Brevet FR2776443A1 — publié le 19990924

" 2776443 CIRCUIT D'ISOLATION ELECTRIQUE ENTRE UN BUS BIDIRECTIONNEL ET UN CIRCUIT PERIPHERIQUE La présente invention concerne un circuit d'isolation électrique entre un bus bidirectionnel et un circuit périphérique. La présente invention trouve tout particulièrement son application dans les systèmes comportant un bus du type USB (Universal Serial Bus). Il est connu d'utiliser des circuits à base d'optocoupleurs pour isoler électriquement deux systèmes de nature électrique différente. Un optocoupleur se présente généralement sous la forme d'un boîtier comportant une diode photoémissive et un phototransistor. Lorsqu'un courant traverse la diode, cette dernière émet des photons qui rendent alors conducteur le phototransistor. L'optocoupleur permet ainsi de transmettre des signaux électriques avec un excellent isolement galvanique entre son entrée et sa sortie. Il permet par exemple de coupler des circuits basse tension à des circuits reliés au secteur sans risque de retrouver la tension secteur dans les circuits basse tension. Ces circuits d'isolation électrique sont particulièrement adaptés pour effectuer la liaison, au sein d'un système informatique quelconque, entre des circuits périphériques et le bus de communication du système. On connaît en particulier des circuits d'isolation effectuant la liaison entre un bus RS232 et des circuits périphériques. Ce bus comporte notamment un premier fil de données pour la transmission de données dans le sens périphérique/bus et un deuxième fil de données pour la transmission de données dans l'autre sens. Le circuit périphérique peut être par exemple une alimentation externe du type onduleur. L'onduleur peut parfois produire des hautes tensions dangereuses. Aussi, un optocoupleur est généralement disposé sur chacun des fils de données, entre le bus et l'onduleur, de manière à isoler l'onduleur par rapport au bus. La mise en oeuvre de cette isolation par optocoupleur ne pose alors pas de difficultés particulières sachant que le bus comporte un fil pour la transmission dans un sens et un fil pour la transmission dans l'autre sens. En revanche, un problème de rebouclage des signaux se pose lorsque les mêmes fils sont utilisés pour la transmission des données dans les deux sens. C'est par exemple le cas pour un bus du type USB (Universal Serial Bus). Ce bus comporte un fil d'alimentation, un fil de masse et deux fils de données pour véhiculer des signaux électriques différentiels dans les deux sens. L'invention a pour but de proposer un circuit d'isolation électrique destiné à être connecté entre un bus bidirectionnel véhiculant des signaux différentiels et un circuit périphérique, et conçu pour éviter tout risque de rebouclage des données. Selon l'invention, la transmission des signaux différentiels dans les deux sens est assurée par quatre optocoupleurs connectés les uns aux autres de manière à bloquer sélectivement le fonctionnement de deux d'entre eux suivant le sens de transmission des signaux, le circuit étant par ailleurs muni de moyens pour que les optocoupleurs bloqués ne perturbent pas la transmission des signaux issus des optocoupleurs non bloqués vers leur circuit de destination (bus ou circuit périphérique). Aussi, l'invention a pour objet un circuit d'isolation électrique connecté entre un bus bidirectionnel et un circuit périphérique déservi par ledit bus bidirectionnel, lequel bus comprend au moins un fil d'alimentation, un fil de masse et des premier et second fils de données pour véhiculer des signaux de données différentiels chacun dans le sens bus/circuit périphérique et dans le sens circuit périphérique/bus, le circuit périphérique comprenant une borne d'alimentation, une borne de masse et des première et seconde bornes de signal, caractérisé en ce qu'il comporte des premier et second optocoupleurs pour permettre la transmission de signaux différentiels dans le sens circuit périphérique/bus et des troisième et quatrième optocoupleurs pour permettre la transmission de signaux différentiels dans le sens bus/ circuit périphérique, lesdits premier et troisième optocoupleurs étant associés coté périphérique à la première borne de signal et coté bus au premier fil de données, lesdits second et quatrième