Brevet FR2681755A1 — publié le 19930326

Système d'interconnexion électrique entre une pluralité de cartes "fille" La présente invention a pour objet un système d'interconnexion électrique entre une pluralité de cartes "fille" du type utilisant une carte "mère". Dans les appareils ou installations comportant un très grand nombre de composants électroniques ou électriques, ceux-ci sont le plus souvent montés sur des cartes, c'est-à-dire des supports isolants rigides comportant des pistes conductrices pour relier entre-eux les différents composants montés sur une même carte. La carte peut être monoface ou biface. L'appareil ou l'installation comporte bien sOr plusieurs cartes. Pour interconnecter les différentes cartes entre-elles, c'est-à-dire pour interconnecter les différents circuits réalisés sur les différentes cartes, on utilise en général une carte dite mère". Cette carte est montée et fixée horizontalement dans un support mécanique dit "tiroir". Pour assurer la liaison électrique entre chaque carte qui est alors dite "fille" et la carte "mère", cette dernière comporte des embases parallèles à une même direction et chaque carte "fille" comporte une fiche, chaque fiche comportant des éléments de connexion électrique qui coopèrent avec les éléments correspondants de l'embase associée lorsque la carte "fille" a été montée sur la carte "mère". La coopération entre l'embase et la fiche constitue de plus un des modes de liaison mécanique entre les cartes "fille" et la carte "mère". Pour réaliser l'ensemble du circuit consistant dans une interconnexion particulière des différentes cartes "fille" d'un même tiroir, on comprend que la carte "mère" doit comporter elle-même des pistes conductrices ou des éléments conducteurs permettant de relier électriquement de façon convenable les différents éléments conducteurs des différents éléments de connexion des embases entre-eux et vers les bornes de sortie de la carte "mère", c'est-à-dire les bornes de sortie du tiroir constituées par la carte "mère" et les cartes "fille" enfichées sur celles-ci. Les figures 1 et 2 illustrent un tel système connu d'interconnexion. La figure 2 montre en vue en perspective une partie d'une carte "mère" 10 et deux embases 12 et 14 solidaires de celle-ci. Sur cette figure, on a représenté une rangée d'éléments de connexion respectivement référencés 16 et 18. On a également représenté deux cartes "fille" 20 et 22 avec leurs fiches respectives de connexion 24 et 26. Les fiches de connexion sont munies de leurs éléments de connexion 28 et 30 qui coopèrent avec les éléments de connexion 16 et 18 des embases 12 et 14 lorsque les cartes "fille" 20 et 22 sont montées sur la carte "mère" 10. La figure 1 illustre schématiquement les liaisons électriques qui peuvent ainsi être réalisées. On a représenté les conducteurs électriques 32,34 qui relient les éléments connecteurs 28 et 30 des fiches 24 et 26 aux pistes conductrices non représentées sur la figure des cartes "fille" 20 et 22. On a également représenté les conducteurs 36 et 38 qui relient les éléments de connexion 16 et 18 des embases à des conducteurs 11 de la carte "mère" 10 qui forment un BUS. On voit en particulier que la totalité des interconnexions électriques passent par la carte "mère" 10 par l'intermédiaire des éléments de connexion entre les fiches et les embases. La carte "mère" qui supporte les embases qui recevront elles-mêmes les éléments de connexion des fiches associées aux cartes "fille" représente une des limites à l'accroissement du niveau d'intégration du tiroir dont elle fait partie. Dans les conditions actuelles, accroître la densité d'interconnexion d'un tiroir électronique consiste à ajouter des contacts dans les connecteurs associés aux embases et aux fiches, par la miniaturisation de ceux-ci, à ajouter des trous métallisés et des couches de conducteurs électriques dans la carte "mère" avec des épaisseurs de traits de gravure de définition des pistes conductrices de plus en plus fines. La carte "mère" devient donc un élément de moins en moins fiable sur les plans mécaniques et électriques et en outre de plus en plus coûteux du fait de sa plus grande complexité. Lorsque l'on veut augmenter la densité de composants du tiroir, on se trouve confronté à un certain nombre de limitations mécaniques liées à la réalisation de la carte "mère". Parmi