Brevet FR2691597A1 — publié le 19931126

La présente invention est relative à un récepteur de données numériques émises sous forme de signaux différentiels de tension entre deux lignes électriques et, plus particulièrement, à un tel récepteur utilisable dans des modules électroniques multiplexés commandant diverses fonctions dans un véhicule automobile. On étudie actuellement le remplacement du câblage électrique classique d'un véhicule automobile par un bus d'alimentation électrique et par un bus de transmission de données numériques interconnectant des modules électroniques de commande d'actionneurs ou d'acquisition de signaux reçus de capteurs. A titre d'exemple, l'avant-projet de norme française R13-708 correspondant au document de travail référencé ISO/TC22/SC3/WG1 N429 Part 2 publié par l'international Standardization Organization, décrit l'architecture générale d'un réseau de communication dit "VAN" conçu pour être embarqué dans un véhicule automobile. Un réseau du type VAN comprend une pluralité de modules électroniques interconnectés par un bus bifilaire DATA, DATA propre à transmettre des données numériques émises par un des modules électroniques sous forme de trames de signaux de tension détectables différentiellement entre les deux fils ou lignes du bus. Tout module couplé à ce bus comprend, entre autres sous-ensembles, un récepteur tel que celui référencé I à la figure 1 du dessin annexé, pour recevoir des informations transmises par le bus et un émetteur (non représenté) pour émettre des informations sur ce bus.Le récepteur comprend classiquement, comme connu des documents US-A-4 792 950 et FR-A-2 627 036, un premier comparateur RO dont les entrées sont connectées aux lignes DATA, DATA respectivement et des deuxième (ERR1) et troisième (ERR2) comparateurs "de mode commun dont les entrées non inverseuses et inverseuses sont connectées aux lignes DATA, DATA respectivement et dont les entrées inverseuses et non inverseuses respectivement, sont connectées à une source de tension de référence Vref réglée à une valeur comprise dans l'excursion de la tension entre les deux lignes du bus. Deux filtres 3 et 4 sont disposés entre les lignes DATA et DATA respectivement et les entrées correspondantes des comparateurs. Ces filtres ont pour objet de limiter l'influence des parasites qui peuvent affecter les signaux transmis sur les lignes. Ce sont des filtres analogiques passe-bas généralement identiques. Le filtre 3, par exemple, comprend des résistances R1, R2 montées en pont diviseur et un condensateur C1 connecté en parallèle sur la résistance R2. Le filtre 4 comprend des éléments semblables R'1, R'2, C'1. Les bornes communes des résistances R1, R'1 et des condensateurs C1, C'1 sont alimentées par une tension de polarisation de filtre Viol. Il est clair que si les lignes ne sont affectées d'aucun défaut, le comparateur RO suffit à détecter la tension différentielle entre les lignes du bus pour délivrer sur sa sortie un signal binaire basculant avec le signe de la tension d'entrée. Cependant, grâce aux deux comparateurs ERR1 et ERR2, il est possible de tirer parti de la complémentarité des états logiques des lignes DATA, DATA pour que l'information circulant sur le bus soit transmise à un module fonctionnant en réception, quand bien même l'une des deux lignes souffrirait d'un court-circuit ou d'une ouverture de circuit. L'analyse des sorties des trois comparateurs permet de détecter le défaut et de sélectionner l'une des trois sorties du comparateur, celle qui transmet correctement l'information.C'est ainsi que, par exemple, en cas de défaillance de la ligne DATA, c'est le comparateur ERR1, connecté à la ligne DATA, par hypothèse en bon état, qui est sélectionné pour transmettre des informations du bus au module. On ne sera alors assuré d'une réception correcte des informations que si le comparateur ERR1 est alors en état de basculer, ctest-à-dire si la tension Vref, classiquement de valeur constante, est telle que le signal RI de sortie du filtre 3 peut croiser cette tension