas de surtensions les circuits ont leurs potentiels d'alimentation qui fluctuent dune mime valeur et de manière synchrone. REVENDICATIONS 1. Calculateur comprenant un centre numérique (10) connecté à des liaisons analogiques et/ou logiques, caractérisé par le fait que lesdites liaisons comportant des optocoupleurs. 2. Calculateur selon la revendication B comprenant un module d'alimentation (200), caractérisé en ce que ce module (200) comprend une première alimentation (+V1, -V1) pour alimenter en flottant des modules d'entrées/sorties logiques (20, 60, 100) etlou analogiques (40, 80) reliées au centre numérique (10), et une deuxième alimentation (+VO, - 9 pour alimenter en flottant le centre numérique (10), ces deux alimentations n'ayant pas de potentiel commun. 3. Calculateur selon la revendication B ou 2, dans lequel le centre numérique de traitement (10) comprend une interface d'adaptation (12) reliée a un module d'entrées logiques (20) comprenant un ensemble de multiplexeurs (M1 - Mn) recevant des signaux sur leurs voies d'entrées, un décodeur (21) permettant d'adresser l'un de ces multiplexeurs pour transmettre le signal sélectionné a l'interface d'adaptation (12) , caractérisé en ce qu'un optocoupleur est connecté entre chaque sortie du décodeur (21) en liaison avec l'interface (12) et en ce que les circuits constituant le module (20) sont alimentés en flottant par la première alimentation (+V., -V,) et le circuit d'interface (12) est alimentée en flottant par la deuxième alimentation (+VO - VO). 4. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, dans lequel le centre numérique (10) comprend une interface d'adaptation (13) reliée à un module d'entrée analogiques (40) comprend des amplificateurs (41) dont la sortie est reliée aux entrées d'un multiplexeur (42) la sortie de ce multiplexeur est reliée à un convertisseur analogique-numérique (43) ; caractérise en ce que toutes les liaisons entre le convertisseur (43) et l'interface (13) sont réalisées par des optocoupleurs (51) et en ce que toutes les liaisons entre le multiplexeur (42) et le circuit d'interface (13) sont réalisées par des optocoupleurs (53) et en ce que les circuits du module (40) sont alimentés en flottant par la première alimentation, le circuit d'interface (13) étant alimenté par la deuxième alirnen- talion 5.Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à X, dans lequel le centre numérique (10) comporte une interface d'adaptation (14) reliée à un module de sortie logique (60) comprenant des amplificateurs (63) reliés è des registres à conversion série- parallèle (61, 62), caractérisé en ce que toutes les liaisons entre les registres (61, 62) et l'interface (14) sont réalisées par un opto coupleur (70) et en ce que les circuits du module (60) sont alimentés en flottant par la première alimentation et le circuit d'interface (14) est alimenté en flottant par la deuxième alimentation. 6. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le centre numérique (10) comprend une interface adaptatrice (15) et un module de sorties analogiques (80) comprenant un convertisseur numerique analogique (81) relié à un amplificateur (82);; caractérisé en ce que toutes les liaisons entre le circuit d'interface (15) et le convertisseur (81) sont réalisées à l'aide å'opto- coupleurs (90) et en ce que les circuits du module (80) sont alimentés en flottant par la première alimentation et le circuit d'interface (I 5) est alimentée en flottant par la deuxième alimentation. 7. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le centre numérique 12 comprend une interface adaptatrice (15) reliée à un module de transmission bidirectionnelle (100) comprenant des amplificateurs de ligne (101); caractérisé en ce que toutes les liaisons entre l'interface (16) et les amplificateurs (101) sont réalisées par des optocoupleurs (111, 1123 et en ce que les amplificateurs sont alimentés en flottant par la première alirneno tation et le circuit d'interface (16) est alimenté en flottant par la deuxième alimentation. 8. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7s émettant des signaux vers les modules de sorties et recevant des signaux des modules d'entrées; et pour lequel chaque optocoupleur comporte une diode et un transistor;; caractérisé en ce que les diodes (33, 55, 58), reçoivent les signaux émis par le centre numérique (I 0) à l'anode et ont leur cathode reliée au potentiel négatif de la deuxième alimentation, et en ce que les transistors (34, 56, 59) ont leur collecteur relié au potentiel positif de la première alimentation à travers une résistance de charge (R), et leur émetteur relié au potentiel négatif de cette alimentation. 9. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, recevant des signaux provenant des modules d'entrées et pour lequel chaque optocoupleur comporte une diode et un transistor; caractérisé en ce que les diodes (36, 529 reçoivent les signaux provenant des modules d'entrées à l'anode et ont leur cathode reliée au potentiel négatif de la première alimentation et en ce que les transistors (37, 53) ont leur collecteur relié à travers une résistance de charge (R) au potentiel positif de la deuxième alimentation et leur émetteur relié au potentiel négatif de cette alimentation.