celles-ci, on peut citer - la largeur des pistes internes - la densité des pistes conductrices internes - le diamètre des trous avant la métallisation - la densité des trous métallisés de la carte "mère" - le nombre de couches de conducteurs de la carte "mère" - le matériau dont est constituée celle-ci - la planéité de la carte et enfin - les dimensions de la carte "mère". L'augmentation de la densité de composants se heurte également à un certain nombre de limites sur le plan électrique quant à la réalisation de la carte "mère". Le temps de transit dans la carte "mère" n'est plus négligeable lorsque les longueurs de pistes conductrices doivent être augmentées. Il est donc intéressant de rechercher des liaisons les plus courtes possibles. En outre, l'impédance caractéristique d'une ligne permet d'assurer le respect de la forme du signal qui transite par le conducteur. Une impédance contrôlée apporterait de nouvelles contraintes sur la réalisation des circuits dans la carte "mère". En outre1 la densité des lignes en augmentant accroît également la probabilité de diaphonie. Enfin, l'augmentation du nombre de trous métallisés entraînant leur empilage de pastilles crée une capacité non négligeable. On voit donc qu'il existe un réel besoin de fournir un mode amélioré d'interconnexion de cartes "fille" à l'aide d'une carte "mère" dans un double but : soit pour une densité donnée de composants de permettre de diminuer la densité des connexions sur la carte "mère" afin d'améliorer les caractéristiques qui ont été explicitées précédemment ; soit en maintenant le même niveau de qualité des caractéristiques énoncées précédemment d'accroître encore la densité de connexion des circuits des cartes "fille". Un objet de la présente invention est de fournir un système d'interconnexion de cartes "fille" qui permette d'obtenir les résultats énoncés ci-dessus Pour atteindre ce but, selon l'invention, le système d'interconnexion électrique entre une pluralité de cartes "fille" comprenant une carte "mère" comportant une pluralité d'embases pour établir des liaisons électriques avec une pluralité de fiches associées auxdites cartes "fille", les éléments de connexion de chaque fiche étant raccordés électriquement à des pistes conductrices de la carte "fille" associée, se caractérise en ce que au moins certains des ensembles constitués par une fiche et n la carte "fille" associée comportent des éléments supplémentaires de connexion électrique avec au moins un ensemble adjacent formé par une fiche et la carte "fille" associée, lesdits éléments supplémentaires de connexion électrique étant distincts des éléments de connexion des fiches sur les embases de la carte "mère", pour réaliser certaines interconnexions électriques entre les pistes conductrices des cartes "fille" correspondantes, les autres interconnexions électriques étant réalisées à l'aide des embases connectées auxdites fiches et des conducteurs électriques de ladite carte "mère". On comprend qu'ainsi une partie des éléments de connexion électrique et, plus particulièrement, des pistes conductrices qui auraient dû être réalisées sur la carte "mère" sont réalisées en dehors de celles-ci grâce aux éléments supplémentaires d'interconnexion réalisés sur les ensembles formés par les cartes "fille" et leur fiche associée. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, les éléments supplémentaires de connexion électrique sont montés sur les fiches elles-mêmes et sont raccordés à des pistes conductrices des cartes "fille" associées. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, les éléments supplémentaires de connexion électrique sont disposés dans des éléments support faisant saillie hors des faces principales des cartes "fille", les éléments support étant disposés à proximité des fiches des cartes "fille", lesdits éléments supplémentaires de connexion électrique étant raccordés à des pistes conductrices des cartes "fille". D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1, déjà décrite, illustre de façon schématique un mode connu d'interconnexion de cartes "fille" sur une carte "mère" ; - la figure 2, déjà décrite, montre en perspective un mode connu de montage des cartes "fille" sur une carte "mère" ; - la figure 3 montre un premier mode d'interconnexion de cartes "fille" selon l'invention en vue en perspective - la figure 4 