Brevet FR2718909A1 — publié le 19951020

MATRICE DE CONNEXION CONFIGURABLE ELECTRIQUEMENT ENTRE LIGNES D'AU MOINS UN PORT D'ENTREE-SORTIE DE SIGNAUX ELECTRIQUES L'invention concerne une matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie à N broches de connexion. Dans le domaine technique de la transmission de données, l'interconnexion d'équipements hétérogènes est, entre autre, réalisée au moyen de câbles qui assurent la transmission des signaux numériques. En raison de la grande diversité de ces équipements, bien que les circuits interfaces d'interconnexion entre ceux-ci soient normalisés, il est très souvent nécessaire d'effectuer des bouclages et des croisements de signaux pour mettre en oeuvre ces liaisons. La spécificité de chaque interconnexion entre deux équipements entraîne donc la mise en oeuvre d'un grand nombre de cables, dont la gestion est complexe. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'une matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie à N broches de connexion afin notamment, à partir d'un type de câble d'interconnexion de structure donnée, de limiter le nombre de câbles nécessaires à la réalisation d'une configuration donnée, cette configu- ration pouvant étre alors réalisée non plus par le choix de cables d'interconnexion spécifiques, mais, au contraire, au niveau de chaque matrice de connexion. La matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie à N broches, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'elle comprend un support diélectrique sur lequel une pluralité de N lignes électriques distinctes, formant un premier réseau, sont prévues, chaque ligne électrique de ce réseau étant connectée à une broche du port d'entrée/sortie. Une pluralité de N lignes électriques distinctes formant un deuxième réseau, distinct du premier, est prévue, chaque ligne électrique de rang k du premier réseau, tel que k E [0, N-1], étant électriquement connectée par une connexion électrique permanente à la ligne électrique de même rang k appartenant au deuxième réseau. Chaque ligne électrique de rang q e k appartenant au premier réseau est électriquement connectée par une connex- ion électrique configurable à l'état de conduction ou de non- conduction à la ligne électrique de rang k appartenant au deuxième réseau. Ceci permet, par commande de maintien de l'état de conduction ou de passage à l'état de non-conduction d'une pluralité des connexions électriques configurables, d'assu- rer la liaison électrique entre deux lignes électriques adjacentes ou non du premier réseau. La matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie de signaux électriques trouve son application à l'informatique et aux télécommunications pour la réalisation de configurations de traitement et/ou de transmission de données numériques. Une description plus détaillée d'une matrice de connexion conforme à l'objet de la présente invention sera donnée ciaprès, en référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 représente une vue générale d'une matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie de signaux électriques, conforme à l'objet de la présente invention, - la figure 2a représente une vue générale d'une variante de réalisation de la matrice de connexion objet de la présente invention représentée en figure 1, - la figure 2b représente une vue générale d'une autre variante de réalisation de la matrice de connexion objet de la présente invention, dans laquelle une partition des lignes électriques en groupes de lignes électriques est réalisée, chaque groupe de lignes électriques étant relié à un port d'entrée/sortie distinct, - la figure 3a représente un mode de réalisation particulier d'une matrice de connexion objet de la présente invention susceptible d'être utilisé dans le cas du mode de réalisation de la figure 1, 2a ou 2b, - la figure 3b représente un détail de réalisation de la figure 3a dans une variante particulière, - la figure 3c représente en vue de dessus un mode de réalisation particulier de la figure 3a, dans le cas o la matrice de connexion, objet de l'invention, est réalisée sous forme de circuit intégré, la couche de passivation étant supprimée afin de mettre à nu un niveau de métallisa- tion supérieur, - la figure 3d représente une vue en coupe selon un plan de coupe AA de la figure 3c, - la figure 3e représente un autre mode de réalisa- tion particulier d'une matrice de connexion objet de la présente invention, également