Brevet FR2755569A1 — publié le 19980507

EQUIPEMENT DE TELECOMMUNICATION FILAIRE AVEC PROTECTION CONTRE DES PARASITES ELECTROMAGNETIQUES La présente invention concerne le domaine de la protection des équipements de télécommunication contre des parasites électromagnétiques de type transitoire rapide. Un équipement concerné par cette protection est du type comportant des premier et second connecteurs pour le raccordement à des première et seconde lignes, respectivement, et un circuit imprimé multicouche, dont une région supporte des composants de traitement de signal, chacune des première et seconde lignes comportant au moins deux conducteurs électriques, le circuit imprimé incorporant des liaisons électriques entre les connecteurs et lesdits composants. Il s'agit typiquement d'un équipement de réseau numérique tel qu'une terminaison numérique de réseau (TNR) ou encore un répéteur. Une TNR est un équipement qui se place aux abords d'un site d'abonné numérique (par exemple sur un palier d'appartement) et qui assure les transformations de signaux, requises par les formats et protocoles de transmission numérique employés, entre une ligne de réseau raccordée à une interface de la TNR appelée interface U et une ligne d'abonné raccordée à une autre interface de la TNR appelée interface S. Il est généralement spécifié qu'un équipement tel qu'une TNR puisse être proche (quelques centimètres) d'un élément raccordé électriquement à la terre (par exemple les fers d'armature d'un mur en béton armé sur lequel serait installé un compartiment destiné à recevoir l'équipement). Dans ces conditions, les perturbations électromagnétiques causées par les coupures de moteurs électriques, ou d'autres charges inductives, situés à proximité de l'équipement peuvent être induites par couplage dans les lignes raccordées à l'équipement. Ces parasites peuvent être de forte amplitude avec des temps de montée très courts (plusieurs centaines de volts en quelques nanosecondes). Ces parasites s'écoulent vers la terre, en s'évanouissant relativement rapidement dans les câbles. Mais il convient d'éviter qu'ils puissent atteindre les composants de traitement de signal de l'équipement, sans quoi ils provoqueraient des erreurs de transmission. En général, cette protection est effectuée en prévoyant que les liaisons électriques entre les connecteurs de l'équipement et les composants de traitements de signal soient inductives, des petites bobines d'inductance étant à cet effet montées sur le circuit imprimé près des connecteurs. Mais les capacités parasites existant entre les spires adjacentes d'une bobine diminuent son impédance vis- à-vis des perturbations les plus rapides, ce qui limite sensiblement l'efficacité de la protection. Un but de la présente invention est de proposer des moyens simples et économiques pour immuniser efficacement l'équipement contre des parasites intenses et rapides. L'invention propose ainsi un équipement du type indiqué au début, dans lequel le circuit imprimé incorpore en outre des premières métallisations associées au premier connecteur qui les relie respectivement aux conducteurs de la première ligne, et des secondes métallisations associées au second connecteur qui les relie respectivement aux conducteurs de la seconde ligne, et dans lequel les premières métallisations et les secondes métallisations appartiennent à des couches différentes du circuit imprimé et sont situées les unes en face des autres pour réaliser un couplage capacitif entre les deux lignes. En présence de parasites à haute fréquence, ce couplage capacitif intégré dans le circuit imprimé procure une faible impédance entre les deux lignes. Des parasites à haute fréquence survenant sur l'une des deux lignes peuvent alors être déviés vers l'autre ligne, o ils s'évanouiront sans atteindre les composants de traitement de signal. En plus de son efficacité, cette protection de l'équipement présente l'avantage de ne rien coûter puisqu'elle fait simplement appel à un dessin judicieux des couches du circuit imprimé et non à des composants discrets de filtrage. Pour limiter la propagation par rayonnement d'une perturbation vers les composants de traitement de signal, la région du circuit imprimé qui les supporte comporte un plan de masse situé à distance des connecteurs et des premières et secondes métallisations. Et pour limiter la propagation par conduction, on agence les liaisons électriques entre les connecteurs et les composants de traitement de signal de façon qu'elles soient essentiellement inductives, avec des capacités parasites minimales. On prévoit ainsi que ces liaisons consistent essentiellement en des pistes métalliques sensiblement parallèles que les connecteurs relient respectivement aux conducteurs électriques des lignes. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un équipement selon l'invention, et - la figure 2 est un graphique montrant l'amélioration que procure l'invention quant au taux d'erreur observé en présence de parasites rapides. La figure 1 illustre l'application de la présente invention à un équipement de télécommunication filaire consistant en une terminaison numérique de réseau (TNR). La TNR comprend un circuit imprimé multicouche 4 de forme générale rectangulaire dont une région 5 supporte des composants de traitement de signal 6. Sur le bord du circuit imprimé 4 opposé à la région 5 sont disposés deux connecteurs, l'un 7 constituant une interface U pour le raccordement d'une ligne de réseau 9, et l'autre 8 constituant une interface S pour le raccordement d'une ligne d'abonné 10. S'agissant d'un réseau numérique à intégration de services (RNIS), la ligne de réseau 9 raccordée à l'interface U se compose classiquement de deux conducteurs électriques procurant une liaison bidirectionnelle à 160 kbit/s, et la ligne d'abonné 10 raccordée à l'interface S se compose de quatre conducteurs procurant deux liaisons de sens contraire à 192 kbit/s. Les composants 6 assurent de façon classique les transformations de signaux requises entre les interfaces U et S. Sur la figure 1, on a représenté la terre électrique 12 supposée proche de la TNR. La référence 13 symbolise un générateur de transitoires rapides qui, en raison de la proximité de la terre 12, peuvent être induits par couplage dans l'une des lignes raccordées aux connecteurs 7, 8, à savoir la ligne de réseau 9 dans le cas particulier considéré. Dans la pratique, ces transitoires peuvent être générés par des coupures de charges inductives telles que des moteurs (d'aspirateur par exemple) se trouvant près de la TNR. Ces transitoires peuvent provoquer des variations de tension de plusieurs centaines de volts pendant quelques nanosecondes. Il convient de prendre des dispositions pour que de telles perturbations n'atteignent pas les composants de traitement de signal 6 de la TNR. A cet effet, l'invention préconise de dévier ces perturbations vers l'autre ligne 10 raccordée à la TNR, o elles pourront s'évanouir assez rapidement compte tenu des couplages capacitifs existant avec la terre 12, symbolisés par les condensateurs 14 sur la figure 1. Cette déviation des perturbations est réalisée grâce à un couplage capacitif entre les connecteurs 7, 8, obtenu au moyen de métallisations judicieusement agencées dans les couches du circuit imprimé 4 et qui forment des plaques de condensateurs. Ce couplage capacitif doit être suffisant pour immuniser efficacement les composants 6 contre des perturbations rapides, sans être trop important pour éviter d'affecter les signaux dans la bande passante de transmission. On a déterminé que, dans le cas des valeurs numériques mentionnées plus haut pour un RNIS, le couplage capacitif global entre les deux lignes 9, 10 est avantageusement compris entre 150 et 300 picofarads. Les métallisations Ul, U2, Rxl, Rx2, Txl, Tx2 sont situées à proximité des connecteurs 7, 8 qui les relient chacune à un conducteur respectif de l'une des lignes 9, 10. Des pistes métalliques 16 s'étendent au sein du circuit imprimé 4 entre les métallisations Ul, U2, Rxl, Rx2, Txl, Tx2 et la région 5 supportant les composants 6, o ces pistes sont reliées de manière appropriée aux composants 6. Comme le montre la figure 1, la région 5 comporte un plan de masse métallisé 17 servant, comme il est usuel dans la technique des circuits imprimés, à distribuer le potentiel de la masse aux composants 6 qui en ont besoin. Ce plan de masse 17 est situé à distance des connecteurs 7, 8 et des métallisations U1, U2, Rxl, Rx2, Txl, Tx2, afin de minimiser le risque qu'il soit atteint par une perturbation rapide se propageant par rayonnement depuis le bord opposé du circuit imprimé. Le plan de masse 17 est de préférence éloigné d'au moins 2 centimètres des connecteurs et des métallisations. Entre le plan de masse 17 et les métallisations U1, U2, Rxl, Rx2, Txl, Tx2, les pistes 16 sont parallèles et étroites, par exemple rectilignes, de manière à être essentiellement inductives en minimisant les couplages capacitifs. L'inductance longitudinale de chaque paire de piste 16 est de préférence d'au moins 20 nanohenrys. Dans l'agencement représenté sur la figure 1, les deux métallisations U1, U2 associées au connecteur 7 de l'interface U consistent en deux bandes situées dans la même couche du circuit imprimé 4 parallèlement au bord o se trouvent les connecteurs 7, 8. Les deux métallisations Rxl, Rx2 associées au connecteur de l'interface S pour le sens de réception consistent en deux plaques ayant la même forme sensiblement carrée, situées l'une en face de l'autre dans deux couches du circuit imprimé 4 qui se trouvent de part et d'autre de la couche des métallisations Ul, U2. Ces métallisations Rxl, Rx2 prennent en sandwich un tronçon de chacune des bandes constituant les métallisations Ul, U2 de manière A réaliser le couplage capacitif souhaité. Les deux métallisations Txl, Tx2 associées au connecteur de l'interface S pour le sens d'émission consistent en deux plaques ayant la même forme sensiblement carrée, situées l'une en face