montre, de façon schématique, les interconnexions électriques réalisées à l'aide du mode de mise en oeuvre de l'invention représentée sur la figure 3 - la figure 5 montre en perspective un deuxième mode de mise en oeuvre du système de connexion selon l'invention ; et - la figure 6 montre une variante du premier mode de réalisation des figures 3 et 4. En se référant tout d'abord aux figures 3 et 4, on va décrire un premier mode de réalisation du système d'interconnexion des cartes "fille" sur la carte "mère". Sur la figure 3, on a repris les dispositions de la figure 2 déjà décrite en faisant apparaître les modifications apportées conformément au premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la figure 3, on retrouve la carte "mère" 10 avec ses embases 12 et 14 munies de leurs éléments de connexion 16 et 18 dont on n'a représenté qu'une seule rangée disposée dans le plan de coupe frontale. On a également figuré les cartes "fille" 20 et 22. Selon le premier mode de réalisation, les fiches 40, 42 associées aux cartes "fille" 20 et 22 ont une forme et une constitution particulières que l'on va maintenant décrire plus en détail. Les fiches 40 et 42 ont une largeur accrue selon la direction horizontale (direction du plan de la carte "mère" 10) de telle manière qu'il n'y ait entre les faces latérales 40b, 42a en regard qu'un jeu e réduit. Par faces latérales des fiches 40 et 42, il faut entendre les faces des fiches qui sont sensiblement parallèles au plan des cartes "fille" 20 et 22. Sur la figure 3, on a également fait apparaître la carte "fille" 23 avec sa fiche 46 qui a exactement la même forme que les fiches 40 et 42. En particulier, il n'existe qu'un jeu réduit entre la face latérale 46a de la fiche 46 et la face latérale 42b de la fiche 42. Les faces latérales 40b, 42a, 42b, 46a etc.. des fiches 40, 42, 46 sont munies d'éléments de connexion 47, 48, 50, 52, 54 respectivement mâles et femelles dont on n'a représenté en traits pleins que la rangée disposée dans le plan frontal de coupe En fait, il y en a une pluralité de rangées s'étendant selon la direction perpendiculaire au plan de la figure 3 c'est-à-dire selon la direction des fiches. Ces éléments de connexion seront appelés "supplémentaires" pour les distinguer clairement des éléments de connexion 28 et 30 qui coopèrent avec les éléments de connexion 16 et 18 des embases. Il va de soi que les éléments supplémentaires de connexion sont alternativement males et femelles pour que les éléments supplémentaires en regard puissent s'interconnecter. Comme dans un système connu d'interconnexion, les éléments de connexion 28,30 des fiches 40, 42 sont reliés électriquement par des conducteurs 54,56 aux pistes conductrices, non représentées sur la figure, des cartes "fille" 20 et 22. De même, les éléments de connexion 16,18 des embases 12,14 sont reliés par les conducteurs 58,60 aux pistes conductrices 62 de la carte "mère" 10. Les éléments supplémentaires de connexion 47,48 de la fiche 40 sont reliés à des conducteurs 64 internes à la fiche 40. Ces conducteurs 64 sont eux-mêmes reliés par des conducteurs 66 aux pistes conductrices de la carte "fille" 20. Il en va de même pour la fiche 42. On comprend qu'ainsi l'interconnexion entre les différentes pistes conductrices des cartes "fille", c'est-à-dire l'interconnexion entre les différents composants électriques ou électroniques est réalisée non seulement par les conducteurs 62 de la carte "mère" 10 mais également par les conducteurs 64 associés aux éléments de connexion 47,48,50,52 des fiches elles-mêmes. Il en résulte qu'en conservant un même nombre de conducteurs 62 sur la carte "mère" 10, on peut interconnecter un plus grand nombre de composants grâce aux conducteurs d'interconnexion réalisés dans les fiches elles-mêmes, ou bien, en conservant un même nombre de composants à interconnecter on peut diminuer le nombre de conducteurs sur la carte "mère" ce qui permet de remédier aux inconvénients mentionnés précédemment. Il faut de plus souligner que, dans ce premier mode de réalisation, on peut partir de fiches avec des connexions normales standards mais une largeur accrue. A partir de ce composant de base, on peut, à la demande du client, mettre en place les éléments de connexion supplémentaires et les connections électriques internes à la fiche, en fonction des interconnexions