susceptible d'être utilisé dans le cas du mode de réalisation de la figure 1, 2a ou 2b, - les figures 4a, 4b et 4c représentent un schéma illustratif du mode opératoire nécessaire à la configuration électrique programmable d'une matrice de connexion objet de la présente invention, - la figure 5 représente, à titre d'exemple, un programmateur spécialement adapté à la configuration d'une matrice de connexion objet de la présente invention. Une description plus détaillée d'une matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant décrite en liaison avec la figure 1. Sur la figure précitée, on indique que la matrice de connexion selon l'invention comprend un support diélectrique S et, sur ce support, une pluralité de N lignes électriques distinctes formant un premier réseau, noté 1, de lignes électriques. Chaque ligne électrique de ce premier réseau est connectée à une broche d'un port d'entrée/sortie, noté P, chaque broche étant notée b0 à b..l. Selon un autre aspect particulièrement avantageux de la matrice de connexion objet de la présente invention, celle-ci comprend une pluralité de N lignes électriques distinctes formant un deuxième réseau, noté 2, distinct du premier réseau 1. Chaque ligne électrique de rang k, le rang k étant compris entre [0, N-1] appartenant au premier réseau est électriquement connectée par une connexion électrique permanente, représentée par un point, à la ligne électrique de même rang k appartenant au deuxième réseau 2. Chaque ligne électrique de rang q * k du premier réseau 1 est électriquement connectée par une connexion électrique configurable à l'état de conduction ou de non- conduction électrique à la ligne électrique de rang k appartenant au deuxième réseau 2. Sur la figure 1, on indique que chaque connexion électrique configurable est représentée par une ligne brisée symbolisant une liaison fusible ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description. On comprend que la structure de la matrice de connexion objet de la présente invention permet ainsi, par commande de maintien de l'état de conduction ou de passage à l'état de non-conduction d'une pluralité des connexions électriques configurables, d'assurer la liaison électrique entre deux lignes électriques adjacentes ou non du premier réseau 1. D'une manière générale, on indique que les lignes électriques du premier respectivement du deuxième réseau 1, 2 sont sensiblement parallèles entre elles. Les lignes électriques du premier réseau sont orientées dans une première direction et les lignes électriques du deuxième réseau sont orientées dans une deuxième direction, transver- sale à la première. De préférence, les directions précitées sont perpendiculaires et chaque ligne du premier et du deuxième réseau 1, 2 est repérée par son rang, noté k,k+r pair ou impair, avec k E [0, N-1], la valeur de r w 0 E [l- N, N-1]. Selon un aspect particulièrement avantageux de la matrice de connexion objet de la présente invention, on indique que la connexion électrique entre deux lignes de rang k et k+r adjacentes ou non du premier réseau est obtenue lorsque la relation logique: Ak.Ak+r SI Tk,k ET Tk+r,k OU Tk,k+r ET Tk+r,k+r est vérifiée. Dans la relation logique précitée, on indique que le produit Ak.Ak+r désigne la valeur logique vraie d'inter- connexion des lignes A de rang k respectivement k+r du premier réseau 1 et le premier respectivement le deuxième indice désigne le rang des lignes du premier respectivement du deuxième réseau. Les symboles SI, OU, ET désignent les opérateurs logiques correspondants, condition, union, intersection. Tk,k et Tk+r,k+r désigne la valeur logique vraie de la connexion électrique permanente d'adresse k,k respecti- vement k+r,k+r entre lignes électriques de même rang du premier et du deuxième réseau. Tk,k+r et Tk+r,k désigne la valeur logique vraie de l'état de conduction des connexions électriques configu- rables d'adresses correspondantes k,k+r et k+r,k entre lignes électriques du premier respectivement du deuxième réseau, toutes les autres connexions électriques configura- bles connectées aux lignes électriques interconnectées de rang k,k+r du premier réseau étant à la valeur logique complémentée de l'état de non-conduction pour une intercon- nexion des seules lignes de rang k,k+r du premier réseau. En ce qui concerne la réalisation pratique de la matrice d'interconnexion objet de la présente invention, on indique que celle-ci peut être réalisée