Brevet FR2668327A1 — publié le 19920424

Dispositif de commutation DEtriciel à large La présente invention a trait, d'une manière générale, à de la commutation de signaux analogiques à large bande. En particulier, les signaux analogiques sont des signaux vidéo compris dans une bande de fréquences pouvant atteindre 25MHz qui sont à commuter entre des sources vidéo et des récepteurs vidéo. les dispositifs de ccmmutation à large bande connus offrent M entrées unidirectionnelles et N-M sorties unidirectionnelles pour N entrées et sorties données, de manière qu'une sortie puisse n'être connectée qu'à une entrée et qu'au plus N-M sorties puissent être connectées à une mime entrée. Dans ces conditions, le nombre de récepteurs à connecter au dispositif est toujours inférieur ou égal à N-M, bien que, le plus souvent, les sources vidéo distribuant des signaux vers ces récepteurs soient en nombre inférieur à M et donc bien que certaines entrées ne soient pas utilisées. La présente invention vise à pallier le défaut d'optimisation d'utilisation des dispositifs de ccmmutation précités, en permettant, pour un dispositif de cnrttutation ayant N entrées et sorties, de "convertir" toute entrée en sortie et réciproquement, afin que notamment une entrée soit connectée à plus de sorties que dans un dispositif connu et que plus d'entrées soient connectées à des sources que dans un dispositif connu lorsque oelui-ci offre, pratiquement toujours, moins d'entrées que de sorties. A cette fin, un dispositif de ccmmutation matriciel à large bande selon l'invention, ayant N entrées et sorties et comprenant une grille de commutation et une unité de catirriande pour relier sélectivement des entrées à des sorties de la grille, est caractérisé en ce qu'il comprend N interfaces d'entrée/sortie, chaque interface ayant un accès de signal entrant/sortant, une borne de sortie reliée à l'une respective des entrées de la grille, et une borne d'entrée reliée à l'une respective des sorties de la grille, et en ce que l'unité de commande comprend des premiers moyens pour sélectionner M interfaces en tant qu'interfaces d'entrée afin qu'un signal entrant soit transmis de l'accès d'une interface d'entrée à la grille à travers la borne de sortie de l'interface d'entrée, et des seconds moyens, pour sélectionner au plus N-M interfaces en tant qu'interfaces de sortie afin qu'un signal sortant soit transmis de la grille à l'accès d'une interface de sortie à travers la borne d'entrée de l'interface de sortie, où M est un entier inférieur ou égal à l'entier N/2. dispositif de coirimiitation offre ainsi avantageusement beaucoup plus de possibilités de connexion que dans les dispositifs selon la technique antérieure, pour un nombre N donné. En effet, une entrée ou sortie du dispositif selon l'invention peut servir de sortie ou d'entrée respectivement, ce qui rend possible de relier par exemple - une source vidéo à plus de N/2 récepteurs vidéo, voire à N-l récepteurs, comparativement à un dispositif de commutation matriciel carré connu, ou - au plus N/2 sources à N/2 récepteurs, ou - plus généralement, M sources à N-M récepteurs avec un nombre M variant entre 1 et N/2 et programmable en fonction des besoins par un opérateur. Selon l'invention, une interface comprend à la fois des moyens d'entrée et des moyens de sortie, tous deux unidirectionnels et à large bande, présentant les caractéristiques suivantes afin que l'interface puisse tantôt être reliée à la sortie d'une source vidéo, tantôt à l'entrée d'un récepteur vidéo, à travers une ligne de transmission à large bande dont les caractéristiques sont à conserver. les moyens d'entrée relient l'accès de l'interface à la borne de sortie de l'interface pour transmettre un signal entrant d'une ligne de transmission desservant l'accès à une entrée respective de la grille sans affaiblir les composantes fréquentielles