Brevet FR2734119A1 — publié le 19961115

Etat de la technique L'invention concerne un appareil de commande notam- ment pour commander les fonctions d'un véhicule automobile, comprenant au moins un circuit de commande équipé de composants numériques donnant un signal de commande à partir d'au moins un signal d'entrée, au moins un circuit de puissance équipé de composants de puissance pour émettre un signal, au moins une première masse de surface (masse de commande) associée au cir- cuit de commande et au moins une seconde masse de surface (masse de puissance), séparée dans l'espace par rapport à la masse de commande et qui, à l'exception d'une liaison galvani- que est isolée électriquement de la masse de commande, Selon le document EP-0 429 695 A1, on connaît un appareil de commande notamment pour commander les fonctions d'un véhicule automobile; cet appareil comporte un circuit de commande avec des composants numériques fournissant un signal de commande à partir d'un signal d'entrée ainsi qu'un circuit de puissance avec des composants de puissance pour émettre le signal. Les commutations à haute fréquence de la partie nu- mérique créent des parasites haute fréquence émis surtout par la ligne de masse. Pour réduire cette émission, on associe d'une part au circuit de puissance et d'autre part au circuit de commande avec un processeur, bus et autres composants numé- riques, des masses avec des surfaces isolées électriquement l'une de l'autre et qui sont reliées chaque fois de manière sé- parée à une plaque de base de l'appareil de commande et sont également reliées à une ligne de masse. La séparation dans l'espace et l'isolation électri- que de la surface de la masse associée au circuit de puissance, de la masse de puissance et de la surface de masse associée au circuit de commande, la masse de commande, permet que d'une part les courants élevés qui passent dans le circuit de puis- sance ne puissent circuler à travers la masse du circuit de commande risquant de provoquer des décalages de la masse ou des décalages du potentiel gênants pour la sécurité du fonctionne- ment des composants numériques, et réduisant par ailleurs con- sidérablement le couplage à haute fréquence entre les deux mas- ses. L'inconvénient de ce circuit est toutefois que, malgré la séparation des deux masses, des parasites à haute fréquence engendrés par les composants numériques et amplifiés par les composants du circuit de puissance passent toujours par toute la masse du circuit de puissance et, en particulier, éga- lement par des lignes externes reliées à l'appareil de com- mande. On arrive ainsi à des boucles de courant relativement grandes pour les courants parasites à haute fréquence; ces boucles fonctionnent comme des antennes et provoquent une forte émission parasite. Il est en outre connu selon la publication "Machine Design", 6 septembre 1984, de minimiser les émissions parasites à haute fréquence dans les circuits numériques en réalisant les boucles de courant émettrices de parasites à haute fréquence, aussi petites que possible en subdivisant le circuit numérique en plusieurs petites zones. L'inconvénient de cette solution est que la subdi- vision du circuit en de nombreuses petites zones est d'une part, une opération très coûteuse et d'autre part, on ne peut réduire de manière quelconque les boucles de courant, car cha- que zone d'une plaque de circuit imprimé doit avoir au moins les dimensions d'un ou plusieurs composants. La présente invention a pour but de perfectionner un appareil de commande notamment pour commander les fonctions d'un véhicule automobile pour que les courants parasites à haute fréquence ne passent plus dans toute la masse du circuit de puissance et par une masse externe, raccordée, mais que ces courants parasites à hauteur fréquence soient amortis beaucoup plus fortement et de manière simple par rapport aux appareils de commande connus. En particulier, les boucles de courant pa- rasites à haute fréquence doivent avoir une surface aussi pe- tite que possible. Avantages de l'invention La présente invention concerne un appareil de com- mande notamment pour commander les fonctions d'un véhicule au- tomobile correspondant à la définition ci-dessus, caractérisé en ce que la masse de commande est reliée électriquement à la masse de puissance pour former un court-circuit dans les cir- cuits de courants parasites à haute fréquence, suivant le che- min le plus court, par au moins une capacité. L'avantage de cette solution est que la liaison électrique entre la masse de commande et la masse de puissance est réalisée par au moins une capacité formant un court-circuit entre les circuits de courant à haute fréquence suivant le che- min le plus court donnant ainsi des boucles de courant parasi- tes très petites par comparaison aux boucles de courant réalisées par les liaisons galvaniques existant par ailleurs entre la masse du circuit de commande et celle du circuit de puissance. Ces petites boucles de courant parasite ne fonction- nent que comme de petites antennes à cause de leurs dimensions réduites qui peuvent émettre et recevoir des signaux parasites. Cela permet une réduction considérable de l'émission ou de la réception de signaux parasites. On évite également que des cou- rants parasites à haute fréquence ne puissent s'échapper par toute la masse du circuit de puissance et par les lignes exter- nes reliées à la masse ou être couplées dans des lignes voisi- nes. Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse, l'appareil de commande comprend une plaque de cir- cuit imprimé à plusieurs couches, dont une couche c'est-à-dire la couche de masse comprend à la fois la masse de commande et la masse de puissance. Cela réduit considérablement les moyens techniques à mettre en oeuvre pour fabriquer les deux masses séparées l'une de l'autre par comparaison à des appareils de commande connus La masse de commande est séparée dans l'espace par rapport à la masse de puissance par un intervalle non conduc- teur réalisé simplement sur la couche de la masse par interrup- tion du revêtement conducteur. Pour relier galvaniquement la masse de commande et la masse de puissance (terminologie abrégée pour désigner la masse du circuit de commande et celle du circuit de puissance), les deux masses avec la ligne de masse externe, la couche de masse présente de préférence un point étoile de masse. Cela évite les lignes supplémentaires en combinaison avec les deux masses qui constitueraient des sources de parasite supplémen- taires pour l'émission de signaux parasites à haute fréquence. Pour que les boucles de courant parasites ne soient étendues dans l'espace que d'une manière aussi réduite que pos- sible, les capacités sont avantageusement rapprochées dans l'espace aux bornes des branchements de la masse des composants de puissance. Il est particulièrement avantageux d'associer une capacité à chacun des composants de puissance. On peut ainsi réaliser plusieurs très petites boucles de courant qui du fait de leur faible extension ne présentent qu'un faible effet d'an- tenne. De préférence, les capacités son reliées directe- ment aux bornes de masse des composants de puissance ainsi qu'aux bornes de masse des composants numériques, par le chemin le plus faiblement ohmique. Dessins Des exemples de réalisation de l'invention sont re- présentés dans les dessins et seront décrits ci-après de ma- nière plus détaillée dans la description suivante. Ainsi: - la figure 1 montre schématiquement un appareil de commande comprenant plusieurs couches de plaques de circuit imprimé avec un circuit de commande, un circuit de puissance ainsi qu'une masse de commande et une masse de puissance séparée de la masse de commande, - la figure 2 montre un appareil de commande à deux plaques de circuit imprimé comprenant respectivement un circuit de com- mande, un circuit de puissance, une masse de commande et une masse de puissance séparée de la masse de commande. Description des exemples de réalisation L'idée de base de la présente invention est que dans un appareil de commande servant notamment à commander les fonctions d'un véhicule automobile, ayant au moins un circuit de commande comprenant des composants numériques donnant un si- gnal de commande à partir d'un signal d'entrée, au moins un circuit de puissance comprenant des composants de puissance pour émettre des signaux, au moins une première masse en sur- face (masse de commande ou masse du circuit de commande) asso- ciée au circuit de commande et au moins une seconde masse en surface (masse de puissance) qui à l'exception d'une liaison galvanique avec la masse de commande est isolée électriquement, et est associée au circuit de puissance, on minimise l'émission des parasites à haute fréquence en réalisant les boucles de courant traversées par les courants parasites à haute fré- quence, aussi petites que possible en surface; pour cela, on réalise au moins une liaison électrique supplémentaire entre la masse de commande et la masse de puissance par des capacités, pour que l'effet d'antenne lié aux circuits de courant soit aussi réduit que possible. Selon la figure 1, on a un appareil de commande pour commander les fonctions d'un véhicule automobile sous la forme d'une plaque de circuit imprimé 1 à plusieurs couches. Cet ensemble comprend un circuit de commande 2 avec des compo- sants numériques 3 et un circuit de puissance 4 avec des compo- sants de puissance 6. A la fois les composants numériques 3 par exemple des microprocesseurs, des mémoires ou analogues sont prévus dans une zone 7 de la plaque de circuit imprimé et les compo- sants de puissance 6 dans une zone 8 de la plaque à plusieurs couches. Le circuit de commande 2 est une première masse en surface c'est-à-dire la masse de commande 9; le circuit de puissance 4 comporte une seconde masse en surface à savoir la masse de puissance 11. La masse de commande 9 est séparée dans l'espace par rapport à la masse de puissance 11 et est isolée électriquement à l'exception d'une liaison galvanique sous la forme d'un point étoile de masse 15, par un intervalle 12 non conducteur. Dans le cas de la plaque à plusieurs couches 1 re- présentée à la figure 1, à la fois la masse de commande 9 et la masse de puissance 11 font partie d'une seule couche de masse. L'intervalle 12 est uniquement une interruption du revêtement conducteur de cette couche de masse. Pour le branchement de lignes externes, la plaque de circuit imprimé à plusieurs couches 1 comporte une barrette de connexion 13 dont une broche 14 est reliée à au moins une ligne de masse externe (non représentée). La broche 14, la masse de commande 9 et la masse de puissance 11 sont reliées électriquement à un point étoile de masse 15, commun à la cou- che de masse. La broche 14 est prévue de préférence directement sur la couche de masse et en contact avec celle-ci. On supprime ainsi toutes les lignes de liaison entre la masse de commande 9, la masse de puissance 11 et la broche 14. Comme cela appa- raît à la figure 1, le chemin de courant de puissance passe de- vant la barrette de connexion 13 jusqu'à la broche 14 qui permet de faire sortir la ligne de masse non représentée (voir flèche A). Un parasite haute fréquence provoqué par les compo- sants numériques 3 (par exemple un flanc raide de signal) est