Brevet FR2615669A1 — publié le 19881125

DISPOSITIF DE LIMITATION DES PERTURBATIONS ELECTRIQUES A L'ENFICHAGE ET AU DEFICHAGE D'UNE CARTE ELECTRONIQUE L'invention concerne l'interconnexion entre une carte de circuit imprimé équipée de composants électroniques et un connecteur solidaire mécaniquement d'un bâti, ou d'un fond de panier, l'interconnexion étant réalisée par enfichage de la carte de circuit imprime. Une carte de circuit imprimé comporte à une extrémité des plots de raccordement qui constituent des extrémités de liaisons en circuit imprimés reliant ces plots aux composants électroniques de la carte. Ces plots sont destinés à l'alimentation de la carte et à la transmission de signaux ; ils peuvent soit coopérer directement avec des contacts du connecteur de fond de panier lors de ltenfichage, soit être reliés à des contacts d'un connecteur fixé en extrémité de la carte, ce connecteur étant alors enfiché dans le connecteur fixé sur le bâti. Lors de l'enfichage de la carte il est nécessaire d'établir d'abord les contacts de masse d'alimentation puis les contacts de signaux. On connait par le brevet français 2493051, Connecteur d'énergie pour cartes, délivré le 14 novembre 1983, un premier connecteur d'énergie fixé à une extrémité d'une carte et un deuxième connecteur d'énergie fixé par exemple sur un fond de panier, avec un ou plusieurs connecteurs de signaux fixés à l'extrémité de la carte, et un ou plusieurs connecteurs de signaux fixés sur le fond de panier. Les connecteurs d'énergie et de signaux de la carte sont équipés de contacts du type fourche par exemple, les connecteurs d'énergie et de signaux du fond de panier étant équipés de broches.Les contacts du premier connecteur d'énergie ont tous même longueur, et les broches du deuxième connecteur d'énergie sont décalées de manière à établir la connexion de masse avant les connexions d'alimentations. Si par exemple la carte doit être alimentée par des tensions +5V et -5V, le deuxième connecteur d'énergie a une broche de masse et deux broches d'alimentatisn, l'une reliée à la tension +5V et l'autre reliée à la tension -5V, la broche de masse étant plus longue que les broches d'alimentation. Les contacts des connecteurs de signaux de la carte et les broches des connecteurs de signaux du fond de panier ont des longueurs telles que les connexions de signaux sont établies après les connexions d'alimentation.Au défichage, les connexions sont rompues dans l'ordre inverse, c'est-à-dire d'abord les connexions de signaux, puis celles d'alimentations, et enfin celle de masse. Dans les installations les tensions d'alimentation sont fournies par des sources d'alimentations qui sont communes à plusieurs cartes, et l'alimentation des cartes se fait à l'aide d'une distribution d'énergie constituée de liaisons reliant chaque polarité des sources d'alimentations aux cartes, et d'une liaison de masse reliant les masses des sources d'alimentations aux cartes. Bien entendu l'une des polarités, positive ou négative, peut être elle-même reliée à la masse, ceci étant fonction des tensions nécessaires pour alimenter les cartes. Lors des régimes transitoires à l'enfichage comme au défichage, chaque carte se comporte comme un condensateur de capacité Cd en parallèle sur une résistance Rc, Cd étant la capacité de découplage équivalente à l'ensemble des capacités des condensateurs de découplage équipant la carte, Rc étant la résistance équivalente à l'ensemble des circuits électroniques équipant la carte, cette résistance étant donnée par le rapport V/Is de la tension d'alimentation V au courant Is de consommation statique de la carte. Les sources d'alimentations sont plus ou moins éloignées des cartes, de sorte que chaque liaison de la distribution d'énergie comporte une inductance linéique fonction de sa longueur et de son couplage avec d'autres liaisons.La présence de cette inductance dans chaque liaison fait qu'en cas de variation rapide de courant, c'est-à-dire un di/dt important, le temps de réponse de la distribution d'énergie est trop long, de sorte que ce sont les cartes adjacentes à la carte perturbatrice qui supportent le régime transitoire. L'enfichage d'une carte