Brevet FR2639122A1 — publié le 19900518

PROCEDE ET APPAREIL POUR LA DETECTION D'IMPULSIONS DUES A DES DECHARGES ELECTROSTATIQUES La présente invention concerne le domaine technique de la détection des impulsions brèves générant des hautes fréquences et susceptibles d'apparaître, plus particulièrement, dans l'environnement du matériel informatique au sens général, c'est-à-dire tout système comportant des circuits logiques de traitement de l'information. Le matériel informatique est constitué, en majeure partie, par des composants électroniques qui sont, par nature, très sensibles aux hautes fréquences. Il s'ensuit que le matériel informatique présente des dysfonctionnements aléatoires en présence de hautes fréquences. Or, l'expérience pratique montre que l'environnement, dans lequel est installé le matériel informatique, constitue un endroit o règne fréquemment des hautes fréquences. Il apparaît que les hautes fréquences sont engendrées par des impulsions brèves, résultant, principalement, de deux phénomènes. Le premier est relatif aux impulsions brèves de commutation au sens général, provenant, par exemple, de la fermeture de relais ou d'interrupteurs. Le second concerne les impulsions brèves résultant de décharges électrostatiques dites de mobilier ou humaines. L'état de la technique connait des systèmes de détection des impulsions brèves, consistant à déceler la composante électrique ou la composante magnétique du champ électromagnétique engendré par ces impulsions brèves. Toutefois, les systèmes connus de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer le phénomène ayant produit ces impulsions brèves, ce qui représente un inconvénient important, dans la mesure o les solutions techniques à apporter pour s'affranchir de l'effet des impulsions brèves dépendent du phénomène les ayant engendrées. Il apparaît donc le besoin de disposer de moyens permettant de déterminer l'origine des impulsions brèves, de manière à mettre en oeuvre des solutions techniques spécifiquement adaptées aux phénomènes existants dans l'environnement du matériel informatique. La présente invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant un procédé pour détecter les impulsions brèves dues aux décharges électrostatiques permettant de déterminer l'origine des dysfonctionnements aléatoires du matériel informatique. L'invention a pour objet, également, de proposer un appareil permettant la mise en oeuvre du procédé, de conception simple et d'un coût de fabrication limité. Pour atteindre les buts ci-dessus, le procédé pour détecter des impulsions brèves, engendrant un champ électromagnétique et provenant d'une variation de champ électrostatique, est caractérisé en ce qu'il consiste à procéder localement, à la fois, à la détection du champ électrostatique et du champ électromagnétique, - détecter la variation du champ électrostatique, - et produire un signal d'avertissement de la présence simultanée d'une variation du champ électrostatique et du champ électromagnétique permettant d'identifier une impulsion due à une décharge électrostatique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue d'un schéma-bloc fonctionnel d'un appareil permettant la mise en oeuvre du procédé de détection conforme à l'invention. La fig. 2 illustre un exemple de réalisation d'un appareil de détection conforme à l'invention. Le procédé selon l'invention vise à détecter les impulsions brèves dues à des décharges électrostatiques et susceptibles d'intervenir dans l'environnement d'un matériel informatique au sens général. Le procédé selon l'invention consiste 2639 1 22 à procéder localement, dans L'environnement du matériel informatique, à La détection, à la fois d'un champ électromagnétique et d'un champ électrostatique. Le procédé consiste à détecter la variation du champ électrostatique préalablement détecté et à produire un signal d'avertissement lors de la présence simultanée du champ électromagnétique produit par une impulsion brève due à une décharge électrostatique et d'une variation du champ électrostatique. L'apparition d'un tel signal d'avertissement permet d'identifier une impulsion due à une décharge électrostatique qui se traduit par une variation rapide du champ électrostatique donnant Lieu à l'apparition d'une impulsion dont le champ électromagnétique qu'elle génère est, simultanément, détecté. Il doit être considéré que le procédé vise à détecter les variations du champ électrostatique intervenant dans un temps inférieur ou égal à une seconde, de manière à ne prendre en compte que les variations de champ électrostatique correspondant à des décharges électrostatiques et non à de simples fluctuations du champ. La fig. 1 illustre un schéma-bloc fonctionnel d'un appareil 1 de détection conforme à l'invention comportant une sonde 2 de détection d'un champ électrostatique, reliée à un moyen 3 de détection de la variation du champ électrostatique préalablement détecté. L'appareil I comporte, également, un détecteur 4 d'un champ électromagnétique, relié à un moyen 5 d'avertissement de la présence simultanée de la variation du champ électrostatique et du champ électromagnétique. De préférence, le détecteur 4 est connecté au moyen d'avertissement 5 par l'intermédiaire d'un étage 6 de détection du champ électromagnétique audelà d'un seuil déterminé et d'un circuit 7 de maintien du signal issu de l'étage de détection 6 