évacué par les composants de puissance 6 par exemple les étages d'émission de puissance amplifiant les signaux, également le long du chemin de puissance portant la flèche A jusque vers la ligne de masse. On aurait dans ces conditions une boucle de courant relativement grande qui fonctionnerait comme une très bonne antenne d'émission mais également de réception de parasi- tes. De plus, la ligne de masse externe fonctionnerait comme une autre antenne. Pour éviter de telles boucles de courant importan- tes, au voisinage des composants de puissance 6, on a des capa- cités 16 permettant chaque fois un court-circuit dans les circuits de courant parasite à haute fréquence, suivant le che- min le plus court. De tels courts-circuits réduisent considéra- blement le chemin du courant entre la source des courants parasites et le puits, de sorte que l'effet d'antenne de ces circuits de courant parasite diminue considérablement. De préférence, les capacités 16 sont prévues au voisinage des composants de puissance 6; une capacité 16 est associée à chaque composant de puissance 6. On arrive ainsi à des boucles de courant parasite particulièrement petites et ainsi à des antennes particulièrement réduites. Les capacités 16 sont reliées directement aux bor- nes de masse des composants de puissance 6, ainsi qu'aux bornes de masse des composants numériques 3, par conduction électrique avec un chemin faiblement ohmique. Les liaisons sont reliées électriquement de préférence aux pattes de branchement des mas- ses de composants de puissance 6 et par exemple à la surface de masse du coeur du calculateur. Les capacités 16 sont de préférence des condensa- teurs en céramique ou des condensateurs en film. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un circuit de commande en particulier pour commander les fonctions d'un véhicule automobile. Ce mode de réalisation se- lon la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 uniquement en ce qu'il comporte plus de deux plaques de circuit imprimé à plusieurs couches 1, ayant chaque fois au moins un circuit de commande 2, au moins un circuit de puissance 4 et des masses de commande 9 et des masses de puissance 11 associées. Les masses de commande 9 et les masses de puissance 11 sont également sé- parées ici dans l'espace par un intervalle 12 électriquement non conducteur. Chaque plaque de circuit imprimé à plusieurs couches 1 comprend en outre une barrette d'enfichage 13. Comme cela apparaît à la figure 2, les deux plaques de circuit imprimé à plusieurs couches 1 sont reliées par un collecteur de plaques de circuit imprimé 17. Les deux masses de puissance 11 sont reliées l'une à l'autre par une ligne de masse 18. Selon la figure 2, l'une des deux plaques de circuit imprimé à plusieurs couches 1 comprend le point étoile de masse auquel sont reliées les masse de commande 9 et les masses de puissance 11 des deux plaques de circuit imprimé à plusieurs couches 1, avec une broche de masse 14 à l'une des deux barret- tes d'enfichage 13. Les deux plaques de circuit imprimé à plu- sieurs couches 1 sont montées de préférence superposées à plat dans l'appareil de commande. Il est clair qu'il est également possible de combi- ner de la manière ainsi décrite plus de deux plaques à plu- sieurs couches de circuit imprimé. R E V E ND I C A T I ON S 1 ) Appareil de commande notamment pour commander les fonctions d'un véhicule automobile, comprenant au moins un circuit de commande équipé de composants numériques (3) donnant un signal de commande à partir d'au moins un signal d'entrée, au moins un circuit de puissance (4) équipé de composants de puissance pour émettre un signal, au moins une première masse de surface (masse de commande (9)) associée au circuit de com- mande et au moins une seconde masse de surface (masse de puis- sance (11)), séparée dans l'espace par rapport à la masse de commande (9) et qui, à l'exception d'une liaison galvanique est isolée- électriquement (12) de la masse de commande (9), caractérisé en ce que: la masse de commande (9) est reliée électriquement à la masse de puissance (11) pour former un court-circuit dans les cir- cuits de courants parasites à haute fréquence, suivant le che- min le plus court, par au moins une capacité (16). 2 ) Appareil de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que: la masse de commande (9) est séparée dans l'espace par rapport à la masse de puissance (11), par au moins un intervalle non conducteur (12). 3 ) Appareil de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: l'appareil de commande comprend au moins une plaque à plusieurs couches à circuit imprimé, dont une couche (couche de masse) comporte à la fois la masse de commande (9) et la masse de puissance (11). 4 ) Appareil de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que: la masse de commande (9), la masse de puissance (11) et au moins une borne (14) pour une ligne de masse externe sont re- liées électriquement l'une à l'autre au point étoile de masse (16) associé à la couche de masse. ) Appareil de commande selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que: les capacités (16) sont situées dans l'espace, au voisinage des composants de puissance (6). 6 ) Appareil de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'à: chaque composant de puissance (6) est associée une capacité (16). 7 ) Appareil de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que: les capacités (16) sont reliées directement aux bornes de masse10 des composants de puissance (6) ainsi qu'aux bornes de masse des composants numériques (3), de manière électriquement con- ductrice suivant le chemin le plus faiblement ohmique.