optocoupleurs étant associés coté périphérique à la seconde borne de signal et coté bus au second fil de données, lesdits premier et second optocoupleurs comportant, coté périphérique, une diode photoémissive et, coté bus, un phototransistor coopérant avec ladite diode pour la transmission des signaux différentiels dans le sens périphérique/bus, lesdits troisième et quatrième optocoupleurs comportant, coté bus, une diode photoémissive et, coté périphérique, un phototransistor coopérant avec ladite diode pour transmettre les signaux différentiels dans le sens bus/périphérique, en ce que lesdits premier et troisième optocoupleurs d'une part, et les second et quatrième optocoupleurs d'autre part, sont connectés l'un à l'autre de manière à ce que leur diode photoémissive respective soit bloquée pendant la transmission des signaux différentiels dans le sens bus/périphérique pour les premier et second optocoupleurs et dans le sens périphérique/bus pour les troisième et quatrième optocoupleurs; et en ce qu'il comporte en outre des premiers moyens pour appliquer le signal différentiel issu des premier et second optocoupleurs sur les premier et second fils de données du bus exclusivement pendant la transmission de signaux dans le sens périphérique/bus et des seconds moyens pour appliquer le signal différentiel issu des troisième et quatrième optocoupleurs sur les première et seconde bornes de signal du circuit périphérique exclusivement pendant la transmission de signaux dans le sens bus/périphérique. Selon un mode de réalisation préféré, la diode photoémissive de chacun desdits premier et second optocoupleurs a son anode connectée respectivement par l'intermédiaire de première et seconde résistances à la borne d'alimentation du circuit périphérique et sa cathode connectée respectivement auxdites première et seconde bornes de signal du circuit périphérique. Les phototransistors desdits premier et second optocoupleurs ont leur émetteur connecté au fil de masse du bus et leur collecteur connecté respectivement, d'une part, auxdits premier et second fils de données du bus et, d'autre part, par l'intermédiaire de troisième et quatrième résistances au fil d'alimentation du bus. Les diodes photoémissives desdits troisième et quatrième optocoupleurs ont leur anode respectivement connectée au collecteur des phototransistors desdits premier et second optocoupleurs, et leur cathode connectée respectivement auxdits premier et second fils de données du bus, et les phototransistors desdits troisième et quatrième optocoupleurs ont leur émetteur connecté à la borne de masse du circuit périphérique et leur collecteur connecté respectivement à l'anode des diodes photoémissives desdits premier et second optocoupleurs. Selon ce mode de réalisation préféré, les premiers moyens pour appliquer le signal différentiel issu des premier et second optocoupleurs sur les premier et second fils de données du bus comportent des première et seconde portes de transmission dont les entrées sont respectivement connectées au collecteur des premier et second phototransistors et dont les sorties sont respectivement connectées auxdits premier et second fils de données du bus, lesdites première et seconde portes de transmission n'étant pas activées lorsque lesdits premier et second phototransistors sont bloqués. Les seconds moyens pour appliquer le signal différentiel issu des troisième et quatrième optocoupleurs sur les première et seconde bornes de signal du circuit périphérique comportent des première et seconde diodes connectées respectivement en inverse aux bornes desdites première et seconde diodes photoémissives desdits premier et second optocoupleurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence à la figure unique qui représente un mode de réalisation préféré de l'invention. Sur la figure unique est représenté un circuit d'isolation électrique 1 connecté entre un circuit périphérique 2 et un bus de communication bidirectionnelle 3. D'un coté, le circuit périphérique 2 comporte une borne d'alimentation 4 pour recevoir une tension d'alimentation Vcc2, une borne de masse 7 connectée à une masse flottante gnd et deux bornes de signal 5 et 6 pour transmettre et recevoir des signaux de données différentiels. Des résistances (non