Vref Celle-ci est normalement fixée au milieu de l'excursion de tension (0 V 5 V, par exemple) des lignes du bus, soit à 2,5 V. Or la tension VRI du signal RI de sortie du filtre 3 par exemple, peut s'exprimer sous la forme suivante VRI r- VDATA + ( 1 - r) . VpOl (1) où V DATA est la tension sur la ligne DATA, et r est le rapport de division R2/(R1 + R2) du pont constitué par les resistances R1 et R2 du filtre. Il apparaît ainsi que la tension VRI, qui va être comparée dans le comparateur ERR1 à la tension Vref fixe, est fonction de VDATA, de VpOl et du rapport r. Ces trois grandeurs sont susceptibles de variations substantielles. Dans un véhicule automobile alimenté par une batterie à larges fluctuations de tension de sortie (+Vbat), on sait qu'il faut admettre des tolérances assez larges sur les niveaux du signal de tension VDATA qui correspondent respectivement aux états logiques 1 et O. De même, de nécessaires tolérances de fabrication impliquent des variations du rapport r du pont (R1,R2).La tension de polarisation VpOl peut elle-même être fortement affectée par les variations de la tension d'alimentation du module électronique équipé du récepteur en cause, délivrée par la batterie du véhicule automobile. De même, dans un tel véhicule, on sait que la tension de masse d'un module peut s'écarter sensiblement de la tension correspondante d'un autre module. D'autres causes de fluctuations de la tension VRI peuvent être trouvées dans la dépendance des caractéristiques électriques des composants semi-conducteurs du module avec la température, dans les contraintes de la technologie de composants choisie, etc... Toutes ces causes de variations font que, lors d'une phase de fonctionnement du récepteur qui exige l'activation du comparateur ERR1 par exemple, la tension VRI peut ne jamais pouvoir atteindre le niveau de la tension fixe Vref La transmission d'information par ce comparateur est alors impossible. La présente invention a donc pour but de réaliser un récepteur de données numériques émises sous forme de signaux différentiels de tension entre deux lignes électriques, du type comprenant les trois comparateurs décrits ci-dessus, dans lequel le caractère opérationnel d'un comparateur de mode commun ERR1 ou ERR2 soit garanti en cas de sélection de celui-ci pour la transmission de données numériques. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel récepteur qui soit susceptible de fonctionner correctement en présence d'un parasitage important du bus ou de signaux de faible amplitude sur les lignes de ce bus. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un récepteur de données numériques émises sous forme de signaux différentiels de tension détectables entre les première et deuxième lignes électriques, comprenant des premier, deuxième et troisième comparateurs et conçu pour recevoir les signaux à travers l'un, sélectionné, des trois comparateurs, les entrées du premier comparateur étant connectées aux deux lignes, une des entrées des deuxième et troisième comparateurs étant connectée aux première et deuxième lignes, respectivement, alors que l'autre entrée est connectée à une tension de référence située dans ltexcursion de tension des lignes.Suivant l'invention, le récepteur comprend des moyens de génération de la tension de référence de l'un quelconque des deuxième et troisième comparateurs, conçus pour faire varier cette tension dans le sens d'un décalage subi par les deux niveaux de tension lus sur la ligne à laquelle il est raccordé, de manière à maintenir la capacité de commutation de ces comparateurs, malgré ce décalage. Ainsi est-on assuré, grâce à l'invention, que les comparateurs de mode commun restent opérationnels malgré les éventuelles fluctuations de tension mentionnées ci-dessus. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le récepteur étant associé à deux filtres passe-bas installés chacun entre une ligne du bus et les entrées correspondantes des trois comparateurs, les deux filtres étant polarisés par une tension de polarisation commune, lesdits moyens de génération délivrent à chacun des deuxième et troisième comparateurs une tension de référence qui est une fonction linéaire de la tension de polarisation des filtres. