Brevet FR2706605A1 — publié le 19941223

La présente invention concerne le domaine des capteurs délivrant un signal de sortie fréquentiel. La présente invention trouve notamment, mais non exclusivement, application dans le domaine des véhicules automobiles. Par "signal de sortie fréquentiel" on entend un signal électrique dont l'information utile principale est représentée par la fréquence du signal. De nombreux capteurs à signal de sortie fréquentiel ont déjà été proposés. Généralement, ces capteurs sont associés à un circuit de mise en forme qui délivre un signal de rapport cyclique 1/2. Par "rapport cyclique" on entend le rapport entre le temps au niveau haut du signal (c'est-à-dire le temps de passage de courant généré par la saturation d'une porte de sortie) et la période du signal. De tels capteurs sont en particulier utilisés sur véhicules automobiles, par exemple en tant que capteur de vitesse. On a notamment proposé des capteurs de vitesse sur véhicules automobiles comprenant une roue dentée entraînée à rotation et une bobine, parcourue par un courant, influencée par ladite roue dentée, ou encore un aimant rotatif et une sonde à effet Hall influencée par cet aimant. Ces capteurs et circuits de traitement associés délivrent parfois leur signal de sortie à un nombre important de modules d'exploitation. Par exemple, dans le domaine des véhicules automobiles, les capteurs de vitesse délivrent parfois leur information de sortie jusqu'à 10 modules d'exploitation, tels que indicateurs ou limiteurs de vitesse, ordinateurs de bord et calculateurs de navigation, de contrôle, d'attitude du véhicule... Cela exige une puissance de sortie importante pour l'étage de mise en forme. Par ailleurs ces capteurs sont souvent placés dans un environnement à température élevée, par exemple en sortie de boite de vitesses. La Demanderesse a constaté que ces circuits de traitement de ces capteurs posent un problème majeur : à température élevée il existe un risque important de fonctionnement défectueux et de perte d'information. Le but principal de la présente invention est de remédier à cet inconvénient. Dans le cadre de la présente invention ce but est atteint grâce à un circuit de traitement du signal de sortie d'un capteur à signal fréquentiel, caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens de détection de température, et - des moyens aptes à réduire le rapport cyclique du signal de sortie du circuit de traitement lorsque la température détectée est supérieure à un seuil. I1 est important de noter que la structure conforme à la présente invention n'altère pas la fréquence du signal, ni les caractéristiques du front de montée et par conséquent ne modifie pas le traitement ou l'exploitation ultérieurs de ces fréquence et front de montée. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique sous forme de blocs fonctionnels d'un circuit de traitement conforme à la présente invention, - la figure 2 illustre un mode de réalisation particulier non limitatif d'un circuit de traitement conforme à la présente invention, et - la figure 3 représente un chronogramme du fonctionnement de ce circuit. On aperçoit sur la figure 1 annexée un dispositif comprenant un capteur 10, un circuit de traitement classique 20 et un circuit de traitement 100 conforme à la présente invention. Le capteur 10 peut être formé de tout capteur classique à signal de sortie rectangulaire répétitif fréquentiel, c'est-à-dire comme indiqué précédemment, tout capteur délivrant un signal électrique rectangulaire répétitif dont l'information utile principale est représentée par la fréquence du signal. Un tel capteur 10 peut être formé par exemple d'une roue dentée en matériau magnétique doux entraînée à rotation associée à une bobine excitée magnétiquement et influencée par le passage des dents de la roue. Le capteur 10 peut encore être formé par exemple d'un aimant entraîné à rotation en regard d'une sonde à effet Hall. Le circuit de traitement 20 est également classique en lui-même. Il est adapté pour mettre en forme le signal de sortie du capteur 10 et en particulier, sans modifier la fréquence de sortie du capteur 10, imposer un rapport cyclique généralement constant connu. Le plus souvent ce rapport cyclique est de 1/2. En d'autres termes, la majorité des circuits de traitement 20 connus délivrent un signal de sortie, référencé "SIGNAL" sur les figures 1 et 2 annexées, dont le temps au niveau haut est égal à la moitié de la période du signal. Ces circuits de traitement et de mise en forme 20 étant connus en eux-mêmes de l'homme de l'art ne seront pas décrits plus en détail par la suite. Le circuit de traitement 100 conforme à la présente invention comprend essentiellement, comme indiqué précédemment, des moyens 110 de détection de température et des moyens 120, 130, 140 aptes à réduire le rapport cyclique du signal de sortie du circuit de traitement 20 lorsque la température détectée par les moyens 110 est supérieure à un seuil prédéterminé. Plus précisément encore, selon le mode de réalisation particulier et préférentiel représenté sur la figure 1 annexée, le circuit de traitement 