Brevet FR2714253A1 — publié le 19950623

La présente invention concerne un habitacle contenant des circuits microélectroniques hybrides comprenant des capteurs, des processeurs et une mémoire numérique pour le regroupement et lévaluation de données. Dans le domaine de leaéro-électronique et d'autres systèmes électroniques complexes, un système de diagnostic électronique est nécessaire pour capter des données de vibration, de secousse, de température et de phénomènes transitoires de tension. Des accéléromètres, des capteurs de température et un dispositif électronique associé captent de telles données. Des moyens de commande comprennent des processeurs électroniques et une mémoire numérique qui peut enregistrer, synthétiser et évaluer de telles données captées par les capteurs. Ces capteurs et ce dispositif électronique sont réalisés sous forme de dispositif microélectronique hybride. Actuellement, les capacités de diagnostic électronique mentionnées ci-dessus, concernant une vibration, une secousse, la température et des phénomènes transitoires de tension, sont obtenues en répartissant ces fonctionnalités de diagnostic sur des circuits microélectroniques séparés qui ne sont pas combinés dans un seul module djencapsulation ou support identifiables. Les systèmes de diagnostic électroniques qui ne sont pas réunis dans un module d encapsulation, sont plus sensibles aux contraintes et secousses du milieu environnant. Ces facteurs d'environnement sont également nuisibles à une maintenance efficace, parce que les éléments défectueux dans de tels systèmes de diagnostic électroniques sont difficiles à isoler et à remplacer. Par ailleurs, il y a des problèmes de résistance. Les systèmes de diagnostic électroniques qui ne sont pas réunis dans un module d'encapsulation, ne peuvent pas être modifiés facilement ou mis à jour, quand des exigences du système de diagnostic changent. Un autre problème de la technique apparentée concerne les systèmes de diagnostic électroniques qui exigent que des fonctions électroniques soient effectuées dans les deux formats: analogique et numérique. Par exemple, les capteurs peuvent rassembler des données dont le format est analogique, tandis que le dispositif microélectronique peut convertir les données analogiques en format numérique pour les enregistrer, les traiter et les évaluer. Couramment, la technique apparentée répartit les fonctions électroniques analogiques et numériques dans de multiples circuits électroniques ou souscircuits électroniques. Un système de diagnostic qui a recours à de multiples sous-circuits électroniques est soumis à un risque plus élevé de défaillance, en raison de défauts dans les sous-circuits. La présente invention concerne un support et un habitacle contenant un dispositif microélectronique hybride pour capter, traiter et enregistrer des données. Un objectif de l'invention est de réaliser un support et un habitacle pour isoler et contenir le dispositif microélectronique hybride et à partir de là, protéger le dispositif microélectronique hybride des contraintes de l'environnement. Un deuxième objectif de l'invention est de réaliser une liaison électrique telle que le dispositif microélectronique hybride puisse être électriquement accessible à partir de l'extérieur du support. Un troisième objectif de l'invention est de combiner des fonctions de traitement analogiques et numériques du dispositif microélectronique hybride, dans un circuit intégré (puce) et à partir de là, de réduire la dimension de 1 'habitacle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue plane supérieure de l'habitacle contenant le dispositif microélectronique hybride. La figure 2 représente les connecteurs ou plots le long des parois de l'habitacle La figure 3 est une vue du dispositif microélectronique hybride monté à l'intérieur de l'habitacle. La figure 4 illustre l'élément capteur de signal du dispositif microélectronique hybride. La figure 5 fournit un bloc-diagramme du circuit de processeur analogique appartenant au processeur de capteur de signal. La figure 6 est un diagramme plus détaillé du processeur analogique. La figure 1 illustre une forme de réalisation d'un support de céramique 100. Le support 100 peut être fabriqué à partir de matériaux autres que la céramique. A ce jour, le support de céramique 100 se prête le mieux à la mise en application de l'invention. Le support de céramique 100 est composé dune base ou plate-forme de céramique 106, de quatre parois latérales de céramique 101, 102, 103 ,104 et d'un habitacle ouvert 105. Les quatre parois latérales de céramique 101, 102, 103, 104 s'élèvent verticalement depuis la plateforme de céramique 106, pour former un habitacle de céramique avec un habitacle ouvert 105. Des éléments de dispositif microélectronique hybride 300, 301 et 302 sont placés à lin.