entrain un échange rapide de charges électriques entre le condensateur de découplage de la carte (ou les condensateurs de découplage si la carte en comporte plusieurs) et les condensateurs de découplage des cartes déjà enfichées. Les condensateurs qui échangeront le plus de charges électriques seront ceux pour lesquels les liaisons offriront les chemins de moindre impédance, donc les condensateurs des cartes immédiatement adjacentes à a carte perturbatrice.Deux sortes de perturbations auront lieu : l'une est une diminution transitoire de la tension d'alimentation V des cartes déjà enfichées, fonction de leur proximité avec la carte perturbatrice l'autre réside dans le fait que la liaison de masse alimentation ne peut plus être considérée comme équipotentielle, les différences de potentiel correspondantes étant données par des sommes algébriques de composantes de la forme ldi/dt, la vitesse de variation maximum de courant di/dt max étant di y (7) dt (1) - max - Lq V étant la tension d'alimentation et Lq l'inductance équivalente à la somme des inductances réparties dans la liaison d'alimentation reliée à la source d'alimentation et dans la liaison de masse d'alimentation. Bien entendu ces deux sortes de perturbations existent pour chaque source d'alimentation si les cartes sont alimentées par plusieurs sources d'alimentation. La présence des inductances réparties conduit à accumuler une 1 2 énergie 2 Lq 10, Lq étant comme ci-dessus l'inductance équivalente aux inductances réparties, et Io étant le courant statique établi dans la carte à déficher, ce courant parcourant l'inductance équivalente ainsi, au défichage, lors de la rupture des connexions entre un contact et une broche d'alimentation des deux connecteurs d'énergie, l'énergie inductive se trouve dissipée dans un arc dont la tension est instable par nature et peu atteindre des valeurs très supérieures à la tension d'alimentation. La vitesse de décroissance du courant s'exprime par di ~ Va dt = Lq (2) Va étant la tension d'arc. Les perturbations seront essentiellement des bruits de masse, de la forme ldi/dt, qui seront donc fonction de la tension d'arc maximum, celle-ci étant en partie liée à la vitesse de défichage de la carte. L'invention a pour but de limiter les perturbations lors de l'enfichage d'une carte. L'invention a également pour but de limiter les perturbations au défichage d'une carte. L'invention a pour objet un dispositif de limitation des perturba tions électriques à l'enfichage et au défichage d'une carte électronique équipée de composants électroniques et comportant à une extrémité des premiers moyens de connexion qui coopèrent avec des deuxièmes moyens de connexion fixés sur un fond de panier, les deuxièmes moyens de connexion ayant des contacts de signaux, un contact d'énergie par source d'alimentation, relié à une polarité d'une source d'alimentation, et un contact de masse relié à une autre polarité de chacune desdites sources d'alimentation, les premiers moyens de connexion ayant des contacts de signaux, un contact de masse relié à une masse de la carte et autant de contacts d'énergie que les deuxièmes moyens de connexion, chaque contact d'énergie des premiers moyens de connexion étant relié d'une part à la masse par un condensateur de découplage et d'autre part aux composants électroniques, des contacts électriques entre les contacts des premiers et deuxièmes moyens de connexion étant établis à l'enfichage dans l'ordre suivant : contact électrique de masse, contacts électriques d'alimentations, contacts électriques de signaux, et étant rompus au défichage dans l'ordre inverse, caractérisé par le fait que chaque contact d'énergie des premiers moyens de connexion est relié par une inductance à un condensateur de découplage et aux composants électroniques, ladite inductance étant implantée sur la carte et ayant une valeur grande par rapport à une inductance équivalente aux inductances réparties de liaisons reliant les deuxièmes moyens de connexion à une source d'alimentation. L'invention a également pour objet un dispositif de limitation caractérisé par le fait que dans les deuxièmes moyens de connexion un contact supplémentaire