représentées), appelées communément résistances de "pull- up", sont de manière classique prévues entre les bornes de signal 5 et 6 et la borne d'alimentation 4. Ainsi, en l'absence de signal, un état correspondant à un niveau logique haut est présent sur les deux bornes 5 et 6. De l'autre coté, le bus 3 comporte un fil d'alimentation 8 véhiculant la tension Vcc3, un fil de masse 11 connecté à une autre masse du système GND et deux fils de données 9 et 10 connectés par l'intermédiaire du circuit de l'invention aux bornes de signal 5 et 6. En l'absence de signal, un état correspondant à un niveau logique bas est présent sur les deux fils 9 et 10. Dans la suite de la description, l'état O désignera un état logique bas et l'état 1 un état logique haut. Pour transmettre les signaux de données différentiels dans le sens circuit périphérique/bus, le circuit d'isolation électrique 1 comporte deux optocoupleurs. Le premier optocoupleur est constitué, coté périphérique, d'une diode photoémissive D1 et, coté bus, d'un phototransistor T1 coopérant avec la diode D1 pour transmettre la donnée présente sur la borne de signal 5 du périphérique vers le fil de données 9 du bus. De même, le second optocoupleur est constitué, coté périphérique, d'une diode photoémissive D2 et, coté bus, d'un phototransistor T2 coopérant avec la diode D2 pour transmettre la donnée présente sur la borne de signal 6 du périphérique vers le fil de données 10 du bus. Les diodes photoémissives D1, D2 et les phototransistors Tl, T2 sont polarisés de la façon suivante: les diodes Dl et D2 ont leur cathode connectée respectivement aux bornes de signal 5 et 6 du périphérique 2 et leur anode connectée respectivement par l'intermédiaire de résistances R3 et R4 à la borne d'alimentation 4 du périphérique. Les phototransistors T1 et T2 ont leur émetteur connecté au fil de masse 11 du bus et leur collecteur connecté respectivement par l'intermédiaire de résistances Ri et R2 à une borne d'alimentation délivrant une tension Vccl issu d'un régulateur de tension 12. Ce régulateur de tension a pour rôle de fournir au circuit d'isolation une tension Vccl inférieure à Vcc3, par exemple 3.3 volts à la place de 5 volts. Le collecteur des transistors T1 et T2 est connecté respectivement au fil de données 9 et 10 par deux portes de transmission Pl et P2 pour autoriser la transmission de signaux différentiels dans le sens périphérique/bus. Ces portes sont des portes trois états. Un signal destiné à activer les portes P1 et P2 est généré par une porte logique P3 de type NON ET dont les deux entrées sont connectées respectivement au collecteur des transistors T1 et T2. La porte P3 empêche donc la transmission vers les fils de données 9 et 10 de l'état 11 vers les deux bornes de signal 5 et 6. Ainsi, pendant la transmission des signaux dans le sens bus/périphérique, les portes Pl et P2 ne sont pas passantes et le signal différentiel présent à la sortie des optocoupleurs (Dl,T1) et (D2, T2) n'est pas transmis vers le bus 3. De manière avantageuse, des filtres passe-bas réalisés au moyen de résistances R5, R6 et de condensateurs Cl, C2, sont prévus entre la sortie des portes P1 et P2 et les fils de données 9 et 10 de manière à filtrer les signaux parasites. Pour la transmission des signaux de données différentiels dans le sens bus/circuit périphérique, le circuit d'isolation électrique 1 comporte des troisième et un quatrième optocoupleurs. Le troisième optocoupleur comporte, coté bus, une diode photoémissive D3 et, coté périphérique, un phototransistor T3 coopérant avec la diode D3 pour transmettre le signal présent sur le fil de données 9 vers la borne de signal 5 du périphérique. De même, le quatrième optocoupleur comporte, coté bus, une diode photoémissive D4 et, coté périphérique, un phototransistor T4 coopérant avec la diode D4 pour transmettre le signal présent sur le fil de données 10 vers la borne de signal 6 du périphérique. La cathode des diodes D3 et D4 est connectée respectivement aux fils de données 9 et 10 par deux portes de transmission P4 et P5. L'entrée d'activation de ces portes étant en permanence reliée à la sortie du régulateur 12, elles sont toujours passantes. Ces portes sont destinées à fournir le courant traversant les photodiodes D3 et