100 conforme à la présente invention comprend : - un capteur de température 110, - un étage multiplexeur 120, - un monostable 130, et - un étage de synchronisation 140. La sortie 121 du multiplexeur attaque un étage de sortie 150. Le capteur de température 110 peut faire l'objet de diverses variantes de réalisation. Le capteur de température 110 peut détecter la température ambiante autour du circuit de traitement 100. Toutefois, de préférence, l'étage de sortie comporte un transistor 154 de puissance à semi-conducteur, et le capteur de température 110 est adapté pour détecter la température de ce transistor. Les moyens pour surveiller la température de ce transistor peuvent être formés par exemple d'une cellule thermique diffusée sur le même substrat que ce transistor 154. La température peut également être évaluée par estimation de l'énergie consommée par ce transistor à l'aide d'un relevé de tension de désaturation et de courant sur celui-ci. Le monostable 130 reçoit en entrée, d'une part le signal issu des moyens de traitement classique 20, d'autre part un signal d'horloge référencé HOR. Le monostable 130 génère sur sa sortie 131 un signal MONO synchronisé sur le signal de sortie du circuit de traitement 20. Le rapport cyclique du signal MONO est très inférieur à 1/2, par exemple de l'ordre de 1/5. A titre d'exemple non limitatif, la durée des impulsions du signal MONO, délivrées à la même fréquence que le signal de sortie des moyens de traitement 20, peut être égale à la période du signal d'horloge HOR. L'étage de multiplexage 120 est commandé par la sortie de l'étage de synchronisation 140. L'étage de multiplexage 120 a pour but d'aiguiller vers l'étage de sortie 150, soit le signal de sortie des moyens de traitement 20, soit le signal MONO issu du monostable 130. L'étage de synchronisation 140 reçoit sur son entrée 141 le signal de sortie des moyens de traitement 20 et sur son entrée 142 le signal TEMP issu du capteur de température 110. L'étage de synchronisation 140 délivre sur sa sortie 143 un signal TEMP1 qui présente un premier basculement dès que le signal TEMP appliqué à son entrée 142 correspond à un franchissement par exemple du seuil de température prédéterminé. Le signal TEMP1 délivré sur la sortie 143 de l'étage de synchronisation 140 présente un second basculement synchronisé sur le signal issu des moyens de traitement 20 lorsque le signal TEMP représente un abaissement de température sous le seuil prédéterminé. Comme on le comprendra à la lecture de la description qui va suivre en regard de la figure 3, le signal TEMP1 issu de l'étage de synchronisation 140 permet ainsi d'aiguiller le signal MONO issu du monostable 130 vers l'étage de sortie 150 dès l'instant de détection du dépassement du seuil de température prédéterminé, et permet en revanche de revenir vers le signal issu des moyens de traitement 20 en synchronisme avec ce signal, lorsque la température détectée est redevenue inférieure au seuil prédéterminé. L'étage de sortie 150 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 1, cet étage de sortie 150 comprend un étage tampon amplificateur 152, un étage de puissance transistorisé 154 et une résistance de protection 156. L'étage tampon amplificateur 152 a son entrée reliée à la sortie 121 de l'étage multiplexeur 120. L'étage de puissance transistorisé 154 a son entrée de commande reliée à la sortie de l'étage tampon 152. La résistance de protection 156 dont une borne correspond à la sortie du circuit de traitement est connectée en série du trajet de conduction principale de l'étage de puissance 154. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 2, le monostable 130 est composé de deux bascules 132, 133 et d'une porte ET 134. Les deux bascules 132, 133 sont de type D. La bascule d'entrée 132 a son entrée D reliée à la sortie des moyens de traitement 20 délivrant le signal. L'entrée d'horloge CK de la bascule 132 reçoit le signal d'horloge HOR. L'entrée D de la seconde bascule 133 est reliée à la sortie Q de la bascule 132. La bascule 133 reçoit également sur son entrée d'horloge CK le signal d'horloge HOR. Une première entrée de la porte ET 134 est reliée à la sortie Q de la première bascule 132. La seconde entrée de la porte ET 134 est reliée à la sortie Q complémentée de la seconde bascule 133. Le signal MONO à la sortie 131 de l'étage monostable 130 est disponible sur la sortie de la porte ET 134. L'étage de synchronisation 140 représenté sur la figure 2 comprend une bascule 144 et une porte NOR 145. La bascule 144 est de type D. Elle a son entrée D reliée à la sortie du capteur de température 110. L'entrée d'horloge CK de la bascule 144 reçoit le signal issu des moyens de traitement 20. La porte NOR a une première entrée reliée à la sortie Q de la bascule 144 et une seconde entrée reliée à la sortie du capteur de température 110. Le signal TEMP1 disponible sur la sortie 143 de l'étage de synchronisation 140 est obtenu sur la sortie de la porte NOR 145. L'étage multiplexeur 120 représenté sur la figure 2 comprend un inverseur 122, deux portes ET à deux entrées 124, 126 et une porte OU 128. L'inverseur 