Brevet FR2600476A1 — publié le 19871224

DISPOSITIF DE CONNEXION ENTRE UN RESEAU DE DONNEES ET UNE PLURALITE DE GROUPES DE TERMINAUX La présente invention concerne la connexion de réseaux de terminaux individuels à un ordinateur central ou plus généralement un réseau de transmission de données. Dans la présente description, on entend par terminal un terminal à écran et clavier, une imprimante, un modem, etc. Dans les installations actuelles, il est généralement prévu un appareil électronique comprenant d'une part divers multiplexeurs pour assurer des liaison-s vers le réseau de données, d'autre part toute une série de circuits amplificateurs émetteursrécepteurs pour assurer les liaisons vers les terminaux. Typiquement, un tel appareil comprend six cartes de circuits imprimés de grande dimension (de l'ordre de 15x35 cm) chacune de ces cartes comprenant huit connecteurs à quatre ou cinq fils dont chacun assure une liaison d'émission-réception vers un terminal. La figure 1 représente très schématiquement une partie d'une telle carte de distribution dans laquelle on s'interessera essentiellement au côté des connecteurs pour expliquer plus en détail le problème qui se pose. En figure 1, on peut voir, sur une carte de circuit imprimé 1, une succession de connecteurs C1, C2, Cn > permettant d'effectuer des liaisons vers des terminaux. Chaque connecteur comprend cinq bornes, deux bornes pour une ligne bifilaire Ll-o de réception de données d'un terminal et une ligne bifilaire L1-o d'émission de données vers un terminal. La cinquième borne est éventuellement utilisée comme borne de masse. Le connecteur Cn est relié à des lignes bifilaires Ln-i et Ln-o. Chaque connecteur est associé à un dispositif d'amplification et d'adaptation d'entréesortie (driver) DR1, DR2, ... DRn. Chaque circuit adaptateur DR comprend schématiquement un amplificateur d'entrée et un amplificateur de sortie, Al-i, Al-o pour l'adaptateur D1 et An-i, An-o pour l'adaptateur DRn.De façon générale, il est également prévu entre le connecteur et les adaptateurs des circuits P de protection contre des surtensions ou des surintensités. Les adaptateurs DR sont réalisés sous forme de circuits intégrés actifs qui nécessitent une alimentation. Cette alimentation commune à tous les adaptateurs est fournie par une alimentation générale de la carte de circuits imprimés, entre une tension VCC et la masse (désignée par un triangle pointe en bas et la lettre G). Actuellement, pour assurer une interchangeabilité entre les divers terminaux, une norme a été adaptée quant au protocole de communication entre la carte de distribution et les terminaux, cette norme étant désignée par le sigle EIA Standard RS422 selon laquelle, en particulier, les signaux sont transmis sur les lignes bifilaires sous forme de tensions [+5V,OV] et OV,+5Vj, alternativement. Cette nome est satisfaisante du fait qu'elle permet une vitesse de transmission élevée sur de longues distances de liaison bifilaire. Néanmoins, elle prévoit que les différences de tension maximales entre les extrémités d'une ligne bifilaire de communication ne peuvent excéder 7 volts.Si, pour diverses raisons, telles que mauvais branchement, coup de foudre, voisinage d'appareils industriels entrainant par induction l'apparition de surtensions sur les lignes bifilaires, il se crée une surtension continue en alternative de plus de 7 volts entre un connecteur et un autre, les divers circuits ne peuvent supporter cette surtension et des dispositifs de protection font que les données transmises sur les lignes sont perdues. Si la surtension excède une dizaine de volts, les circuits risquent même d'être endommagés. La présente invention vise à conserver toutes les caractéristiques normales d'une carte de distribution pour qu'elle fonctionne selon la norme EIA RS422, ctest- -dire qu'elle reste connectable à n'importe quel terminal compatible avec cette norme mais qu'elle puisse en outre supporter des surtensions (habituel lement= génératrices de boucle de masse) très importantes pouvant par exemple être de l'ordre de plusieurs centaines de volts. Ce problème n'a jamais été traité dans l'art antérieur. En effet, d'une part la norme RS422 n'est pas compatible, en ce qui concerne les intensités de courant fournies, avec l'utilisa tion directe d'optocoupleurs qui nécessitent des intensités relativement importantes pour pouvoir fonctionner. D'autre part, étant donné la complexité d'un circuit de distribution qui, comme on l'a énoncé, peut comprendre jusqu'a six cartes de grande dimension et jusqu'a huit connecteurs par carte, ctest-à-dire un ensemble de quarante-huit connecteurs, on a toujours considéré que le fait de prévoir un circuit d'isolement au niveau de chaque connecteur entralnerait une installation beaucoup trop encombrante et coûteuse. C'est un aspect fondamental de la présente invention que de s'entre initialement élevé contre ce préjugé et d'avoir cherché