érieur de l'habitacle 105, sous les bords des parois latérales 101, 102, 103 et 104 et sont montés sur la plateforme de céramique 106. Un couvercle métallique plat 107 repose sur les bords des parois 101, 102, 103 et 104 pour fermer l'habitacle 105 et scelle hermétiquement les éléments du dispositif microélectronique hybride 300, 301 et 302. Comme le montre la figure 1, le support 100 protège les éléments du dispositif microélectronique hybride 300, 301 et 302 des dangers du milieu environnant. La figure 2 est une vue agrandie le long de deux des parois latérales de céramique du support de céramique 100. Dans le support 100, une pluralité de connecteurs ou plots tels que 211, 212 traverse une des parois latérales de céramique 104. Une pluralité de connecteurs ou plots tels que 221, 222, 223 traverse une autre paroi latérale 101. Pour faciliter la compréhension, seulement quelques connecteurs sont représentés le long des parois latérales de céramique 104 et 101. Les parois latérales de céramique 102 et 103, non représentées sur la figure 2, peuvent tenir aussi une pluralité de connecteurs ou plots, comme les parois latérales 104 et 101. Chaque connecteur ou plot est fixé en bloc à sa paroi latérale de céramique respective. Les connecteurs le long des quatre parois latérales de céramique 101, 102, 103 et 104, relient les éléments du dispositif microélectronique hybride 300, 301 et 302 montés à l'intérieur de l'habitacle de céramique 105, à 1' extérieur du support de céramique 100. La figure 3 représente l'agencement de capteurs inertiels et des éléments du dispositif microélectronique, hybride situés à l'intérieur du support de céramique 100, comprenant des accéléromètres 303, 304, 305, un processeur de capteur de signal 302, un microcontrôleur 300 et une mémoire de données 301. Chaque élément du dispositif microélectronique hybride ainsi désigné, est monté sur la base 106 du support de céramique 100 et à l'intérieur de l'habitacle 105 formé par les parois latérales 101, 102 103 et 104 du support de céramique 100. Les accéléromètres 303, 304, 305 sont reliés au processeur de capteur de signal 302. Le processeur de capteur de signal 302 est relié au microcontrôleur 300 qui peut être un microprocesseur Motorola avec bus de données de 32 bits. Le microcontrôleur 300 est relié à la mémoire de données 301 ainsi qu'aux plots le long des parois latérales de céramique 101, 102, 103 et 104 du support de céramique 100. Sur la figure 3, chaque accéléromètre 303, 304, 305 peut être un ENDEVECO Picochip Model 12, un accéléromètre piézo-électrique miniature. Les accéléromètres piézo-résistifs et piézo-capacitifs peuvent convenir également. Chaque accéléromètre 303 ou 304 ou 305 mesure vibration et secousse le long d'un axe de rotation donné tel que les axes x, y ou z. Par exemple des accéléromètres 303, 304, 305 peuvent être configurés pour mesurer vibration et secousse, respectivement, le long d'un axe de rotation x, y ou z. Dans d'autres formes de réalisation, les accéléromètres 303, 304, 305 peuvent être configurés pour mesurer vibration et secousse, respectivement le long de n'importe quelles combinaisons des axes x, y et z. En mesurant l'accélération, l'accéléromètre 303 ou 304 ou 305 fournit un signal analogique au capteur de signal 302. Les accéléromètres 303, 304, 305 sont reliés au capteur de signal 302. Un nombre quelconque d'accéléromètres peuvent être reliés au processeur de capteur de signal 302. Cette invention considère des applications où l'on utilise jusqu'à trois accéléromètres. Par exemple dans une forme de réalisation, un processeur de capteur de signal 302 est relié à trois accéléromètres 303, 304, 305 parce que l'exploitation du dispositif exige des données de vibration et de secousse à partir de trois axes. Dans une autre forme de réalisation, le processeur de capteur de signal 302 peut être relié à un seul accéléromètre 303, 304 ou 305, l'exploitation n'exigeant des données de vibration et de secousse qu'à partir d'un seul axe. D'une manière semblable, le processeur de capteur de signal 3C2 peut être relié à deux accéléromètres quelconques 303, 304, 305 si les données de vibration et de secousse ne sont exigées qu'à partir de deux axes. Enfin, le processeur de capteur de signal 302 peut n'être relié à aucun des accéléromètres 303, 304, 305, si l'exploitation se fait sans les accéléromètres montés sur le support de céramique 100. Au lieu de cela, le processeur de capteur de signal 302 est relié aux plots le long de la paroi latérale du support de céramique 100, qui peuvent être reliés à un accéléromètre extérieur au support de céramique 100. Le capteur de signal 302 peut être relié à une pluralité d'accéléromètres situés physiquement à l'extérieur du support de céramique 100. Les figures 4 et 5 montrent des aspects du processeur de capteur de signal 302. La figure 4 est un block diagramme du processeur de capteur de signal 302. Le processeur de capteur de signal 302 comprend un processeur analogique 400 et un processeur numérique 410. Le processeur analogique 400 effectue trois opérations: premièrement, le processeur analogique 400 capte des signaux analogiques 403 représentant vibration et secousse provenant des accéléromètres 303, 304 et 305; deuxièmement, le processeur analogique 400 capte la température ambiante et les phénomènes transitoires de tension; et troisièmement, le processeur analogique 400 amplifie, filtre et convertit les signaux analogiques 403 en signaux de sortie numériques 404 et transmet les signaux de sortie numérique 404 au processeur numérique 