122 a son entrée reliée à la sortie 143 de l'étage de synchronisation 140. La porte ET 124 a une première entrée reliée à la sortie 131 du monostable 130 et une seconde entrée reliée à la sortie de l'inverseur 122. La seconde porte ET 126 a une première entrée reliée à la sortie 143 de l'étage de synchronisation 140 et une seconde entrée reliée à la sortie des moyens de traitement 20. La porte OU 128 a une première entrée reliée à la sortie de la porte ET 124 et une seconde entrée reliée à la sortie de la porte ET 126. Le signal de sortie SOR disponible sur la sortie 121 de l'étage multiplexeur 120 est obtenu sur la sortie de la porte OU 128. L'homme de l'art comprendra aisément que selon l'état du signal TEMP1 issu de l'étage de synchronisation 140, l'inverseur 122 autorise, par l'intermédiaire des portes ET 124, 126 respectivement, le transfert du signal MONO issu du monostable 130 ou du signal issu des moyens de traitement classique 20 vers la porte OU 128. Le fonctionnement du circuit ainsi formé est illustré sur le chronogramme de la figure 3. Les six lignes du chronogramme de la figure 3 représentent respectivement de haut en bas - le signal d'horloge HOR appliqué sur le monostable 130, - le signal fréquentiel de rapport cyclique 1/2 issu des moyens de traitement classiques 20, - le signal MONO issu de la sortie 131 de l'étage monostable 130, - le signal TEMP issu de la sortie du capteur de température 110, - le signal TEMP1 issu de la sortie 143 de l'étage de synchronisation 140, et - le signal SOR issu de la sortie 121 du multiplexeur 120 et appliqué à l'étage de sortie 150. Le signal d'horloge HOR présente, bien entendu, une fréquence et un rapport cyclique constant. Le signal issu des moyens de traitement 20 représenté sur la seconde ligne du chronogramme de la figure 3, présente également une fréquence constante ainsi qu'un rapport cyclique constant de 1/2. Cette représentation n'est donnée qu'à titre d'illustration non limitative et suppose la délivrance en sortie du capteur 10 d'un signal invariant, c'est-à-dire par exemple dans le cas d'un capteur de vitesse, une vitesse constante. Le signal MONO représenté sur la troisième ligne de la figure 3 est synchronisé sur le signal issu des moyens de traitement 20 et présente un rapport cyclique très inférieur à ce dernier, typiquement de 1/5 comme indiqué précédemment. Le signal TEMP représenté sur la quatrième ligne du chronogramme de la figure 3 représente le franchissement du seuil de température prédéterminé. Plus précisément, ce signal TEMP est au niveau bas tant que la température détectée est inférieure au seuil prédéterminé, et passe en revanche au niveau haut dès que la température détectée franchit par excès le seuil prédéterminé. Le signal TEMP1 représenté sur la cinquième ligne du chronogramme de la figure 3 correspond à la sortie de l'étage de synchronisation 140. Comme indiqué précédemment, ce signal TEMP1 change d'état dès que la température détectée franchit par excès le seuil prédéterminé, c'est-à-dire dès que le signal TEMP passe du niveau bas au niveau haut. Ainsi, comme on le voit sur la sixième ligne de la figure 3 et comme on le comprend à l'examen du circuit représenté sur la figure 2, dès que le signal TEMP1 bascule du niveau haut au niveau bas, ce qui correspond au franchissement par excès du seuil prédéterminé de température, l'étage multiplexeur 120 commute du signal issu des moyens de traitement 20 vers le signal MONO issu de l'étage monostable 130. Cette disposition permet une réduction immédiate du rapport cyclique du signal appliqué à l'étage de puissance de sortie 150, et par conséquent permet une limitation immédiate de l'échauffement de celuici. En revanche, comme on le voit sur la figure 3, le second basculement du signal TEMP1 n'est pas obtenu dès que la température redevient inférieure au seuil prédéterminé, c'est-à-dire dès que le signal TEMP bascule du niveau haut au niveau bas, mais seulement en synchronisme avec le signal issu des moyens de traitement 20 après abaissement de la température. En d'autres termes, le fonctionnement essentiel du circuit conforme à la présente invention est le suivant - tant que la température de jonction de l'étage de puissance 154 est normale, c'est-à-dire inférieure à un seuil prédéterminé, le signal de sortie du circuit de traitement 100 est en phase complète avec le phénomène détecté par le capteur 10 et présente un rapport cyclique de 1/2, - cependant dès que la température détectée de la jonction devient supérieure à un seuil prédéterminé de température, le signal de sortie devient impulsionnel sous forme d'état haut de courte durée, par exemple de rapport cyclique 0,2 ou inférieur pour permettre à la jonction de se refroidir et de revenir rapidement dans le mode normal précédemment décrit. Les modules d'exploitation raccordés sur la sortie du circuit de traitement 100 reçoivent par conséquent toujours un signal dont la fréquence est proportionnelle à la variation du phénomène physique capté. La présente invention permet notamment grâce à la réduction de puissance obtenue de réduire la surface de dissipation