à traiter ce problème par une solution simple et économique. Pour résoudre ce problème, la présente invention prévoit un dispositif de connexion entre un réseau de données et une pluralité de groupes de terminaux, la connexion entre le dispositif et chaque terminal se faisant par une ligne d'émission bifilaire associée à un amplificateur d'émission et une ligne de réception bifilaire associée à un amplificateur de réception, dans lequel du côté opposé à la connexion avec les terminaux, chaque amplificateur A est relié aux circuits de transmission de données par l'intermédiaire d'un optocoupleur, et dans lequel chaque adaptateur groupant un amplificateur d'émission et un amplificateur de réception est alimenté par une source d'alimentation isolée par rapport à la masse et à la source d'alimentation générale du dispositif. Ainsi, grâce à la présente invention, on obtient une carte de distribution de dimension très peu supérieure à une carte de distribution classique mais pouvant supporter des surtensions de ligne importantes. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles La figure 1 décrite précédemment représente une partie d'une carte de distribution pour exposer le problème posé La figure 2 représente, pour un adaptateur particulier, le concept général d'isolement utilisé selon la présente invention pour une liaison dtune carte de distribution La figure 3 représente un circuit d'alimentation isolé selon la présente invention La figure 4 représente un mode de réalisation détaillé du circuit de la figure 2 La figure 5 représente un mode de réalisation détaillé du circuit de la figure 3. La figure 2 illustre pour une- liaison vers un terminal le concept général mis en oeuvre selon la présente invention. On retrouve dans cette figure le connecteur C1, les circuits de protection P, et le circuit adaptateur DR1 comprenant les amplificateurs Al-i et Al-o de la figure 1. La différence fondamentale avec la figure 1 est que le circuit adaptateur DR1, au lieu d'etre alimenté par l'alimentation générale du circuit, est alimenté par une source d'alimentation indépendante entre une borne VCC1 et une borne de masse G1, ces bornes étant flottantes par rapport aux bornes VCC et G de l'alimentation générale. De même, les bornes VCCn et Gn de l'adaptateur DRn seront flottantes aussi bien par rapport aux bornes VCC et G de l'alimentation générale qu'a l'égard des bornes VCC1 et G1 d'un adaptateur DR1 particulier. A la sortie de l'amplificateur Al-i ou à l'entrée de l'amplificateur Al-o, les courants et les tensions sont classiquement suffisants pour alimenter des optocoupleurs OC1-i et OC1-o. Les données correspondant aux lignes Ll-i et L1-o sont présentes sur les bornes Tli et T1-o des optocoupleurs OCl-i et OC1-o de façon complètement isolée par rapport à la tension existant sur les lignes. Il est donc possible pour ces lignes de présenter une surtension importante par rapport à la masse du dispositif contenant la carte de distribution sans que cela nuise à la transmission des signaux et sans que cela ait d'incidence, par l'intermédiaire de l'alimentation sur les autres circuits de la carte de distribution.Les dispositifs de protection P pourront donc servir à effectuer une protection seulement contre des surtensions extrêmement importantes, par exemple de l'ordre de quelques centaines de volts au lieu de tensions de l'ordre de la dizaine de volts comme cela était classique. La figure 3 représente un circuit d'alimentation permettant de fournir de façon simple et économique des alimentations électriques isolées et flottantes à chacun des adaptateurs DR1 ... DRn. On notera tout particulièrement dans la conception du circuit de la figure 3 que les parties spécifiques aux alimentations distinctes sont réduites au minimum et que le plus grand nombre de composants a été groupé dans la partie commune à toutes ces alimentations. Le circuit de la figure 3 est connecté à des bornes de l'alimentation générale de la carte de distribution, par exemple des bornes d'alimentation +12 volts et -12 volts et une borne de masse G. Les bornes +12 volts et -12 volts sont connectées par l'intermédiaire des liaisons drain-source de deux transistors MOS de puissance en série 10 et 11. Les grilles de ces transistors sont connectées à un circuit intégré d'alimentation à découpage 12 commercialement disponible par exemple auprès des sociétés dites National Semiconductor ou S.G.S sous la référence 3524. Ainsi, les transistors 10 et 11 sont alternativement conducteurs au rythme défini par l'alimentation à découpage 12.On obtient donc sur la borne intermédiaire 13 entre les deux transistors 10 et 11 une tension en créneaux constituée d'une succession de créneaux positifs de +12 volts et de créneaux négatifs de -12 volts alimentant les primaires de transformateurs T. Les secondaires des transformateurs T comprennent chacun un circuit de redressement constitué d'une diode 14 et