sur un circuit imprimé de faibles dimensions, par exemple. D'une manière générale, on indique que toutes les lignes de la matrice de connexion du premier réseau peuvent être reliées à une broche du port d'entrée/sortie P à l'exception des lignes de masse ou d'écran de blindage. La matrice de connexion selon l'invention peut alors être avantageusement enfermée dans un boîtier de type métallique, le tout étant blindé et rendu étanche aux perturbations électromagnétiques émises et/ou reçues. Dans un premier mode de réalisation avantageux tel que représenté en figure 2a, on indique que les lignes électriques sont formées par des lignes à ruban ou lignes micro-bandes sensiblement rectilignes. Les lignes électri- ques de rang pair k = 2j du premier réseau 1 sont reliées à une de leurs extrémités à un premier port d'entrée/sortie, noté P1, et les lignes électriques de rang impair k = 2j+l du même premier réseau 1 sont reliées à l'autre de leurs extrémités à un deuxième port d'entrée/sortie, noté P2. Les broches de connexion de chaque port d'entrée/sortie P1 et P2 sont notées respectivement b0 à b2j, b1 à b2j+,1. Dans un deuxième mode de réalisation, tel que représenté en figure 2b, les lignes à ruban ou lignes micro- bandes sont subdivisées en groupes de lignes électriques interconnectées ou non selon une configuration spécifique de chaque groupe. Les lignes électriques de chaque groupe sont interconnectées à un port d'entrée/sortie distinct, noté P1 à P3 sur la figure précitée. On comprend ainsi que la matrice de connexion objet de la présente invention permet de réaliser une partition d'un faisceau de lignes électri- ques pour réaliser, par exemple, une duplication d'une ligne de type BUS. D'une manière générale, on indique que les lignes à ruban ou micro- bandes précitées sont formées sur un support diélectrique du type plaquette de circuit imprimé, substrat céramique ou silicium. Lorsque le support diélectrique est un support de type plaquette de circuit imprimé, celui-ci peut avantageu- sement consister en un circuit imprimé double-face. Un tel circuit est représenté en figure 3a. Les lignes électriques horizontales sont alors constituées de pistes de largeur telle que celles-ci sont susceptibles de supporter un courant égal à Imax > In en régime continu et impulsionnel o In désigne une valeur nominale d'intensité de courant. Les lignes électriques précitées sont situées par exemple au côté soudure du circuit imprimé. Les lignes verticales sont constituées par des pistes de même largeur que les lignes horizontales, lesquel- les sont situées du côté composants du circuit imprimé par exemple. Les connexions permanentes entre une piste horizon- tale et une piste verticale d'un même port sont réalisées par l'intermédiaire d'un trou traversant, lequel est muni d'une métallisation permanente. Les liaisons configurables, notées LF, peuvent alors être réalisées par des pistes fines, notées lf, les change- ments de face étant réalisés par l'intermédiaire d'un trou métallisé Tr par exemple, ainsi que représenté selon un mode de réalisation avantageux en figure 3b, l'ensemble consti- tuant la liaison configurable LF. Dans une variante de réalisation telle que représen- tée en figure 3c et 3d, la matrice de connexion, objet de l'invention, peut être réalisée sous forme de circuit intégré. Le support diélectrique est remplacé par un substrat de silicium comportant un premier niveau de métallisation, référencé métal 1, et un deuxième niveau de métallisation, référencé métal 2, chacun des niveaux de métallisation constituant le premier respectivement le deuxième réseau de N lignes électriques. Les connexions électriques permanentes Tk,k peuvent être réalisées par un trou traversant métallisé, assurant le contact électrique entre premier et deuxième niveau de métallisation et les connexions électriques configurables Tk,k+r ou liaisons fusibles LF peuvent, de façon semblable au mode de réalisa- tion de la figure 3b, être réalisées par un trou traversant Tr métallisé permettant d'assurer le contact électrique, par exemple, entre le deuxième niveau de métallisation et un plot Pt électriquement conducteur relié aux lignes électri- ques formant le deuxième réseau par une connexion fusible lf. Chaque plot Pt connexion fusible if et trou traversant métallisé Tr constitue une liaison fusible LF. Les étapes permettant de réaliser la matrice de connexion telle que représentée en figure 3c et 3d peuvent