d'énergie est associé à chaque contact d'énergie auquel il est relié électriquement, que dans les premiers moyens de connexion un contact supplémentaire d'énergie est associé à chaque contact d'énergie auquel il est relié par un écrêteur, des contacts électriques entre les contacts supplémentaires des premiers et deuxièmes moyens de connexion étant établis à lenfichage après le contact électrique de masse et avant les contacts électriques d'alimentation, et étant rompus dans l'ordre inverse au défichage. L'invention sera bien comprise par la description qui va suivre d'un exemple de réalisation illustré par la figure annexée qui est un schéma électrique du dispositif de l'invention. Dans cette figure, 1 est une carte de circuit imprimé équipée de composants électroniques 2, et comportant à une extrémité des premiers moyens de connexion constitués, par exemple, par un premier connecteur de signaux 3 et un premier connecteur d'énergie 4. Des deuxièmes moyens de connexion constitués, par exemple, par un deuxième connecteur de signaux 5 et un deuxième connecteur d'énergie 6 sont fixés sur un support 7, tel qu'un fond de panier par exemple, et coopèrent avec le premier connecteur de signaux 3 et le premier connecteur d'énergie 4 à l'enfichage de la carte. Le deuxième connecteur de signaux 5 comporte des broches de signaux S1, S2,...Sn qui coopèrent avec des contacts de signaux s1, s2,...sn du premier connecteur de signaux lorsque la carte 2 est enfichée, lesdits contacts étant par exemple du type fourche. Les broches de signaux S7, S2,...Sn sont reliées à un bus de signaux 8. Le deuxième connecteur d'énergie 6 comporte une broche de masse Y et des broches d'énergie, Aî. . .Ap. La broche de masse M est reliée à une polarité des sources d'alimentation V1,...Vp, et chaque broche d'énergie est reliée à une autre polarite des sources d'alimentation ; ainsi la source d'alimentation V7 est reliée à la broche Aï,... la source d'alimentation Vp étant reliée à la broche Ap. Le premier connecteur de signaux 3 est équipé de contacts s1, s2,...sn, reliés aux composants électroniques ; ces contacts sont par exemple du type fourche. Le premier connecteur d'énergie 4 est équipé de contacts d'énergie, par exemple du type fourche, al, ...ap, et d'un contact de masse m relié aux composants électroniques. Conformément à l'invention chaque contact d'énergie al...ap, du premier connecteur d'énergie 4 est relié à travers une inductance L1,...Lp, aux composants électroniques 2 et à un condensateur de découplage, C1,...Cp, les inductances étant implantées sur la carte. Conformément à l'invention, le premier connecteur d'énergie 4 est équipé de contacts supplémentaires d'énergie bl,...bp chaque contact supplémentaire d'énergie étant associé à un contact d'énergie al,...ap, et le deuxième connecteur d'énergie 6 est équipé de broches supplémen taires d'énergie B1,...Bp, chaque broche supplémentaire d'énergie étant associée à une broche d'énergie A1,...Ap. Chaque contact d'énergie du premier connecteur d'énergie est relié au contact supplémentaire d'énergie associé par un écrêteur, tel que par exemple une diode Zéner, Z1,...Zp, lesdites diodes Zéner étant implantées sur la carte de circuit imprimé 1 ; chaque inductance L1,...Lp est donc reliée directement à un contact d'énergie, et à travers un écrêteur au contact supplémentaire d'énergie associé. Chaque broche d'énergie du deuxième connecteur est reliée électriquement à la broche supplémentaire d'énergie associée. On a donc des paires de broches d'énergie constituées chacune par une broche d'énergie et la broche supplémentaire d'énergie associée, et des paires de contacts d'énergie constituées chacune par un contact d'énergie et le contact supplémentaire d'énergie associé.A l'enfichage de la carte les paires de broches d'énergie Al et B7,...Ap et Bp, et la broche de masse M coopèrent avec les paires de contacts d'énergie al et b7,...ap et bp et le contact de masse m, et les broches de signaux S1,...Sn coopèrent avec les contacts de signaux s1,...sn, pour établir des connexions d'énergie et des connexions de signaux,- la connexion de masse étant établie d'abord, puis les connexions