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un récepteur de données numériques suivant la technique antérieure, décrit et commenté en préambule de la présente description, - la figure 2 est un schéma du récepteur de données numériques suivant la présente invention, - la figure 3 est un graphe utile à l'explication du fonctionnement du récepteur suivant la présente invention, et - la figure 4 représente une variante des moyens de formation d'une tension de polarisation de filtres, utilisée dans une variante du récepteur suivant la présente invention. On se réfère à la figure 2 du dessin annexé où l'on a représenté le récepteur suivant la présente invention. Sur cette figure, des références identiques à celles utilisées sur la figure 1 repèrent des éléments ou organes identiques ou similaires. On retrouve ainsi les comparateurs RO, ERR1, ERR2, les filtres (R1,R2,C1) et (R'1,R'2,C 'î) et la tension de polarisation VpOl de ces filtres. Sur le schéma de la figure 2 les tensions de référence (ou de comparaison) des comparateurs ERR1 et ERR2 sont cependant notées VCOmp et Vaomp B respectivement, pour des raisons qui apparaîtront plus loin. Pour simplifier la description de l'invention, on décrira celle-ci dans son application au comparateur ERR1 du récepteur, étant bien entendu que le raisonnement développé ci-dessous s'applique de la même manière au comparateur ERR2. Pour prendre en compte les fluctuations de la tension VDATA sur la ligne DATA, on fixe un seuil de tension minimal VDATAHT au-dessus duquel on considère que le niveau logique transmis par la ligne DATA est le niveau logique 1. Tout signal d'amplitude égal ou supérieur à V DATA H est alors interprété par le récepteur comme représentatif d'un niveau logique 1. De même on définit un seuil de tension maximal VDATA L garantissant un niveau logique O sur la ligne DATA. Tout signal d'amplitude égal ou inférieur à VDATAL est interprété comme un niveau logique 0 par le récepteur. Comme on l'a vu plus haut (voir l'équation 1) la tension d'entrée VRI du comparateur ERR1 est fonction de la tension VDATA, du rapport de pont r et de la tension de polarisation VpOl des filtres. Du fait des tolérances qu'il faut admettre sur les composants (R1,R2) du pont diviseur, le rapport r de ce pont peut descendre jusqu'à un minimum rmin. Pour une tension de polarisation donnée Viol, la tension VRI à l'entrée du comparateur ERR1 correspondant à la réception d'un niveau logique 1 passe donc par un minimum V51 H tel que V51 H =VDATA H rmin + (1 - rmin) Vp01 (2) De même, pour une tension de polarisation donnée Viol, la tension V51 à l'entrée du comparateur ERR1 correspondant à la réception d'un niveau logique O passe par un maximum Vrai L tel que: VRI L VDATA L . rmin + (1 - rmin) .Vpol (3) Pour que le comparateur ERR1 affiche un niveau 1 à sa sortie, il est nécessaire que l'écart de tension entre son entrée inverseuse et son entrée non inverseuse soit supérieur à un seuil minimum V51 qui garantit le basculement au niveau 1 de sa sortie, ce seuil V51 étant notamment fonction de l'hystérésis du comparateur et de sa tension de décalage (dite "d'offset"). De même, pour que le comparateur ERR1 affiche un niveau O à sa sortie, il est nécessaire que l'écart de tension entre son entrée inverseuse et son entrée non inverseuse soit inférieur à un seuil maximum Vso qui garantit le basculement à O de sa sortie, ce seuil étant notamment fonction lui aussi de l'hystérésis du comparateur et de sa tension d'offset. Ainsi, pour qu'un niveau logique 1 sur la ligne DATA soit lu comme tel par le comparateur il faut, pour une tension Vpol donnée V51 H > Vcomp + VS1 (4) soit, compte tenu de l'équation (2) ci-dessus VDATA H rmin + (1 - rmin) . V Pal - VS1 > Vcomp (5) Vcamp étant la tension de polarisation de l'entrée inverseuse du comparateur ERR1. De manière similaire, pour qu'un niveau logique O