du signal entrant et désadapter ladite ligne de transmission. les premiers moyens pour sélectionner sélectionnent alors une interface comme interface d'entrée, en fermant au moins l'un de M commutateurs dans la grille reliés à la borne de sortie de l'interface d'entrée, et en ouvrant M commutateurs dans la grille reliés à la borne d'entrée de l'interface d'entrée. Les moyens de sortie relient la borne d'entrée de l'interface à l'accès de l'interface pour transmettre un signal sortant de la sortie respective de la grille à la ligne de transmission en maintenant une adaptation à la ligne lorsque l'accès est sélectionné aussi bien en entrée qu'en sortie. tes seconds moyens pour sélectionner, sélectionnent alors une interface, comme interface de sortie, en fermant l'un de M commutateurs reliés à la borne d'entrée de l'interface de sortie, et en ouvrant tous les M commutateurs reliés à la borne de sortie de l'interface de sortie. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondant dans lesquels - la figure 1 est un bloc-diagramme d'un dispositif de camu- tation selon l'invention ayant N = 64 accès d'entrée/sortie parmi lesquels au plus M = N/4 = 16 accès quelconques pouvent être utilisés en entrée vidéo ; et - la figure 2 montre en détail des circuits d'entrée et de sortie inclus dans une interface du dispositif. Dans la réalisation préférée d'un dispositif de commutation selon l'invention illustrée à la figure 1, référence est faite ci-après à des valeurs numériques de paramètres matriciels donnés à titre d'exemple. te dispositif de commutation présente N = 64 accès vidéo d'entrée/sortie 1Ag à 1A63 qui desservent respectivement N = 64 interfaces de comrmrtation d'entrée/sortie (E/S) lo à 163 selon l'invention. Chaque interface est programmable en l'un des états d'entrée et de sortie par sélection de 1' étant fermé de commutateurs d'entrée et de sortie dans une grille de commutation du dispositif, comme on le verra dans la suite. Ainsi, lorsqu'une interface lq, où l'indice q est compris entre 0 et l'entier N-1, est dans l'état d'entrée, un signal vidéo ne peut qu'entrer dans le dispositif par l'accès lAq pour être transmis par une borne de sortie 15q de l'interface 1q vers la grille de commutation. Réciproquement, lorsque l'interface 2q est dans l'état de sortie, un signal vidéo ne peut être appliqué par la grille à une borne d'entrée lEq de l'interface 1q pour sortir du dispositif à travers l'accès la q Ainsi chaque accès du dispositif joue le rôle soit d'une entrée soit d'une sortie. Un accès en sortie du dispositif ne peut être relié qu'à un seul accès en entrée à la fois, tandis qu'un accès en entrée peut être relié simultanément à plusieurs accès en sortie. En fonction de la nature et de l'utilisation de sources vidéo, et de récepteurs vidéo, tels que caméras, magnétoscopes, moniteurs vidéo, récepteurs vidéo, etc., qui doivent être interconnectés par le dispositif de commutation, l'opérateur programme M accès prédéterminés en tant qu'entrées et par conséquent au plus N-M accès prédéterminés en tant que sorties avec M Dans la suite on suppose que les valeurs entrées N et M sont telles que N/M est un entier et plus particulièrement sont des puissance de 2 telles que N = 2 et M = 2m, avec n = 6 et m = 4 selon l'exemple illustré à la figure 1.En pratique lorsque les sources vidéo sont en nombre maximum MS inférieur à une puissance de 2, le nombre d'accès M susceptibles de fonctionner en entrée est forcé à la puissance de 2 supérieure dudit nombre de sources MS, et le nombre maximum d'accès sélectionnés en sortie NAS est le complément de M à N, soit 2m-l la grille de ccmmutation vidéo comprend un groupe de N/M = 2n-m = 4 matrices élémentaires vidéo d'entrée carrées 20 à 23, un autre groupe de 2n-m = 4 matrices élémentaires vidéo de sorties carrées 30 à 33 et une unité de commande et gestion 