d'alimentation, et enfin les connexions de signaux. A l'enfichage la rupture des connexions a lieu dans l'ordre inverse La limitation des perturbations est obtenue par l'inductance L7,...Lp en série dans chacune des alimentations des composants électroniques 2 de la carte.Il s'agit bien entendu des perturbations créées par un enfichage, ou un défichage, d'une carte, et reçues par les cartes enfichées, notamment celles adjacentes à la carte que l'on enfiche ou que l'on défiche. L'inductance en série dans une alimentation permet de diminuer la rapidité des régimes transitoires, c'est-à-dire la vitesse de variation du courant. En désignant par L la valeur d'une inductance en série dans une alimentation, la vitesse de variation du courant à l'enfichage est donnée par di V dt - L + Lq (3) qui est l'équation (1) dans laquelle on a ajouté la valeur L de l'inductance série. En prenant L très supérieure à Lq, l'équation (3) devient di V (4) dt L Pratiquement les inductances L7,...Lp ont même valeur L. Au défichage on, a en l'absence des écrêteurs di Va dt : L + Lq qui est l'équation (2) dans laquelle on a ajouté la valeur L de l'inductance série. En prenant L très supérieure à Lq équation (5) devient di = Va dt L (6) Les inductances L1,...Lp7 auront une faible résistance et ne devront pas se saturer lors de l'appel du courant d'enfichage. Dans les deux cas, enfichage ou défichage d'une carte l'inductance en série dans chaque alimentation réduit les perturbations en limitant la vitesse de variation du courant. Avec l'inductance de valeur L, la vitesse de variation du courant au défichage sera, pour une même tension d'arc Va, très inférieure à celle que l'on obtiendrait sans ladite inductance. Cependant la tension d'arc Va n'a pas de valeur définie, un arc étant instable par nature, et malgré la présence de l'inductance, la vitesse de décroissance du courant est supérieure à la vitesse de variation du courant à l'enfichage ; en effet, l'examen des équations (4) et (6) montre que la vitesse de variation du courant, pour une inductance de valeur L, est fonction de la tension, celle-ci étant soit la tension d'alimentation dans le cas de l'enfichage, équation (4), soit la tension d'arc dans le cas du défichage, équation- (6). Pour obtenir au défichage une vitesse de décroissance du courant comparable à la vitesse de croissance du courant à l'enfichage il est nécessaire d'agir sur la tension d'arc de manière à la limiter à une valeur proche de la tension d'alimentation. La limitation de la tension d'arc est obtenue en utilisant un écrêteur à diode zéner de force contre électromotrice stable, mis en service pendant la durée du régime transi- toire au défichage au moyen du contact supplémentaire d'énergie et de la broche supplémentaire d'énergie correspondante.Afin de mettre les diodes zéner en service au défichage pendant la durée du régime transitoire, les broches supplémentaires d'énergie B1,...Bp sont plus longues que les broches d'énergie A1,...Ap, mais plus courtes que la broche de masse M, en supposant que les contacts d'énergie, les contacts supplémentaires d'énergie et le contact de masse du premier connecteur d'énergie ont tous même longueur. Chaque diode zéner doit avoir une tension zéner Vz supérieure à la tension d'alimentation de la source d'alimentation à laquelle elle est reliée lorsque la carte est enfichée, de manière à ne pas être traversée par le courant d'alimentation. Cette tension zéner doit cependant rester inférieure à la tension d'arc qui prend naissance au défichage et pouvoir absorber l'énergie 7 2 emmaganisée par l'inductance de valeur L, Io 2 LIo étant le courant dans l'inductance à l'instant du défichage. La tension zéner Vz sera donc supérieure, mais proche de la tension d'alimentation de façon à limiter au maximum le di/dt.. Au défichage la rupture de la connexion contact al/broche Ai a lieu avant celle de la connexion contact supplémentaire bl/broche supplémentaire B1, puisque la broche A7 est plus courte que la broche supplémentaire B1, de sorte que la diode zéner Z1 devient passante, ce qui limite la tension d'arc à la tension de zéner VZ.L'équation (6) devient di = VZ dt = L (7) Pratiquement le courant va passer de la valet Io, avant rupture de la connexion contact supplémentaire b1/ broche supplémentaire B1, à t valeur zéro 10 la valeur zéro en un temps t = L VZ , ce temps étant la durée du défichage de ladite connexion.