requise sur le substrat semi-conducteur et par conséquent de réduire le volume et le coût des composants du circuit de traitement. La présente invention permet également d'améliorer la fiabilité du système. La présente invention permet en outre une fonction de diagnostic de surchauffe du circuit. La présente invention peut s'appliquer à tout capteur dont la fréquence du signal de sortie est proportionnelle à la fréquence de variation d'un phénomène à mesurer. Elle s'applique tout particulièrement comme on l'a indiqué précédement à des capteurs de vitesse, notamment des capteurs de vitesse sur véhicules automobiles. I1 faut noter que le signal obtenu sur la sortie du circuit de traitement 100 précédemment décrit délivre en réalité deux informations : une première information utile correspondant au phénomène détecté par le capteur 10 et représenté par la fréquence de ce signal de sortie, et une seconde information correspondant au franchissement du seuil de température représenté par la commutation dans le rapport cyclique du signal. Selon une variante, on peut envisager de transmettre trois informations à l'aide du signal de sortie du circuit de traitement, en opérant une modulation du rapport cyclique du signal en fonction d'un paramètre additionnel, par exemple la température détectée par le capteur 110. Les trois informations utiles obtenues sur le signal sont alors les suivantes : l'information principale correspondant au phénomène détecté par le capteur 10 représenté par la fréquence du signal de sortie, le franchissement du seuil de température représenté par la commutation du rapport cyclique du signal sous un seuil et la température réelle détectée représentée par la modulation continue du rapport cyclique du signal de sortie. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Circuit de traitement du signal de sortie d'un capteur à signal fréquentiel, caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens (110) de détection de température, et - des moyens (120, 130, 140) aptes à réduire le rapport cyclique du signal de sortie du circuit de traitement lorsque la température détectée devient supérieure à un seuil prédéterminé. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de détection (110) détectent la température ambiante. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un étage de sortie (150) comportant un transistor (154) à semi-conducteur et par le fait que les moyens de détection (110) sont adaptés pour mesurer la température de ce transistor. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de détection de température (110) comprennent une cellule thermique diffusée sur le même substrat semi-conducteur que le transisitor (154) de l'étage de sortie (150). 5. Circuit selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de détection de température (110) sont adaptés pour évaluer la température du transistor (154) sur la base d'une mesure de courant et de tension. 6. Circuit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un étage multiplexeur (120), un étage monostable (130) et un étage de synchronisation (140). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'étage multiplexeur (120) est adapté pour aiguiller vers un étage de sortie (150) soit le signal issu d'un capteur (10, 20), soit le signal issu de l'étage monostable (130). 8. Circuit selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que l'étage monostable (130) délivre un signal impulsionnel en sortie synchronisé sur le signal issu d'un capteur (10, 20). 9. Circuit selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que l'étage de synchronisation (140) présente un premier basculement en sortie dès que les moyens de détection de température (110) détectent un franchissement par excès du seuil de température prédéterminé, et en revanche ne présente un second basculement en sortie qu'en synchronisme avec un signal issu d'un capteur (10, 20) lorsque la température détectée est redevenue inférieure au seuil prédéterminé. 10. Circuit selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le signal de sortie du circuit de traitement délivre deux informations : une première information utile représentée par la fréquence du signal et une information représentative d'un franchissement de seuil de température représentée par la commutation du rapport cyclique du signal sous une valeur prédéterminée. 11. Circuit selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le signal de sortie du circuit de traitement délivre trois informations : une première information utile représentée par la fréquence du signal utile, une seconde information représentative d'un franchissement de seuil de température représenté par la commutation du rapport cyclique du signal sous une valeur prédéterminée, et une troisième information utile représentée par la modulation du rapport cyclique du signal. 12. Capteur comprenant un transducteur sensible à un phénomène physique et un circuit de traitement conforme à l'une des revendications 1 à 11. 13. Application du circuit de traitement et du capteur conforme à l'une des revendications 1 à 12 sur véhicules automobiles.