d'un condensateur 15. Et l'on obtient aux sorties de ces circuits de redressement les tensions d'alimentation isolées VCC1-G1 ... VCCn-Gn. On notera que, selon la présente invention, contrairement à ce qui est habituellement pratiqué dans les convertisseurs continu-continu classiques, il n'est pas prévu de régulation de la tension aux secondaires des transformateurs. Ceci permet de simplifier considérablement les circuits connectés aux secondaires. Pour pouvoir néanmoins supporter les différences de charges importantes susceptibles d'exister au niveau des secon daires (charges sur les lignes bifilaires connectées aux divers terminaux), plutôt que d'utiliser une telle régulation, la présente invention prévoit d'utiliser tous les moyens utiles pour minimiser l'impédance vue du secondaire de chaque alimentation isolée.Dans ce but, on choisit des transformateurs T à résistance interne minimale, les diodes 14 sont des diodes Schottky, et les transistors de puissance 10 et 11 sont des transistors MOS de puissance largement surdimensionnés par rapport au courant maximal qu'ils sont susceptibles de devoir laisser passer de façon à avoir une résistance R on à l'état passant très faible. Les transformateurs sont des transformateurs à noyau de ferrite miniaturisés pour pouvoir être facilement montés sur des cartes de circuits imprimés utilisées classiquement comme cartes de distribution. Ils utilisent un fil conducteur d'un diamètre de 0,3 mm, un nombre de spires primaires de 36,5, un nombre de spires secondaires de 16 et la tenue diélectrique entre enroulements est de l'ordre de 500 volts.De tels transformateurs existent de façon standard : pot carré normalisé RM6 (base 15 x 15 mm, hauteur 12,5 mm). En outre, étant donné la non-régulation des tensions aux secondaires des transformateurs, on choisit comme circuits adaptateurs DRl...DRn, des circuits pouvant fonctionner dans une certaine plage de tensions d'alimentation, par exemple des circuits DS 8921, disponibles auprès de la société dite National Semiconductors, qui fonctionnent pour une tension d'alimentation comprise comprise entre 4,5 et 5,5 V. La figure 4 représente de façon plus détaillée une réalisation pratique du circuit de la figure 2. En plus des éléments déjà déerits en figure 2 et désignés par les mêmes références, les circuits de protection P sont tout particulibre- ment détaillés. La figure 5 représente de façon plus détaillée la partie commune des alimentations isolées avec les mêmes références. On a représenté toutes les bornes du circuit 12 de type 3524 et leurs connexions. On notera à l'entrée de grille du transistor 11 la connexion d'un circuit 20 destiné à réduire le temps de déstockage de ce transistor ; à l'entrée de grille du transitor 10, apparaît un circuit 21 destiné à adapter la tension de commande produite par le circuit 12 à la tension nécessaire pour commander le tran- sistor 10 ; et, un circuit d'élévation de tension 22 (couramment appelé dans la technique boot-strap) est connecté à la source du transistor 10. REVENDICATIONS 1. Dispositif de connexion entre un réseau de données et une pluralité de groupes de terminaux, la connexion entre le dispositif et chaque terminal se faisant par une ligne d'émission bifilaire (L1-o) associée à un amplificateur d'émission et une ligne réception bifilaire (L1-i) associée à un amplificateur de réception, caractérisé en ce que du côté opposé à la connexion avec les terminaux chaque amplificateur (A) est relié aux circuits de transmission de données par l'intermédiaire d'un optocoupleur (OC), et chaque adaptateur (DR) groupant un amplificateur d'émission et un amplificateur de réception est alimenté par une source d'alimentation (VCCi, Gi) isolée par rapport à la masse (G) et à la source d'alimentation générale (VCC) du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sources d'alimentation isolées sont constituées par les tensions de sorties redressées des secondaires de transformateurs (T) dont les primaires sont connectées à la source d'alimentation du dispositif par un hacheur (10-11). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le hacheur comprend comme commutateurs principaux deux transistors MOS de puissance (10-11) surdimensionnés par rapport au courant nominal prévu, les grilles de ces deux transistors étant commandées par un circuit d'alimentation à découpage non régulé (12). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension de sortie des secondaires des transformateurs est redressée par la combinaison d'une diode Schottky (14) et d'un condensateur (15). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque transformateur (T) est un transformateur miniaturisé à noyau de ferrite à un primaire et deux secondaires. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque adaptateur (DR) est constitué d'un circuit intégré pouvant supporter une variation de tension d'alimentation au moins égale à + ou - 10 %.