D4 lorsque ces dernières sont passantes. L'anode des diodes D3 et D4 est connectée respectivement aux collecteurs des phototransistors T1 et T2. Les phototransistors T3 et T4 ont leur émetteur connecté à la borne de masse 7 du périphérique et leur collecteur connecté respectivement à l'anode des diodes photoémissives Dl et D2. Les quatre optocoupleurs sont connectés entre eux de manière à ce que les diodes Dl, D2 des deux premiers soient bloquées pendant la transmission bus/périphérique et que les diodes D3, D4 des deux derniers soient bloquées pendant la transmission périphérique/bus. Le circuit comprend par ailleurs des diodes schottky DS1 et DS2 pour transmettre les états présents sur le collecteur des transistors T3 et T4 vers les bornes de signal 5 et 6 du périphérique 2. La diode schottky DSl est connectée en inverse aux bornes de la diode photoémissive D1 et est passante lorsque le phototransistor T3 est passant. De même, la diode schottky DS2 est connectée en inverse aux bornes de la diode photoémissive D2 et est passante lorsque le phototransistor T4 est passant. Le fonctionnement de ce circuit d'isolation est le suivant. En l'absence de transmission, les résistances de pull-up du circuit périphérique 2 impose un état 1 sur les bornes de signal 5 et 6. Les diodes D1 et D2, ainsi que les transistors T1 et T2, sont bloqués. Les portes P1 et P2 ne sont pas activées. Dans l'autre sens, les fils de données 9 et 10 sont normalement à l'état 0. Toutefois, une résistance R7 connectée entre la sortie du régulateur 12 et le fil de données 10, impose l'état 1 sur le fil 10. En effet, la transmission de l'état 00 est réservée pour indiquer la fin d'un paquet de données. Par conséquent, en l'absence de transmission, la diode D4 est bloquée et la diode D3 est passante. Lorsque le circuit périphérique transmet vers le bus des signaux correspondants aux états 00, 01 ou 10, les diodes D3, D4 sont en permanence bloquées car elles ne présentent pas de différence de potentiel entre leurs bornes et les diodes schottky le sont également du fait de leur polarisation. Par contre, les diodes D1 et/ou D2 ne sont passantes que lorsqu'elles transmettent un état 0 et sont bloquées sinon. Lorsque le bus 3 transmet des signaux vers le circuit périphérique 2, les diodes Dl, D2 sont en permanence bloquées en raison de leur polarisation. En revanche, les diodes D3 et D4 ainsi que les diodes schottky DS1 et DS2 sont passantes lorsqu'il s'agit de transmettre un 0 vers le circuit périphérique; elles sont bloquées sinon. Bien que seul un mode de réalisation préféré ait été décrit et représenté, il est évident que toute modification apportée par l'homme du métier dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1. Circuit d'isolation électrique (1) connecté entre un bus bidirectionnel (3) et un circuit périphérique (2) déservi par ledit bus bidirectionnel, lequel bus comprend au moins un fil d'alimentation (8), un fil de masse (11) et des premier et second fils de données (9,10) pour véhiculer des signaux de données différentiels chacun dans le sens bus/circuit périphérique et dans le sens circuit périphérique/bus, le circuit périphérique comprenant une borne d'alimentation (4), une borne de masse (7) et des première et seconde bornes de signal (5,6), caractérisé en ce qu'il comporte des premier et second optocoupleurs (D1,Tl,D2,T2) pour permettre la transmission de signaux différentiels dans le sens circuit périphérique/bus et des troisième et quatrième optocoupleurs (D3,T3, D4,T4) pour permettre la transmission de signaux différentiels dans le sens bus/circuit périphérique, lesdits premier et troisième optocoupleurs étant associés coté périphérique à la première borne de signal (5) et coté bus au premier fil de données (9), lesdits second et quatrième optocoupleurs étant associés coté périphérique à la seconde borne de signal (6) et coté bus au second fil de données (10), lesdits premier et second optocoupleurs comportant, coté périphérique, une diode photoémissive (D1,D2) et, coté bus, un phototransistor (T1,T2) coopérant avec ladite diode pour la transmission des signaux différentiels dans le sens périphérique/bus, lesdits troisième et quatrième optocoupleurs comportant, coté bus, une diode photoémissive (D3,D4) et, coté