4.Chacune des matrices élémentaires est une matrice de commutation vidéo carrée connue comprenant M = 16 entrées de ligne et M = 16 sorties de colonnes, et donc M2 = 256 commutateurs dits également points de commutation ou de couplage. Chaque commutateur est conçu sous la forme d'une porte de commutation analogique à transistor. les lignes et les colonnes d'une matrice élémentaire sont ainsi sélectionnées par des adresses respectives à m = 4 bits transmises dans deux bus à m = 4 conducteurs chacun. Toutefois, une matrice élémentaire peut elle-même être constituée par plusieurs sous-matrices carrées commercialisées ayant des nombres d'entré/sortie sous-multiples de 7m ce qui permet d'optimiser la taille de la grille en fonction du nombre d'accès N. Comme montré à la figure 1, les entrées de ligne des matrices élémentaires 20 à 23 du premier groupe sont reliées respectivement aux bornes de sortie 1S0 à 1S15, 1S16 à 1S31, 32 à 1S47 et 1S48 à 1563 des interfaces d'entrée/sortie lo à 115, 116 à 131, 132 à 147 et 148 à 163. les sorties de colonne des matrices 30 à 33 dans le second groupe sont reliées respectivement aux bornes d'entrée lEo à 1E15, 16 à 1E31, 32 à 47 et 1E48 à 1E63 des interfaces lo à 115, 116 à 131, 132 à 147 et 148 à 163.Les sorties de colonne des matrices d'entrée 20 à 23 sont reliées aux entrées de ligne des matrices de sortie 30 à 33, à travers un bus unidirectionnel de transfert BU à M = 16 conducteurs ; plus précisément, les sorties de colonne dans les matrices d'entrée 20 à 23 ayant un rang donné p, avec l'entier p compris entre 0 et M = 16, sont reliées par un conducteur uniquement du bus BU aux entrées de ligne dans les matrices de sortie 30 à 33 ayant le même rang p.Ainsi d'après la configuration matricielle de la grille vidéo montrée à la figure 1, un accès en entrée du dispositif peut être relié à au plus M = 16 accès en sortie sélectionnés parmi N-1 = 63 accès ; au plus M = 16 accès en entrée peuvent être distribués vers N-M = 48 accès en sortie au maximum, soit en moyenne, à raison d'un accès en entrée vers 48/16 = 3 accès en sortie ; et au plus M = 16 accès en sortie transmettant des signaux vidéo différents ne peuvent être reliés respectivement qu'à M = 16 accès en entrée choisis parmi N-M = 48 accès. L'unité de commande et gestion 4 est organisée autour d'un microprocesseur avec clavier, et de préférence, avec moyen d'affichage tel qu'imprimante ou écran. Ltunité 4 mémorise les paires d'adresses des commutateurs de la grille qui sont à fermer afin de relier des accès en entrée à des accès en sortie, suite à des adresses numérotées de ces commutateurs enregistrées au clavier. L'unité 4 gère également l'adressage des commutateur de manière qu'au plus M =16 signaux vidéo reçus respectivement par M = 16 accès en entrée soient distribués vers les accès en sortie sélectionnées à raison d'un signal vidéo par conducteur du bus de transfert BU. Ainsi l'unité 4 offre en sortie - un bus à n-m=2 conducteurs 5ME pour sélectionner 1 'une des matrices d'entrée 20 à 23 au moyen d'une adresse à 2 bits gui est décodée dans un décodeur 6E ayant quatre sorties reliées respectivement à des entrées d'activation des matrices d'entrée; - un bus à m = 4 conducteurs 5LE relié aux ports d'adresse de ligne des matrices d'entrée 20 à 23 pour sélectionner une ligne de la matrice d'entrée sélectionnée, et par suite, programmer l'interface d'entrée/sortie reliée à la ligne adressée en interface d'entrée ;; - un bus à n-m=2 conducteurs 5MS pour sélectionner l'une des matrices de sortie 30 à 33 au moyen d'une adresse à 2 bits qui est décodée dans un décodeur 6S ayant quatre sorties reliées respectivement à des entrées d'activation des matrices de sortie - un bus à m = 4 conducteurs 5CS relié aux ports d'adresse de colonne des matrices de sortie 30 à 33 pour sélectionner une colonnne de la matrice de sortie