alors consister, à partir d'un substrat de silicium dopé de type N ou P. en des opérations de type classique. En outre, lorsque le support diélectrique est un substrat de type silicium par exemple, ainsi que représenté en figure 3e, les lignes horizontales peuvent utiliser un niveau de métallisation noté métal 1 et les lignes vertica- les un autre niveau de métallisation noté métal 2 par exemple. Les liaisons configurables, c'est-à-dire les liaisons fusibles LF, peuvent être alors réalisées soit par des sous-niveaux de métallisation d'épaisseur moindre ou par l'intermédiaire de trous traversants dimensionnés de telle façon que ceux-ci soient destructibles par des courants d'intensité de valeur Idest tel que Imax > Idest > In o In représente une valeur nominale donnée de courant, soit, ainsi que représenté en figure 3e, au moyen de deux diodes D1, D2 connectées en parallèle en tête-bêche. Les lignes électriques du premier 1 et du deuxième réseau 2 sont alors formées sur une même face du support S, constitué par le substrat de silicium. Elles sont séparées par une couche de matériau électriquement isolant, tel que l'oxyde de silicium SiO2 par exemple. L'ensemble est recouvert par une couche de passivation réalisée par exemple par une couche de nitrure de silicium de manière classique. Le substrat silicium peut alors être encapsulé dans un boîtier plastique ou céramique. Le nombre de lignes de chacun des ports doit être adapté à l'application considérée. En raison du fait que les matrices de connexion configurables électriquement objet de la présente invention ne nécessitent aucune ligne d'alimentation, toutes les lignes peuvent être utilisées pour un raccordement aux broches des ports d'entrée/sortie. En conséquence, il est possible d'utiliser des boîtiers 16 (8x8), 24 (12x12), 32 (16x16) ou 48 (24x24) broches. Dans de telles conditions, pour réaliser des câbles de transmission de données selon la recommandation V24 du CCITT, il est nécessaire d'utiliser une matrice d'intercon- nexion à 48 broches alors que pour la réalisation de câbles selon la recommandation Vll du CCITT, il suffit d'utiliser une matrice d'interconnexion à 32 broches. On indique que la largeur des bandes ou micro-bandes utilisées étant relative- ment grande, il est possible de mettre en oeuvre des technologies peu sophistiquées. La matrice de connexion ayant été réalisée selon les schémas représentés précédemment, toutes les intersections entre les lignes électriques du premier 1 et du deuxième réseau 2 sont réunies. La configuration de chaque matrice de connexion consiste alors, par programmation, à ouvrir toutes les liaisons inutiles pour ne garder que les chemins utiles à l'établissement d'un diagramme de connexions donné. Ainsi qu'exprimé précédemment sous forme de relation logique, pour chaque interconnexion entre deux broches d'ordre différent du même port ou de ports différents, il existe deux interconnexions, l'une entre la verticale d'une broche donnée et l'horizontale de l'autre port, l'autre entre la verticale de l'autre port et l'horizontale du premier. La configuration par programmation de la matrice d'interconnexion objet de l'invention peut être réalisée en appliquant un générateur de courant entre deux lignes pour lesquelles la continuité de conduction doit être rompue. Les autres lignes sont alors impérativement laissées flottantes, c'est-à-dire non référencées par rapport au dipôle généra- teur de courant. Un tel mode opératoire est représenté en figure 4a o le générateur de courant est réputé délivrer une intensité IF permettant la fusion des fusibles ou liaisons LF soumises à cette intensité. En effet, dans le mode opératoire représenté en figure 4a, aucun courant ne peut circuler entre une ligne connectée au générateur et une ligne non programmée à cet instant. Sur la figure 4a, pour des lignes électriques du premier réseau de rang pair 0 à 2j référencées Bl à Bn respectivement de rang impair 1 à 2j+l référencées A1 à A2, la configuration consiste à relier chaque broche à un circuit de type circuit de puissance à trois états, ce circuit pouvant délivrer/absorber un courant d'intensité Iprog mais limité à une valeur 2.Idest et inférieur à Imax, afin de ne pas détruire les lignes horizontales et les lignes verticales. Ce circuit peut par exemple, ainsi que représenté en figure 4c, posséder une entrée de données permettant de placer la sortie à une valeur de tension +V ou tension de masse