périphérique, un phototransistor (T3,T4) coopérant avec ladite diode pour transmettre les signaux différentiels dans le sens bus/périphérique, en ce que lesdits premier et troisième optocoupleurs d'une part, et les second et quatrième optocoupleurs d'autre part, sont connectés l'un à l'autre de manière à ce que leur diode photoémissive respective soit bloquée pendant la transmission des signaux différentiels dans le sens bus/périphérique pour les premier et second optocoupleurs et dans le sens périphérique/bus pour les troisième et quatrième optocoupleurs; et en ce qu'il comporte en outre des premiers moyens (P1,P2) pour appliquer le signal différentiel issu des premier et second optocoupleurs sur les premier et second fils de données du bus exclusivement pendant la transmission de signaux dans le sens périphérique/bus et des seconds moyens (DSl,DS2) pour appliquer le signal différentiel issu des troisième et quatrième optocoupleurs sur les première et seconde bornes de signal du circuit périphérique exclusivement pendant la transmission de signaux dans le sens bus/périphérique. 2. Circuit d'isolation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode photoémissive (D1,D2) de chacun desdits premier et second optocoupleurs a son anode connectée respectivement par l'intermédiaire de première et seconde résistances (R3,R4) à la borne d'alimentation (4) du circuit périphérique et sa cathode connectée respectivement auxdites première et seconde bornes de signal (5,6) du circuit périphérique (2), les phototransistors (T1,T2) desdits premier et second optocoupleurs ayant leur émetteur connecté au fil de masse (11) du bus et leur collecteur connecté respectivement, d'une part, auxdits premier et second fils de données (9,10) du bus et, d'autre part, par l'intermédiaire de troisième et quatrième résistances (R1,R2) au fil d'alimentation (8) du bus, en ce que les diodes photoémissives (D3,D4) desdits troisième et quatrième optocoupleurs ont leur anode respectivement connectée au collecteur des phototransistors (T1,T2) desdits premier et second optocoupleurs, et leur cathode connectée respectivement auxdits premier et second fils de données (9,10) du bus, les phototransistors (T3,T4) desdits troisième et quatrième optocoupleurs ayant leur émetteur connecté à la borne de masse (7) du circuit périphérique et leur collecteur connecté respectivement à l'anode des diodes photoémissives (D1,D2) desdits premier et second optocoupleurs. 3. Circuit d'isolation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers moyens pour appliquer le signal différentiel issu des premier et second optocoupleurs sur les premier et second fils de données (9,10) du bus comportent des première et seconde portes de transmission (Pl,P2) dont les entrées sont respectivement connectées au collecteur des premier et second phototransistors (T1, T2) et dont les sorties sont respectivement connectées auxdits premier et second fils de données (9,10) du bus, lesdites première et seconde portes de transmission (Pl,P2) n'étant pas actives lorsque lesdits premier et second phototransistors (Tl,T2) sont bloqués. 4. Circuit d'isolation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens pour appliquer le signal différentiel issu des troisième et quatrième optocoupleurs sur les première et seconde bornes de signal (5, 6) du circuit périphérique comportent des première et seconde diodes (DSl,DS2) connectées respectivement en inverse aux bornes desdites première et seconde diodes photoémissives (Dl,D2) desdits premier et second optocoupleurs. 5. Circuit d'isolation électrique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des troisième et quatrième portes de transmission (P4,P5) dont les entrées sont respectivement connectées auxdits premier et second fils de données (9,10) du bus et dont les sorties sont respectivement connectées à la cathode des diodes photoémissives (D3,D4) desdits troisième et quatrième optocoupleurs, lesdites troisième et quatrième portes de transmission étant en permanence actives. 6. Circuit d'isolation électrique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un régulateur de tension (12) pour modifier le niveau de tension d'alimentation fourni auxdites troisième et quatrième résistances (R1,R2).