particulières qu'il veut réaliser. A l'aide des conducteurs supplémentaires 64 et 66 de chaque fiche, on peut réaliser tous les types de connexion entre les éléments supplémentaires de connexion par exemple 47,48 et les pistes de la carte "fille". La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, les fiches 24,26 associées aux cartes "fille" 20,22 sont identiques à celles de la figure 1. Elles comportent uniquement les éléments de connexion "standards" 28 et 30 pour coopérer avec les éléments de connexion 16,18 des embases 12,14. On a simplement fait apparaître sur la figure une troisième carte "fille" 23 avec sa fiche 27. Les interconnexions supplémentaires sont réalisées à partir d'éléments support 80,82 pour la carte "fille" 20 ; 84,86 pour la carte fille 22 ; et 88, pour la carte fille 23. Ces éléments support sont mécaniquement fixés sur les deux faces principales 20a,20b ; 22a, 22b ; 23a des cartes "fille" et font saillie hors de celles-ci. Les éléments support sont, de préférence, fixés à proximité des fiches et s'étendent parallèlement à celles-ci, c'est-à-dire parallèlement aux embases. Chaque élément support comporte une face 82a à 88a qui est libre et parallèle aux faces des cartes "fille". Les faces libres en regard des éléments support laissent entre-elles un jeu réduit e. Dans les faces libres des éléments support 80 à 88 sont montés des éléments supplémentaires de connexion 90,92,94,96, alternativement males et femelles pour pouvoir coopérer entre-eux comme le montre la figure 5. Cette figure ne montre qu'une seule rangée d'éléments supplémentaires de connexion. Les éléments supplémentaires de connexion 90 à 96 sont reliés à des pistes conductrices, non représentées sur la figure, des cartes "fille" 20,22,23 par des conducteurs électriques 98,100,102,104 internes aux éléments support 80 à 88. On comprend qu'ainsi on réalise de nouvelles lignes d'interconnexion entre les composants de cartes "fille" qui viennent s'ajouter à celles qui existent déjà dans la carte "mère" 10. Cela procure donc les mêmes avantages que ceux qui ont été décrits en liaison avec le mode de réalisation des figures 3 et 4. La figure 6 montre une variante du premier mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 3 et 4. Cette variante concerne uniquement le mode de réalisation des éléments de connexion "supplémentaires" entre les fiches des cartes "filles". Sur la figure 6, on a repris les références de la figure 3 pour les parties non modifiées. On retrouve ainsi la carte "mère" 10 avec ses embases 12 et 14, les cartes "filles" 20 et 22 avec leurs fiches référencees 40' et 42' puisque ces dernières sont modifiées par rapport aux fiches 40 et 42 de la figure 3 comme on l'expliquera ultérieurement. Les éléments de connexion "classiques" mâles et femelles 16, 28 et 18, 30 permettent d'établir les interconnexions directes entre la carte "mère" 10 et les cartes "filles" 20 et 22. La modification par rapport à la figure 3 consiste dans le mode de réalisation d'une partie des éléments de connexion "supplémentaires" entre les fiches 40' et 42'. Dans l'exemple particulier considéré les fiches comportent, dans le plan de coupe, deux lignes de conducteurs internes 64 et 64'. Les conducteurs internes 64 des fiches sont reliés par des éléments de connexion 65 et 67 femelles. De même, les conducteurs internes 64', sont reliés à un élément de connexion femelle 65', 67' qui débouche dans la face verticale 40'a, 42'a des fiches 40', 42' et dans un évidement 69, 71 ménagé dans la face inférieure des fiches 40' et 42'. Ces évidements sont prolongés par des fentes ménagées dans les faces 40'a et 42'a. Chaque paire d'éléments de connexion femelle 65, 57 et 65', 67' disposée en regard est interconnectée par un double élément de connexion mâle respectivement 73 et 73'. Les éléments de connexion mâles 73 et 73' sont fixés sur un support isolant 75 faisant saillie dans les évidements 69 et 71 des fiches 40', 42'. Les éléments de connexion 73 et 73' sont disposés de telle manière que, lorsque les fiches 40', 42' sont enfichées sur la carte "mère" 10, les éléments de connexion doubles 73 et 73' pénètrent dans les éléments de connexion femelle 65, 67 et 65', 67' assurant ainsi la liaison électrique entre les conducteurs internes 64 et 64'. On comprend qu 'on augmente le volume disponible entre deux cartes "fille" pendant les opérations d'enfichage et de désenfichage des cartes "filles" sur la carte "mère" du fait de la suppression des éléments de connexion mâles faisant saillie hors des faces verticales des fiches. Dans le cas où les conducteurs internes 64 et 64' sont décalés, on a deux éléments doubles de connexion mâles distincts qui sont situés à des niveaux correspondant respectivement aux éléments femelles 65, 67 et 65', 67'. Selon ce mode de réalisation, on conserve un jeu e de l'ordre de 0,3 mm entre les fiches adjacentes. On comprend que la variante de réalisation de la figure 6 peut également être appliquée au deuxième mode de réalisation de la figure 5. Les doubles éléments de connexion mâles doivent être montés sur des éléments supports de dimension suffisante pour que les doubles éléments mâles puissent pénétrer dans les deux éléments de connexion femelles dont sont alors équipées les faces verticales des pièces support 82, 84, 86, etc., ces faces verticales comportant elles-mêmes des évidements. REVEMIICATIONS 1. Système d'interconnexion électrique entre une pluralité de cartes "fille" (20,22,23) comprenant une carte "mère" (10) comportant une pluralité d'embases (12,14) pour établir des liaisons électriques avec une pluralité de fiches (24,26,27, 40,42,46,40', 42'), associées auxdites cartes "fille", les éléments de connexion (28,30) de chaque fiche étant raccordés électriquement à des pistes conductrices de la carte "fille" associée, caractérisé en ce que au moins certains des ensembles constitués par la fiche (24,26,27,40,42,46,40',42') et la carte "fille" associée (20,22,23), comportent des éléments supplémentaires de connexion électrique (47 à 54 ; 90 à 96 ; 65, 67, 65', 67', 73) avec au moins un ensemble adjacent formé par une fiche et la carte "fille" associée, lesdits éléments supplémentaires de connexion étant distincts des éléments de "mère connexion des fiches sur les embases de la carte "mère", pour réaliser certaines interconnexions électriques entre les pistes conductrices des cartes "fille" correspondantes, les autres interconnexions électriques étant réalisées à l'aide des embases connectées auxdites fiches et des conducteurs électriques (62) de ladite carte "mère". 2. Système d'interconnexion électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments supplémentaires de connexion (47 à 54) sont montés sur lesdites fiches (40,42,46) et sont raccordés à des pistes conductrices des cartes "fille" associées par des conducteurs (64,66) desdites fiches. 3. Système d'interconnexion électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de connexion (28,30) des fiches avec les embases (12,14) sont disposés dans une première face desdites fiches et en ce que les éléments supplémenaires de connexion (47 à 54) sont disposés dans deux autres faces (40a,42a,42b,46a) desdites fiches sensiblement parallèles aux plans des cartes "fille". 4. Système d'interconnexion électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments supplémentaires de connexion (90 à 96) sont disposés dans des éléments support (80 à 88) faisant saillie hors des faces principales (20a,20b, 22a,22b,23a) des cartes "fille", lesdits éléments support étant disposés à proximité des fiches des cartes "fille", lesdits éléments supplémentaires de connexion étant raccordés à des pistes conductrices des cartes "fille" par des conducteurs (98 à 104). 5. Système d'interconnexion électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments supplémentaires de connexion (90 à 96) sont montés dans des faces des éléments support (80 à 88) qui sont sensiblement parallèles aux plans des cartes "fille" (20,22,23). 6. Système d'interconnexion électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les connexions électriques supplémentaires entre les fiches sont constituées par deux éléments de connexion (65, 67, 65', 67') disposés en regard et par un double élément de connexion (73,73') solidaire de la carte "mère" (10) disposé de telle manière qu'il coopère avec lesdits deux éléments de connexion lorsque les cartes "filles" correspondantes sont montées sur les embases (12, 14) de ladite carte "mère 7. Système d'interconnexion électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux éléments de connexion (65,67,65',67') sont femelles et en ce que ledit double élément de connexion est mâle (73,73').