sur la ligne DATA soit lu comme tel par le comparateur ERR1, il faut que VDATA L . rmin + (1 - rmin) Vpaî - VSO Comme on l'a vu plus haut, la tension Vpol peut, comme VDATA, subir des décalages par rapport à une valeur de consigne. Si, comme représenté à la figure 2, la tension Vpol est établie par une source de tension interne 5, celle-ci peut fluctuer à la suite de fluctuations de la tension de masse locale du module équipé du récepteur suivant l'invention, ou de fluctuations de la tension d'alimentation (+Vbat) de ce module, si la source interne fournissant la tension Vpol est elle-même alimentée directement ou indirectement par cette tension d'alimentation.Il faut donc tenir compte de ce que la tension Vpol varie entre deux bornes telles que Vpol min V DATA H r. + (1 - rmin) Vpol min - VSI > Vcomp (7) V DATA L . rmin + (1 - rmin) . Vpol max - Vso Lorsque les niveaux des signaux VDATA L et VDATA H sont proches l'un de l'autre (ce qui est le cas en cas de transmission de signaux de faible amplitude), ou que la tolérance à admettre sur la tension Vpol est très importante ou encore que les valeurs des seuils Vso et Vsî sont élevées en valeur absolue, cette condition de supériorité peut n'être pas respectée. Il n'est alors pas possible de trouver pour la tension de comparaison VCOmp une valeur qui permette de satisfaire à la fois les équations 7 et 8. Suivant la présente invention, on évite cette situation, créée par des décalages indésirables des tensions des signaux présents sur la ligne DATA (dans le cas examiné) ou sur la ligne DATA, en faisant varier la tension VCOmp dans le même sens que ce décalage de manière à maintenir une possibilité de croisement des signaux V51 et Vcamp (ou V51 et Vcamp B pour le comparateur ERR2). On comprendra mieux cette disposition en se référant au graphe de la figure 3 où la bande non hachurée représente le domaine de validité des inéquations 5 et 6 ci-dessus. En contraignant, suivant l'invention, VCOmp à rester dans cette bande, on s'assure de la capacité de basculement du comparateur ERR1, quelle que soit la valeur instantanée de la tension Viol, dans la mesure où celle-ci reste comprise entre Viol min et Vpaî max Une solution commode pour s'assurer du maintien de V camp dans cette bande consiste à lier VCOmp et Vpaî par une fonction linéaire, représentée à la figure 3 par la droite contenue dans la bande non hachurée, soit une fonction de la forme Vcomp = K .Vpol + constante (9) La pente K étant égale ou voisine de celle des droites délimitant la bande non hachurée, de manière que les extrémités de cette droite (correspondant aux points d'abscisse Viol min et Vpol max) ne sortent pas de cette bande. Bien entendu 1 invention n'est pas limitée à l'établissement d'une relation de dépendance linéaire entre Vpol et VCOmp et toute autre relation serait envisageable dans la mesure où elle permettrait, de manière toutefois plus complexe, de maintenir VCOmp dans la bande non hachurée quand Vpol varie. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la présente invention est mise en oeuvre avec des moyens de génération de tension de référence comprenant des ponts de résistance diviseurs de tension (R3,R4) et (R'3, R' 4) de rapports de division K et K' respectivement, ces ponts étant installés entre la ligne à la tension Vpaî et les entrées de référence Vcamp et V camp B des comparateurs ERR1 et ERR2 respectivement, les rapports K et K' pouvant être différents. La "constante" de l'équation 9 ci-dessus pourrait être introduite, le cas échéant, par un sommateur de tension. Le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2 utilise une tension de polarisation des filtres générée en interne dans le module électronique équipé du récepteur suivant l'invention. Cette génération permet une stabilisation avantageuse de cette tension, dont tirent parti les moyens de génération de tension de référence, qui ajustent ainsi plus précisément les tensions V camp et VCOmp B en fonction de Vpaî L'invention pourrait cependant trouver aussi application dans un module