- Une différence de longueur d'au moins 1 millimètre entre la broche A7 et la broche supplémentaire B7 permet d'obtenir le temps t nécessaire pour que le courant s'annule. Chaque diode zéner est montée de façon à développer sa force contre électromotrice de zéner à la rupture de la connexion d'alimentation. Dans la figure annexée on a supposé, à titre d'exemple, que la polarité négative de la source d'alimentation V1 était reliée à la paire de broches A7 et B1, et que la polarité positive de la source d'alimentation Vp était reliée à la paire de broches Ap et Bp ; la diode zéner Z1 est montée de manière à permettre la continuité du courant établi dans linductance L1 lors du début du défichage et la valeur de la f.c.é. m de zéner doit être suffisante pour que le potentiel de l'inductance L1, côté des contacts d'énergie a7 et b7, passe en dessous de +V7 volts auquel cas la carte ne peut plus être alimentée à travers la diode zéner et l'énergie inductive accumulée se dissipe dans la diode zéner l'aboutissement de ce processus est l'annulation du courant d'alimentation de la carte.Le sens de connexion de la diode zéner est fondamental : en cas d'inversion de ce sens, lors de la déconnexion du contact d'énergie b1 le potentiel de l'inductance L1 côté contacts d'énergie a7 et b7 est égal à V1-VF CVF est la chute de tension dans la diode zéner dans le-sens direct), ce qui permet à la carte d'être encore alimentée, d'où impossibilité d'avoir un courant nul à la rupture du contact bl/B7. En résumé le rôle de la f.c.é.m de zéner est d'absorber l'énergie inductive d'une part, et d'empêcher l'alimentation de la carte en cours de défichage, -d'autre part. A condition d'inverser le sens de -la diode zéner, le même raisonnement s'applique pour une polarité positive d'alimentation, c'est-à-dire dans le cas de la diode zéner Zp de la figure qui est reliée à la polarité positive de la source d'alimentation Vp, et dont le sens est inversé par rapport à celui de la diode zéner Z1. Les connexions à l'enfichage de la carte ont lieu dans l'ordre suivant connexion de masse (contact m/broche M) connexions écrêteurs (contacts supplémentaires b11...bp/broches supplémentaires B7...Bp) connexions alimentations (contacts al,...ap/broches A7...Ap) connexions signaux (contacts s1,...sn/broches S7,...Sn) Au défichage la rupture des connexions a lieu dans l'ordre inverse. L'emploi d'écrêteurs (diodes zéner) introduit des connexions supplémentaires par rapport à l'art connu, ces connexions supplémentaires étant établies, à l'enfichage, après la connexion de masse et avant les connexions d'alimentation, la rupture ayant lieu au défichage dans l'ordre inverse. Dans la description et la figure annexée on a supposé, uniquement à titre d'exemple que les contacts d'énergie avaient même longueur et que les broches d'énergie, les broches supplémentaires d'énergie, et de masse avaient des longueurs différentes, de manière à réaliser les connexions dans l'ordre indiqué oi-dessus. Bien entendu on pourrait obtenir le même ordre de connexion avec des broches d'énergie, des broches supplémentaires d'énergie, et de masse ayant toutes même longueur et des contacts d'énergie, des contacts supplémentaires d'énergie et de masse ayant des longueurs différentes. Les connecteurs de signaux et d'énergie de la carte peuvent être constitués, comme cela est bien connu, par des extrémités ou plots des différentes pistes imprimées sur la carte, lesdites extrémités étant situées à une extrémité de la carte et ayant même fonction que les contacts des connecteurs de signaux et d'énergie ; les connecteurs de signaux et d'énergie du fond de panier sont alors équipés de contacts du type fourche. A l'enfiohage lesdites extrémités coopèrent alors avec les contacts des connecteurs de signaux et d'énergie du fond de panier, pour réaliser les connexions dans l'ordre indiqué précédèmment. De même les premiers et deuxièmes moyens de connexion peut être constitués chacun par un seul connecteur équipé de broches, ou de contacts, de signaux et d'énergie, dès lors que l'ordre des connexions à l'enfichage est bien celui indiqué. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de limitation des perturbations électriques à l'enfichage et au défichage d'une carte électronique (1) équipée de composants électroniques (2) et comportant à une extrémité des premiers moyens de connexion (3, 4) qui coopèrent avec des deuxièmes moyens de connexion (5, 6) fixés sur un fond de panier, les deuxièmes moyens de connexion ayant des contacts de signaux (S1,...Sn) un contact d'énergie (Aî à Ap) par source d'alimentation (Vî à Vp), relié à une polarité d'une source d'alimentation, et un contact de masse (M) relié à une autre polarité de chacune desdites sources d'alimentation, les premiers moyens de connexion ayant des contacts de signaux (s7,...sn), un contact de masse (m) relié à une masse de la carte et autant de contacts d'énergie (al à ap) que les deuxièmes moyens de connexion, chaque contact d'énergie des premiers moyens de connexion étant relié d'une part à la masse par un condensateur de découplage (C7,...Cp) et d'autre part aux composants électroniques (2), des contacts électriques entre les contacts des premiers et deuxièmes moyens de connexion étant établis à l'enfichage dans l'ordre suivant : contact électrique de masse, contacts électriques d'alimentations, contacts électriques de signaux, et étant rompus au défichage dans l'ordre inverse, caractérisé par le fait que chaque contact d'énergie des premiers moyens de connexion est relié par une inductance (L7,...Lp) au condensateur de découplage associé et aux composants électroniques (2), ladite inductance étant implantée sur la carte et ayant une valeur grande par rapport à une inductance équivalente aux inductances réparties de liaisons reliant les deuxièmes moyens de connexion à une source d'alimentation. 2/ Dispositif de limitation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les inductances (L7 à Lp) ont même valeur. 3/ Dispositif de limitation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans les deuxièmes moyens de connexion un contact supplémentaire d'énergie (B7 à Bp) est associe à chaque contact d'énergie (A7 à Ap) auquel il est relié électriquement, que dans les premiers moyens de connexion, un contact supplémentaire d'énergie (bl à bp) est associé à chaque contact d'énergie (a7 à ap) auquel il est relié par un écreteur (Z1 à Zp) implanté sur la carte, des contacts électriques entre les contacts supplémentaires d'énergie des premiers et deuxièmes moyens de connexion étant établis à l'enfîohage après le contact électrique de masse et avant les contacts électriques d'alimentation, et étant rompus dans l'ordre inverse au défichage. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les écrêteurs (Zî à Zp) sont des diodes zéner, chaque diode ayant une tension de zéner supérieure à une tension d'une source d'alimentation à laquelle elle est reliée par l'intermédiaire des deuxièmes moyens de connexion lorsque la carte est enfichée, ladite tension de zéner étant inférieure à une tension d'arc lors de la rupture du contact électrique entre le contact d'énergie auquel elle est associée et le contact d'énergie correspondant dans les deuxièmes moyens de connexion. 5/ Dispositif de limitation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les contacts d'énergie, de masse, et les contacts supplémentaires d'énergie des-premiers moyens de connexion ont même longueur, que dans les deuxièmes moyens de connexion les contacts supplémentaires d'énergie (B1 à Bp) ont même longueur, celle-ci étant inférieure à une longueur du contact de masse (M) et que chaque contact d'énergie (Al à Ap) des deuxièmes moyens de connexion à une longueur inférieure à celle du contact supplémentaire d'énergie qui lui est associé. 6/ Dispositif de limitation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les premiers moyens de connexion (3, 4) sont constitués par des extrémités de pistes imprimées sur la carte, lesdites extrémités constituant des contacts qui coopèrent avec des contacts des deuxièmes moyens de connexion (5, 6)