sélectionnée, et par suite, programmer lgin- terface d'entrée/sortie reliée à la colonne adressée en interface de sortie ; et - un bus 5CL à m = 4 conducteurs relié aux ports d'adresse de colonne des matrices d'entrée 20 à 23 et aux ports d'adresse de ligne des matrices de sortie 30 à 33 pour sélectionner simultanément une colonne de la matrice d'entrée sélectionnée et une ligne de la matrice de sortie sélectionnée ayant toutes deux le même rang 1 à M, de manière à fermer et connecter les commutateurs correspondants aux deux croisements de ligne et colonne sélectionnées dans les matrices d'entrée et sortie sélectionnées, et ainsi relier l'interface en entrée correspondante à l'interface en sortie correspondante. L'unité 4 gère ces différents adressages de sorte qu'au plus M = 16 interfaces soient programmées en interfaces d'entrée, ce qui revient à surveiller que 16 adresses à n = 6 bits dans les bus 5LE et 5ME soient seulement choisies par un opérateur. En pratique, l'opérateur indique lui-même, sous forme de nombres, au clavier de l'unité 4, les adresses (5LE, 5ME) et (5CS, 5MS) d'une interface "d'entrée" et d'une interface "de sortie" à relier, et l'unité 4 gère elle-même les adresses de colonne-ligne à m = 4 bits dans le bus SOL. En effet, lorsqu 'une interface d'entrée est programmée en sélectionnant la ligne de la matrice d'entrée correspondante, l'unité 4 attribue l'un des conducteurs encore disponibles dans le bus de transfert BU à cette interface "d' entrée" et donc à la source vidéo qui lui est reliée. Ceci impose à toute interface "de sortie" à relier à ladite interface "d' entrée" d'être connectée par le commutateur dans la matrice de sortie correspondante placé sur la ligne ayant le même rang que le conducteur disponible attribué dans le bus BU. Selon certaines variantes, la remise à l'état ouvert de tous les commutateurs s' effectue lors de la mise en service de la grille, ou bien, de préférence, ccmmutateur par commutateur, en fonction des modifications d'interconnexion entre sources et récepteurs vidéo. Dans ce dernier cas, à chaque adressage, l'opérateur indique l'état ouvert ou fermé de la liaison choisie à deux commutateurs, ce qui se traduit par un changement d'état logique sur l'un de deux fils de commande d'ouverture et de fermeture 60 et 6F entre l'unité 4 et les 2N/M matrices élémentaires 20 à 23 et 30 à 33. En référence à la figure 2, une interface de commutation d'en trée/sortie 1 comprend un circuit d'entrée unidirectionnel IN et un q circuit de sortie unidirectionnel OU ayant respectivement des bornes d'entrée et de sortie reliées à l'accès lAq En pratique, l'accès 1A constitue une entrée adaptée à l'impédance caractéristique Zc d'une ligne de transmission de signal analogique vidéo LT , ou une sortie adaptée à l'impédance Zc La ligne de transmission est typiquement un câble coaxial avec Zc = 75 fl. La composante continue superposée au signal vidéo est très faible. te circuit d'entrée IN comprend un suiveur analogique tampon ST de gain unité, un condensateur CD interconnecté entre l'accès lAq' et l'entrée du suiveur ST, une première résistance R1 reliant 1' entrée de la porte Pr à une borne référencée à la masse du dispositif, et une résistance de sortie R2 reliant la sortie du suiveur tampon ST à la borne de sortie 15q de l'interface 1 et donc q aux entrées de M = 16 commutateurs alignés sur une ligne de la matrice élémentaire d'entrée correspondante, tels que le commutateur 21q montré à l'état ouvert dans la figure 2. Le circuit de sortie OU comprend essentiellement un amplificateur opérationnel à large bande A0 non-inverseur et de gain déterminé G. L'entrée directe (+) de l'amplificateur A0 est reliée à la borne d'entrée lEq de l'interface 1q et donc aux sorties de M = 16 oemmuta- teurs alignées sur une colonne de la matrice élémentaire de sortie correspondante, tels que le