410. Le processeur numérique 410 qui peut être un processeur de signal numérique avec bus de données de 16 bits TMS320C50 fabriqué par TEXAS Instruments, effectue un traitement spectral et une compression de données sur des signaux numériques 412. Le processeur numérique 410 communique avec le microcontrôleur 300 pour stocker les signaux numériques 412, en tant que données numériques, dans la mémoire de données 301. La figure 5 donne une vue d'un élément processeur analogique 302 impliquant un préprocesseur de vibration 500, un préprocesseur de température 510, un préprocesseur de phénomènes transitoires 520, un multiplexeur 530 et un convertisseur 540 de signaux analogiques en signaux numériques. Sur la figure 5, le préprocesseur de vibration 500, le préprocesseur de température 510 et le préprocesseur de phénomènes transitoires 520 sont reliés avec la sortie 532, au multiplexeur 530. Le multiplexeur 530 est également relié au convertisseur 540 de signaux analogiques en signaux numériques, qui envoie le signal de sortie 542 au microcontrôleur 300. Les préprocesseurs de vibration, de température et de phénomènes transitoires 500, 510 et 520 captent certaines caractéristiques physiques et les convertissent en signaux analogiques 506, 507, 512 et 523. Le préprocesseur de vibration 500 reçoit le signal analogique 505 représentant vibration et secousse provenant des accéléromètres 303, 304 et 305. Le préprocesseur de vibration 500 sépare ensuite le signal analogique 505 en deux signaux analogiques séparés 506 et 507 respectivement, représentant vibration et secousse. Le préprocesseur de vibration 500 envoie ensuite les deux signaux analogiques 506 et 507 au multiplexeur 530. Le préprocesseur de température 510 qui implique un capteur de température AD590 éloigné, fabriqué par Analog Devices, reçoit un signal d'entrée 511 provenant d'un capteur de température local se trouvant dans l'habitacle 100. Le préprocesseur de température 510 convertit ensuite les données de température en un signal analogique 512 qui est envoyé au multiplexeur 530. Le préprocesseur de phénomènes transitoires 520 reçoit des signaux analogiques 521 représentant des phénomènes transitoires de tension et envoie un signal de sortie analogique 523 au multiplexeur 530. Le multiplexeur 530 accepte les signaux analogiques 506, 507, 512 et 523. Le multiplexeur 530 sélectionne chacun des signaux analogiques 506, 507, 512 et 513 à un moment donné et envoie un signal de sortie analogique 532 au convertisseur 540 de signaux analogiques en signaux numériques. Le convertisseur 540 de signaux analogiques en signaux numériques qui peut être un AD7880 fabriqué par Analog Devices, convertit le signal analogique 532 en un signal de sortie numérique 542 et envoie ce signal de sortie numérique 542 au processeur numérique 402. La figure 6 décrit plus en détail, le processeur analogique 400. REVENDICATIONS 1. Habitacle (105) contenant un dispositif microéleccronique hybride, comprenant: une base (106) ayant une pluralité de bords; une pluralité de parois (101 à 104) fixées à ladite base (106) afin de former ledit habitacle ayant une surface d'accès; une pluralité de connecteurs (211, 212, 221 à 223) situés dans ladite pluralité de parois pour réaliser des liaisons électriques à travers ladite pluralité de parois; un dispositif microélectronique hybride (300 à 302) situé dans ledit habitacle (105) et ayant certaines liaisons électriques avec ladite pluralité de connecteurs; et un couvercle (107) pour recouvrir la surface d'accès et pour sceller ledit dispositif électronique hybride (300 à 302) dans ledit habitacle (105). 2. Habitacle de la revendication 1, comprenant en outre une pluralité de capteurs (303 à 305) fixés audit habitacle (105) et reliés à quelques-uns des connecteurs de ladite pluralité de connecteurs (211, 212, 221 à 223). 3. Habitacle de la revendication 2 dans lequel lesdites base (106) et pluralité de parois (101 à 104) sont composées de matériau de céramique. 4. Habitacle de la revendication 2 dans lequel ledit dispositif microélectronique hybride (300 à 302) comprend: un processeur de capteur de signal (302) relié à ladite pluralité de connecteurs; un contrôleur (300) relié audit processeur de capteur de signal (302); et une mémoire numérique (301) reliée audit contrôleur (300); 5. Habitacle de la revendication 4 dans lequel ladite pluralité de capteurs comprend des accéléromètres (303 à 305), des capteurs de température et des capteurs de phénomènes transitoires de tension. 6. Boîtier contenant un dispositif électronique hybride (300 à 302), comprenant: des moyens électroniques hybrides (300 à 302) pour traiter des signaux de capteur (403, 505, 511, 521); un moyen réceptacle (105) ayant une surface d'accès, pour contenir lesdits moyens électroniques hybrides; des moyens capteurs (303 à 305)pour capter des phénomènes physiques; des moyens connecteurs (211, 212, 22i à 223), reliés auxaits moyens électroniques hybrides, pour relier lesdits moyens électroniques hybrides auxdits moyens capteurs; et un moyen couvercle (107) pour recouvrir la surface d'accès et sceller lesdits moyens électroniques hybrides (300 à 302) avec ledit moyen réceptacle (105).