et une entrée de validation permettant de rendre la sortie active, c'est-à-dire à basse impédance ou à haute impédance aucun courant n'étant délivré. On comprend par exemple que la commande des interrupteurs Il à 16 du circuit de puissance trois états permet d'alimenter la liaison configurable LF soit avec un courant il ou - il de sens opposé, ill = IF, ce qui permet, lorsque la liaison fusible est formée par deux diodes montées en tête-bêche, de provoquer le claquage de l'une et l'autre de ces diodes successivement pour assurer la configuration de la matrice de connexion. Les entrées de commande et de données précitées sont pilotées par un microcontrôleur par exemple à travers un jeu de registres ainsi qu'il sera décrit ci-après dans la description. Sur chaque ligne horizontale, c'est-à-dire sur chaque ligne électrique du premier réseau, peut également l1 être connectée une entrée d'un registre de lecture, lequel permet de contrôler l'état de la programmation pour des opérations de vérification. La programmation en vue d'une configuration consiste à sélectionner un couple Ail, B1 par exemple, pour lequel la liaison électrique par l'intermédiaire des liaisons configu- rables doit être rompue. La configuration obtenue est représentée en figure 4b. Les opérations effectuées consistent alors: - à mettre en valeur de haute impédance tous les circuits de puissance correspondants, - à mettre à la valeur de la tension de masse tous les circuits de puissance, - à passer à l'état actif les sorties du couple à programmer, - à appliquer sur l'une des entrées de données du couple à programmer des impulsions de tension à la valeur +V, à lire l'état des deux ports du couple A1, B1 pendant les états de l'impulsion pour déterminer le moment o l'on peut passer à la suivante. Une étape de vérification consiste: - à mettre en haute impédance toutes les sorties des circuits de puissance, - à appliquer successivement un niveau de tension +V sur l'un des circuits de puissance rendu actif - à contrôler l'état de toutes les autres entrées et à les comparer avec la valeur désirée, - à passer au circuit de puissance suivant. Sur la figure 5, on a représenté un schéma représen- tatif d'un programmateur spécifique permettant de réaliser la configuration à l'échelle industrielle de matrices de connexion conformes à l'objet de l'invention. Le programma- teur comprend un microprocesseur pP relié par liaison par BUS à des registres R1 à R4 adressables en sortie et R5 à R6 adressables en entrée. Les registres R1 à R4 sont reliés à des circuits de puissance trois états CP1 à CP2., tels que représentés en figure 4c, et sont commandés ainsi que mentionné précédemment, la sortie d'un circuit de puissance trois états CPk étant reliée à une broche et donc à une ligne du premier 1 ou du deuxième réseau 2. Les jeux de registres R1 à R4 permettent de commander les circuits de puissance trois états pour configurer une ou plusieurs matrices de connexion successives et les registres R5 à R6 permettent de contrôler l'état de la programmation effec- tuée. Le programmateur peut en outre être muni d'une interface de liaison série laquelle peut être connectée sur l'interface de liaison correspondante d'un micro-ordinateur, ou être réalisé sous forme d'une carte enfichable. La configuration et la vérification des matrices de connexion peuvent alors être conduites de la même façon que celles d'un programmateur d'EPROM standard. REVENDICATIONS 1. Matrice de connexion configurable électriquement entre lignes d'au moins un port d'entrée/sortie à N broches, caractérisée en ce que celleci comprend: - un support diélectrique, et sur ce support, - une pluralité de N lignes électriques distinctes formant un premier réseau, chaque ligne électrique de ce premier réseau étant connectée à une broche du port d'entrée /sortie, et - une pluralité de N lignes électriques distinctes formant un deuxième réseau, distinct du premier réseau, chaque ligne électrique de rang k, k E [0, N-1] du premier réseau étant électriquement connectée par une connexion électrique permanente à la ligne électrique de même rang k appartenant au deuxième réseau et chaque ligne électrique de rang q e k appartenant au premier réseau étant électrique- ment connectée par une connexion électrique configurable à l'état de conduction ou de non-conduction à la ligne électrique de rang k appartenant au deuxième réseau, ce qui permet par commande de maintien de l'état de conduction ou de passage à l'état de non- conduction d'une pluralité desdites connexions électriques configurables d'assurer la liaison électrique entre deux lignes électriques adjacentes ou non du premier réseau. 