pendant un intervalle de temps déterminé en relation avec le temps de réponse du moyen de détection 3. L'étage de détection 6 permet de régler à volonté la sensibilité de l'appareil, tandis que le circuit de maintien 7 permet d'obtenir l'activation, pratiquement simultanée, du moyen d'avertissement 5 correspondant à une impulsion due à une décharge électrostatique. La fig. 2 illustre un exemple de réalisation d'un appareil 1 de détection d'impulsions brèves dues à des décharges électrostatiques. L'appareil 1 comporte un capteur 20, de tous types connus, tel qu'un conducteur métallique, conçu pour détecter un champ électrostatique. Le capteur 20 est relié, de façon classique, à un étage d'adaptation d'impédance constitué par un amplificateur opérationnel 21 dont l'entrée non inverseuse est reliée, d'une part, à la masse par un condensateur 22 et, d'autre part, au capteur 20 par l'intermédiaire d'une résistance 23. L'entrée inverseuse de l'amplificateur 21 est connectée à la sortie de l'amplificateur par une résistance 24 et à une résistance 25 reliée à la masse. L'étage d'adaptation d'impédance est suivi d'un étage d'amplification du signal détecté, constitué par un amplificateur opérationnel 26 dont l'entrée inverseuse est relié, par une résistance 27, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 21. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur 26 est reliée à la masse par une résistance 28, tandis que l'entrée inverseuse est connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 26 par une résistance 29. L'étage d'amplification est relié au moyen 3 de détection de la variation du champ électrostatique, par l'intermédiaire d'un redresseur 8 à double alternance sans seuil constitué par un amplificateur opérationnel 80, dont l'entrée inverseuse est connectée par une résistance 81 à la sortie de l'amplificateur 26, tandis que l'entrée non inverseuse est reliée à la masse par une résistance 82. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 80 est reliée à la sortie de l'amplificateur par une première branche comportant une résistance 83 montée en série avec une diode 84 dont l'anode est connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 80 et par une seconde branche comportant une résistance 85 montée en série avec une diode 86 dont la cathode est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 80. La cathode de la diode 84 et L'anode de la diode 86 sont, respectivement, reliées par des résistances 87 et 88 a l'entrée inverseuse et à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 89. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 89 est reliée à la masse par une résistance 90, tandis que l'entrée inverseuse est connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel par une résistance 91. Le moyen de détection 3 est constitué par un amplificateur opérationnel 30 dont l'entrée non inverseuse est reliée, d'une part, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 89 et, d'autre part, à l'anode d'une diode 31 dont la cathode est connectée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 30. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 30 est reliée à un condensateur 32 et à une résistance 33, montés en parallèLe et connectés à la masse. Le détecteur 4 est constitué d'un capteur 40 d'un champ électromagnétique formé, soit, par exemple, par une boucle métallique pour détecter la composante magnétique du champ, ou soit, par exemple, par une antenne pour déceler la composante électrique du champ. Le capteur 40 est relié à un étage de détection constitué par une résistance 41 connectée au capteur 40 et à la masse. Le capteur 40 est relié, par l'intermédiaire d'une capacité 42, à la cathode d'une diode 43 dont l'anode est connectée à la masse. Le détecteur 4 est suivi par l'étage 6 de détection du champ électromagnétique au-delà d'un seuil déterminé par un potentiométre'60 et correspondant à une valeur, par exemple égale à 10 volts par mètre. Le curseur du potentiomètre est connecté par une résistance 61 à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 62. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 62 est connectée à un condensateur 63 relié à la masse, à une résistance 64 reliée à la masse et à une résistance reliée à la cathode de la diode 43. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 62 est reliée, par une résistance 66, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 62 délivrant un signal qui se trouve maintenu par le circuit 7, de manière à obtenir une activation simultanée du moyen 5 par ce signal et celui délivré par l'amplificateur opérationnel du moyen de détection 3. Le circuit 7 de maintien du signal, constitué sous la forme d'un monostable, comporte un amplificateur opérationnel 70 dont l'entrée inverseuse est reliée à une capacité 71 et une résistance 72, montées en parallèLe et reliées à la masse. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 70 est connectée à l'entrée inverseuse par une résistance 73, à une tension positive par une résistance 74 et à la sortie de L'amplificateur opérationnel par une capacité 75. La sortie de l'amplificateur opérationnel 70 est connectée par une capacité 76 à la masse, par une résistance 77 à une tension positive et à la sortie de l'amplificateur opérationnel 62 qui se trouve relié à une entrée d'une porte ET 50 du moyen avertisseur 5. L'autre entrée de la porte 50 est reliée à la sortie de l'amplificateur 30. Le moyen avertisseur 5 comporte, également, un organe 51 relié à la porte 50 et permettant de mémoriser le signal de sortie issu de la porte ET, de manière à conserver dans le temps l'information. Un tel organe peut être de tout type connu, tel que, par exemple, un relais d'excitation d'un témoin lumineux ou un enregistreur. L'appareil décrit ci-dessus est destiné à être placé en relation de proximité d'un matériel informatique pour permettre de détecter les décharges électrostatiques susceptibles d'intervenir dans son environnement. Le capteur 20 détecte le champ électrostatique et délivre un signal d'une valeur en relation avec le niveau du champ électrostatique détecté. Un tel signal, qui est amplifié et redressé, est apte à charger le condensateur 32. Si le champ électrostatique diminue brusquement, en raison d'une décharge électrostatique, l'ensemble, constitué par la diode 31, le condensateur 32 et la résistance 33, génère une tension différentielle, de sorte qu'il apparaît, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 30, un signal de présence d'une 2639 1 2 2 variation du champ électrostatique. Il est à noter que la résistance 33 et le condensateur 32 présentent une constante de temps déterminee pour n'entraîner l'apparition d'un signal a la sortie de l'amplificateur opérationnel 30 que si la variation de champ électrostatique intervient dans un temps inférieur à une seconde. Ainsi, le moyen de détection 3 délivre un signal uniquement lorsque la variation du champ électrostatique est très rapide, par exemple Lors d'une décharge électrostatique et non pas pour de simples fluctuations du champ. L'apparition d'une décharge électrostatique se traduit par une impulsion brève générant un champ électromagnétique qui se trouve décelé par le détecteur 4. Le signal, issu du détecteur 4, est comparé au seuil choisi de l'étage 6 pour engendrer, en cas de dépassement du seuil, un signal qui est appliqué à une entrée de la porte ET 50. Ce signal est maintenu par le circuit 7 à l'entrée de la porte ET 50, jusqu'à ce que l'amplificateur opérationnel 30 délivre un signal, de manière à obtenir, simultanément, un signal sur les deux entrées de la porte ET 50. Le maintien du signal est nécessaire, en raison du temps de réponse plus long pour la détection de la variation du champ électrostatique par rapport à celui du champ électromagnétique. La présence simultanée d'un signal sur les deux entrées de la porte ET 50 entraîne l'apparition d'un signal à la sortie de la porte 50 pouvant être mémorisé ou enregistré par l'organe 51 pour indiquer la présence et/ou le moment d'apparition d'une décharge électrostatique. Un tel appareil permet de déceler, de manière simple, les impulsions brèves dues uniquement à des décharges électrostatiques. En effet, si une impulsion brève de commutation intervient dans l'environnement du.matériel informatique, la porte ET 50 ne sera activée que sur son entrée reliée au détecteur 4 de champ électromagnétique et ne délivrera pas de signal d'excitation de l'organe 51. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour détecter localement des impulsions engendrant un champ électromagnétique et provenant d'une variation de champ électrostatique, caractérisé en ce qu'il consiste à: - procéder localement, à la fois à la détection du champ électrostatique et du champ électromagnétique, détecter la variation du champ électrostatique, - et produire un signal d'avertissement de la présence simultanée d'une variation du champ électrostatique et du champ électromagnétique permettant d'identifier une impulsion due à une décharge électrostatique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter la variation du champ électrostatique intervenant dans un temps inférieur à une seconde. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le champ électromagnétique au-delà d'un seuil déterminé. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le champ électromagnétique par sa composante électrique. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le champ électromagnétique par sa composante magnétique. 6 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé conforme aux revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend: - une sonde (2) de détection d'un champ électrostatique, - un détecteur (4) d'un champ électromagnétique, - un moyen (3) de détection de la variation du champ électrostatique, - un moyen (5) d'avertissement de la présence simultanée de la variation du champ 2639 1 2 2 électrostatique et du champ électromagnétique, permettant l'identification d'une impulsions due à une décharge électrostatique. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un étage (6) de détection du champ électromagnétique au-delà d'un seuil déterminé. 8 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen (3) détecte la variation du champ électrostatique intervenant dans un temps inférieur à une seconde. 9 - Appareil selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (7) de maintien du signal issu de l'étage de détection du champ électromagnétique, pendant un intervalle de temps en relation avec le temps de réponse nécessaire à la détection du champ électrostatique. 10 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen d'avertissement (5) est du type à mémoire ou à enregistrement.