commutateur 31q montré à l'état ouvert dans la figure 2. L'entrée directe (+) est reliée à la borne de masse par une résistance d'entrée R3. L'entrée inverse (-) de l'amplificateur A0 est reliée à la sortie de cet amplificateur par une résistance de contre-réaction R4 et à la borne de masse par une résistance R5. La sortie de l'amplificateur A0 est reliée à 1' accès lA à travers une résistance série R6. q Lorsque l'accès 1q n'est utilisé ni en entrée, ni en sortie, les 2M = 32 commutateurs 21 et 31 demeurent à l'état initial q q ouvert. Pour équilibrer les circuits d'entrée dans l'amplificateur A0, et ainsi fournir une tension de décalage, dit d'offset, aussi faible que possible en sortie de l'amplificateur, la valeur de la résistance R3 est définie par rapport à la valeur des résistances R4 et R5 considérées en parallèle. L' impédance de sortie de l'amplificateur A0 par rapport à la borne de masse est alors quasiment nulle, de l'ordre de 0,1 fl. L'adaptation d'impédance de l'interface 1q à la ligne de transmission LT est réalisée en choisissant la valeur de la résistance R6 égale à Zc Du côté du circuit d'entrée IN , l'impedance d'entrée est trèsélevée à travers le condensateur CD. Quand 1' interface 1q est programmée en interface d'entrée et donc l'accès lAq est une entrée du dispositif reliée à une source vidéo, au moins l'un des M = 16 commutateurs 21q est fermé, et les M commutateurs 31 sont ouverts. q La ligne coaxiale LTq est encore terminée sur l'imEedance caractéristique R6 = Zc. La capacité du condensateur CD est relativement élevée pour laisser toute la bande de fréquence utile du signal vidéo reçu sans différentiation et pour supprimer une quelconque composante continue indésirable.La résistance R1 est grande par rapport à l'impédance du condensateur oe pour ne pas affaiblir sélectivement les composantes fréquentielles du signal vidéo, et est également assez élevée pour ne pas désadapter la résistance de charge R6 = Zc Le suiveur tampon ST est un amplificateur opérationnel de gain unité, d'impédance d'entrée très grande et d'impédance de sortie très faible ; la tension de décalage du suiveur ST est faible, typiquement 2 mV environ.La résistance de sortie R2 est faible et isole la sortie du suiveur ST par rapport à la réactance des commutateurs 21q Quand l'interface 1q est programmée en interface de sortie et donc l'accès 1A est une sortie du dispositif reliée à un récepteur q vidéo, seulement l'un des M = 16 cczmutateurs 31 est fermé et relie, q à travers un commutateur adressé fermé dans l'une des matrices élémentaires d'entrée 20 à 23, une source vidéo audit récepteur. Tous les M commutateurs 21 relatifs à l'interface 1 sont ouverts. q q La résistance R3 est alors en parallèle avec la ccmbinaison série de la résistance R2, de la résistance interne dudit commutateur adressé fermé de matrice d'entrée et de la résistance interne du ccmmutateur fermé de matrice de sortie 31q, l'impedanca de sortie du suiveur ST étant négligeable. tes résistas R4 et R5, gui sont de préférence égales, sont choisies par rapport à ladite combinaison série de résistances de manière à minimiser la tension de décalage de l'amplificateur opérationnel A0 superposé au signal vidéo sortant de l'interface 1q. L'amplificateur A0 a typiquement un gain égal à 2, correspondant à R4 = R5, de manière à obtenir le même niveau de tension de signal en mode d'accès en entrée et en mode d'accès en sortie chargé sur Zc = 75 n. REVENDICRTIONS 1. Dispositif de canmutation matriciel à large bande ayant N entrées et sorties et comprenant une grille de commutation (2, 3) et une unité de commande (4) pour relier sélectivement des entrées à des sorties de la grille, caractérisé en ce qu'il comprend N interfaces d'entrée/sortie (1o, 1N-1) r chaque interface ayant un accès de signal entrant/sortant (1A0,1AN-1), une borne de sortie (1S0, 