2. Matrice de connexion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lignes électriques du premier respectivement du deuxième réseau sont sensiblement parallè- les entre elles, les lignes électriques du premier réseau étant orientées dans une première direction et les lignes électriques du deuxième réseau étant orientées dans une deuxième direction, transversale à la première, chaque ligne du premier et du deuxième réseau étant repérée par son rang k, k+r pair ou impair, avec k E [0, N-l] et r 0 E [l-N, N- 1], l'interconnexion électrique entre deux lignes de rang k et k+r adjacentes ou non du premier réseau étant obtenue pour la relation logique: Ak. Ak+r si Tk,k ET Tk+r,k OU Tk,k+r ET Tk+r, k+r relation logique dans laquelle: Ak. Ak+r désigne la valeur logique vraie d'interconnexion des lignes A de rang k respectivement k+r du premier réseau, et, le premier respectivement le deuxième indice désignant le rang des lignes du premier respectivement du deuxième réseau: Tk, k et Tk+r,k+r désigne la valeur logique vraie de la connexion électri- que permanente d'adresse k, k respectivement k+r, k+r entre ligne électrique de même rang du premier et du deuxième réseau, Tk, k+ r et Tk+r,k désigne la valeur logique vraie de l'état de conduction des connexions électriques configurables d'adresses correspondante k,k+r et k+r,k entre lignes électriques du premier respectivement du deuxième réseau, toutes les autres connexions électriques configurables connectées aux lignes électriques interconnectées de rang k,k+r du premier réseau étant à la valeur logique complémentée de l'état de non- conduction, pour une interconnexion desdites seules lignes de rang k,k+r du premier réseau. 3. Matrice de connexion selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que lesdites lignes électriques sont formées par des lignes à ruban ou micro- bandes sensiblement rectilignes, les lignes électriques de rang pair k = 2j du premier réseau étant reliées à une de leurs extrémités à un premier port d'entrée/sortie et les lignes électriques de rang impair k = 2j+1 du premier réseau étant reliées à l'autre de leurs extrémités à un deuxième port d'entrée/sortie. 4. Matrice de connexion selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que lesdites lignes électriques sont formées par des lignes à ruban ou micro- bandes sensiblement rectilignes, les lignes électriques étant subdivisées en groupes de lignes interconnectées ou non, les lignes de chaque groupe étant connectées à un port d'entrée/sortie distinct. 5. Matrice de connexion selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdites lignes à ruban ou microbandes sont formées sur un support diélectrique du type plaquette de circuit imprimé, substrat céramique ou sili- cium. 6. Matrice de connexion selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que lesdites lignes électriques du premier réseau sont formées sur une première face du support et les lignes électriques du deuxième réseau sont formées sur une deuxième face du support, les connexions électriques permanentes étant formées par des trous traversants munis d'une métallisation et les connexions électriques configurables étant formées par des liaisons électriques usiles pour esquelles la commande à l'état non conducteur est obtenue sur alimentation par un courant d'intensité supérieure à une valeur de seuil déterminée. 7. Matrice de connexion selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que les lignes électriques du premier et du deuxième réseau sont formées sur une même face du support, les lignes électriques du premier respectivement du deuxième réseau étant séparées par une couche de matériau électriquement isolant, les connexions électriques permanentes étant formées par des trous traversants munis d'une métallisation et les connexions électriques configurables étant formées par des liaisons électriques fusibles pour lesquelles la commande à l'état non conducteur est obtenue sur alimentation par un courant d'intensité supérieure à une valeur de seuil déterminée. 8. Matrice de connexion selon l'une des revendica- tions 6 ou 7, caractérisée en ce que lesdites liaisons électriques sont formées par un fusible électrique ou deux diodes montées en tête-bêche.