de l'autre dans les mêmes couches que les métallisations Rxl, Rx2. Ces métallisations Txl, Tx2 prennent en sandwich un autre tronçon de chacune des bandes constituant les métallisations Ul, U2 de manière A réaliser le couplage capacitif souhaité. On notera que dans le cas o l'invention est appliquée A un équipement, tel qu'un répéteur, qui se raccorde A deux lignes ayant chacune deux conducteurs seulement, on pourra adopter un agencement semblable A celui de la figure 1, en supprimant l'une des paires de métallisations représentées, par exemple la paire Txl, Tx2. L'efficacité de la protection contre des perturbations rapides peut être appréciée sur le graphique de la figure 2, obtenu en mesurant le nombre moyen N de fautes de transmission par minute sur un canal A 64 kbit/s en fonction de l'amplitude A des transitoires rapides générés dans l'une des deux lignes. La courbe I représente le nombre de fautes observées en l'absence de la protection par couplage capacitif selon l'invention. On voit que pour une amplitude de 500 volts, spécifiée par certaines normes, le nombre de fautes de transmission est significatif, alors que ce nombre est négligeable lorsqu'il est fait appel A la protection selon l'invention (courbe II). Pour un nombre de fautes donné, l'équipement selon l'invention est capable de faire face A des perturbations rapides d'amplitude sensiblement plus grande. La courbe II a été obtenue dans un cas o le couplage capacitif global C entre les deux lignes était de 160 pF, l'inductance L de chaque paire de pistes 16 était de l'ordre de 20 nH et la distance d entre le plan de masse 17 et les métallisations Ul, U2, Rxl, Rx2, Txl, Tx2 était de 2 cm. L'immunité du circuit était alors d'environ 650 V au lieu de 450 V environ en l'absence du couplage capacitif. Dans un autre exemple o on avait C=220 pF, L=40 nH et d=4 cm, on a observé une immunité d'environ 900 V. REVENDICATIONS 1. Equipement de télécommunication comportant des premier et second connecteurs (7,8) pour le raccordement à des première et seconde lignes (9,10), respectivement, et un circuit imprimé multicouche (4), dont une région (5) supporte des composants de traitement de signal (6), chacune des première et seconde lignes comportant au moins deux conducteurs électriques, le circuit imprimé incorporant des liaisons électriques (16) entre les connecteurs et lesdits composants, caractérisé en ce que le circuit imprimé incorpore en outre des premières métallisations (U1,U2) associées au premier connecteur (7) qui les relie respectivement aux conducteurs de la première ligne (9), et des secondes métallisations (Rxl,Rx2,Txl,Tx2) associées au second connecteur (8) qui les relie respectivement aux conducteurs de la seconde ligne (10), et en ce que les premières métallisations et les secondes métallisations appartiennent à des couches différentes du circuit imprimé (4) et sont situées les unes en face des autres pour réaliser un couplage capacitif entre les deux lignes (9,10). 2. Equipement selon la revendication 1, dans lequel ledit couplage capacitif entre les deux lignes est de 150 à 300 picofarads. 3. Equipement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la région (5) du circuit imprimé supportant les composants de traitement de signal (6) comporte un plan de masse (17) situé à distance des connecteurs (7,8) et des premières et secondes métallisations (Ul,U2,Rxl,Rx2, Txl,Tx2). 4. Equipement selon la revendication 3, dans lequel le plan de masse (17) est éloigné des connecteurs (7,8) et des premières et secondes métallisations (Ul,U2,Rxl,Rx2, Txl,Tx2) d'au moins 2 centimètres. 5. Equipement selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les liaisons électriques entre les connecteurs (7,8) et les composants (6) consistent essentiellement en des pistes métalliques (16) sensiblement parallèles que les connecteurs relient respectivement aux conducteurs électriques des lignes (9,10). 6. Equipement selon la revendication 5, dans lequel lesdites pistes métalliques (16) présentent une inductance longitudinale d'au moins 20 nanohenrys pour chaque paire de pistes. 7. Equipement selon l'une quelconque des revendications 1 A 6, dans lequel la première ligne (9) comporte deux conducteurs tandis que la seconde ligne (10) comporte quatre conducteurs, dans lequel les premières métallisations (U1,U2) sont situées dans une même couche du circuit imprimé (4), et dans lequel les secondes métallisations (Rxl,Rx2,Txl,Tx2) sont réparties dans deux couches du circuit imprimé situées de part et d'autre de la couche des premières métallisations. 8. Equipement selon la revendication 7, dans lequel les premières métallisations (U1,U2) consistent en deux bandes sensiblement parallèles A un bord du circuit imprimé (4) o sont situés les connecteurs (7,8), et les secondes métallisations consistent en deux paires (Rxl,Rx2;Txl,Tx2) de plaques, les plaques de chaque paire étant placées l'une en face de l'autre et prenant en sandwich deux tronçons respectifs desdites bandes.