1SN-1) reliée à l'une respective des entrées de la grille, et une borne d'entrée (lEo, 1EN 1) reliée à l'une respective des sorties de la grille, et en ce que l'unité de ccmmande (4) comprend des premiers moyens (5LE, 5ME, 5CL) pour sélectionner M interfaces en tant qu'interfaces d'entrée afin qu'un signal entrant soit transmis de l'accès d'une interface d'entrée à la grille (2, 3) à travers la borne de sortie de l'interface d'entrée, et des seconds moyens (SOL, 5MS, 5CS) pour sélectionner au plus NM interfaces en tant qu'interfaces de sortie afin qu'un signal sortant soit transmis de la grille (2, 3) à l'accès d'une interface de sortie à travers la borne d'entrée de l'interface de sortie, où M est un entier inférieur ou égal à l'entier N/2. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque interface (1q) comprend : - des moyens d'entrée unidirectionnels (IN) reliant l'accès de l'interface (IAq) à la borne de sortie de l'interface (lSq) pour transmettre un signal entrant d'une ligne de transmission (LTq) desservant l'accès à une entrée respective de la grille (2, 3) sans affaiblir les composantes fréquentielles du signal entrant et désadapter ladite ligne de transmission, et - des moyens de sortie unidirectionnels (OU) reliant la borne d'entrée de l'interface (lEq) à l'accès de l'interface (1A ) pour transmettre un signal sortant de la sortie respective de la grille (2, 3) à la ligne de transmission (LT ) en maintenant une adaptation q à la ligne lorsque l'accès est sélectionné aussi bien en entrée qu'en sortie. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'entrée (IN) cooprennent un suiveur tampon d'adaptation à amplificateur de gain unité (ST) ayant une entrée reliée à l'accès (lAq) de l'interface à travers un condensateur (CD) et à une borne de masse à travers une résistance (Ri), et ayant une sortie reliée à l'entrée respective (lSq) de la grille à travers une résistance (R2). 4. Dispositif conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de sortie (W) ccmprennent un aitlificateur non inverseur (AO) ayant une entrée (+) reliée directement à la sortie respective (1Eq) de la grille et à travers une résistance (R3) à une borne de masse, une autre entrée (-) reliée à la sortie de l'amplificateur à travers une seconde résistance (R4) et à la borne de masse à travers une troisième résistance (R5), et une sortie reliée à l'accès (lkq) de l'interface à travers une résistance (R6) q égale à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission (LTq). 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'entrée M est un sous-multiple de l'entrée N, et la grille de commutation comprend - N/M matrices de ccmmutation d'entrée carrées (20, 2N/M-1) chacune ayant M entrées reliées respectivement aux bornes de sortie de M interfaces respectives et ayant M sorties reliées respectivement aux M conducteurs d'un bus de transfert (BU), et - N/M matrices de commutation de sortie carrées (30 3N/M 1) chacune ayant M entrées reliées respectivement aux M conducteurs dudit bus de transfert (BU) et ayant M sorties reliées respectivement aux bornes d'entrées de M interfaces respectives. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les premiers moyens pour sélectionner (5LE, 5ME, 5CL) sélectionnent une interface (1q), comme interface d'entrée, en fermant au moins l'un de M commutateurs (21q) dans la grille (2, 3) reliés à la borne de sortie (lSq) de l'interface d'entrée, et en ouvrant M catimotateurs (31q) dans la grille reliés à la borne d'entrée (lEq) de l'interface d'entrée, et en ce que les seconds moyens pour sélectionner (5CL, 5MS, 5CS) sélectionnent une interface (lq), comme interface de sortie, en fermant l'un de M commutateurs (31q) reliés à la borne d'entrée (1Eq) de l'interface de sortie et en ouvrant tous les M commutateurs (21q) reliés à la borne de sortie (1Sq) de l'interface de sortie.