où la tension Vpaî n'est pas générée de cette façon, comme représenté à la figure 4. Sur cette figure on retrouve les filtres des figures 1 et 2. Dans ce mode de réalisation, un pont diviseur est établi entre la masse et une source de tension externe (au récepteur) Vcc, à l'aide de deux résistances additionnelles R5 et R'5 disposées en série avec R2 et R'2, du côté de la source de tension et de la masse respectivement. La borne commune à R2 et R'2 est portée à une tension Vpaî alors définie avec moins de précision que dans le cas de la figure 2 mais qui peut cependant être utilisée de même pour la génération d'une tension Vcamp dépendant linéairement de Viol, suivant la présente invention. I1 apparaît maintenant que le récepteur suivant l'invention est capable de fonctionner correctement, même en présence d'un fort parasitage des signaux transmis par le bus par décalage des tensions représentatives des niveaux logiques à lire. Il fonctionne aussi correctement si les signaux transmis sont de faible amplitude. Grâce à l'adaptation continue des tensions de comparaison des comparateurs de mode commun, on peut en outre admettre des tolérances plus fortes sur les paramètres éventuels du récepteur (par, seuil d'hystérésis, tension d'offset) ce qui permet d'en contenir le coût de fabrication. Outre l'application décrite de la présente invention au multiplexage de transmissions d'informations dans un véhicule automobile, cette invention peut trouver d'autres applications dans le domaine du multiplexage en général et même dans la transmission de signaux numériques différentiels émis par des dispositifs tels que des capteurs de vitesse angulaire à réluctance magnétique variable, par exemple. REVENDICATIONS 1. Récepteur de données numériques émises sous forme de signaux différentiels de tension détectables entre des première (DATA) et deuxième (DATA) lignes électriques, comprenant des premier (RO), deuxième (ERR1) et troisième (ERR2) comparateurs et conçu pour recevoir les signaux à travers l'un, sélectionné des trois comparateurs, les entrées du premier comparateur (RO) étant connectées aux deux lignes, une des entrées des deuxième (ERR1) et troisième (ERR2) comparateurs étant connectée aux première (DATA) et deuxième (DATA) lignes respectivement, alors que l'autre entrée est connectée à une tension de référence (Vcompr Vcomp B) située dans l'excursion de tension des lignes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de génération de la tension de référence (V camp' Vcomp a) de l'un quelconque des deuxième (ERR1) et troisième (ERR2) comparateurs, conçus pour faire varier cette tension dans le sens d'un décalage subi par les deux niveaux de tension lus sur la ligne à laquelle il est raccordé, de manière à maintenir la capacité de commutation de ces comparateurs, malgré ce décalage. 2. Récepteur conforme à la revendication 1, associé à deux filtres passe-bas (Rl,R2,Cl ; R'1,R' 2,C'1) installés chacun entre une ligne du bus et les entrées correspondantes des trois comparateurs, les deux filtres étant polarisés par une tension de polarisation commune (VpOl), caractérisé en ce que lesdits moyens de génération délivrent à chacun des deuxième (ERR1) et troisième (ERR2) comparateurs une tension de référence (V camp ; V camp B) qui est une fonction linéaire de la tension de polarisation (par) des filtres. 3. Récepteur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la tension de polarisation prise en compte par lesdits moyens de génération est imposée par une source de tension (5) interne au récepteur recevant des signaux différentiels. 4. Récepteur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la tension de polarisation prise en compte par lesdits moyens de génération est imposée par une source de tension externe (+Vcc) au récepteur recevant des signaux différentiels. 5. Utilisation du récepteur suivant l'invention, dans un ou plusieurs modules électroniques interconnectés dans un réseau local d'échange d'informations numériques multiplexées, implanté dans un véhicule automobile.