Brevet FR2796518A1 — publié le 20010119

Ensemble électronique autonome comprenant des cartes électroniques assujetties à un cadre. La présente invention concerne un ensemble électronique unitaire et autonome, enfichable dans un connecteur standard et qui comporte une pluralité de cartes amovibles, dont la structure est simple et possède des moyens autonomes de fonctionnement. II est possible, ainsi, d'ajouter cet ensemble à un appareil électronique existant, notamment un micro-ordinateur, pour lui apporter une pluralité de fonctions sous une forme compacte, peu volumineuse, et sans devoir intervenir sur la circuiterie de l'appareil. Parmi les applications possibles de l'invention, il faut citer les réseaux de communication multimédia, c'est-à-dire transférant des données informatiques, des éléments graphiques (images) et des éléments sonores (musique, bruits, voix). Dans ce domaine, l'invention permet d'équiper des terminaux de différents types pour leur apporter de manière très simple une fonction nouvelle et complexe, à savoir le traitement de données, d'images et de sons. En raison de son prix très compétitif, l'ensemble électronique de l'invention s'applique particulièrement bien aux petites configurations. En outre, en raison de sa modularité, un même ensemble peut être étendu petit à petit vers des configurations plus grandes et complexes. A cette fin, l'invention a pour objet un ensemble électronique autonome et enfichable dans un connecteur électronique standard dit " slot ", comprenant au moins une carte, c'est-à-dire une embase plane présentant des contacts, des éléments conducteurs et des composants disposés et raccordés pour constituer ensemble au moins un circuit, caractérisé en ce qu'il est formé d'une structure comprenant deux branches parallèles entre lesquelles se trouve une zone centrale et qui présentent deux faces opposées situées dans deux plans parallèles, cet ensemble comportant d'une part un sous- ensemble électronique de gestion et de contrôle assujetti à la structure et ayant un connecteur unique enfichable dans le connecteur standard dit " slot "et d'autre part des cartes distinctes qui sont fixées de manière amovible, par-dessus la zone centrale, aux deux branches dont les faces opposées constituent chacune un support pour lesdites cartes, lesquelles sont connectables et déconnectables individuellement, les branches et les cartes déterminant conjointement un espace interne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention l'ensemble est muni d'une prise d'alimentation électrique standard, spécifique à lui ; l'ensemble étant associé à un appareil électronique, tel qu'un serveur, ayant une alimentation électrique propre et au moins un bus de distribution, l'alimentation spécifique à l'ensemble est indépendante de celle du bus ; D l'espace interne est associé à des moyens de ventilation ; les moyens de ventilation sont intégrés audit ensemble de manière autonome; les moyens de ventilation sont constitués par au moins deux ventilateurs devant fonctionner ensemble, séparément ou selon toute combinaison ; les moyens de ventilation sont constitués par au moins deux ventilateurs devant fonctionner indépendamment l'un de l'autre, c'est-à-dire que l'un au moins est en fonctionnement et un autre au moins est en attente, afin que ce dernier puisse suppléer, par commutation automatique, à un autre dont le fonctionnement se trouve altéré ; les cartes qui sont fixées par-dessus la zone centrale comportent chacune, sur leurs deux côtés opposés devant être adjacents à des cartes voisines, au moins deux éléments de jonction reliés par un conducteur constituant un segment de bus, chaque élément de jonction étant destiné à coopérer avec un élément complémentaire, en vue d'assurer la continuité d'au moins un bus par chaînage des cartes disposées à plat, bord contre bord, les unes à la suite des autres ; les cartes qui sont fixées par-dessus la zone centrale comportent chacune au moins un élément de connexion avec au moins un bus commun à toutes les cartes ; les deux branches parallèles sont reliées par au moins une branche transversale ; les deux branches parallèles, au moins, sont réalisées en un matériau bon dissipateur de chaleur ; les deux branches parallèles, au moins, présentent un état de surface, notamment une alternance de creux et de reliefs, propre à leur donner des qualités de radiateur. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est un schéma électronique montrant comment doivent être reliés les principaux composants : cartes, bus, réseaux. La figure 2 est une vue schématique d'une structure conforme à l'invention, qui respecte le schéma électronique de la figure 1, et qui permet une compacité telle que l'on obtient un ensemble autonome et enfichable d'encombrement minimum. La figure 3 est une vue schématique en perspective d'un ensemble électronique conforme à l'invention. La figure 4 est une vue schématique partielle en coupe transversale de l'ensemble de la figure 3. La figure 5 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale de l'ensemble de la figure 3. Fondamentalement, un ensemble conforme à l'invention comprend une pluralité de cartes électroniques, contrôlées et gérées par un sous-ensemble électronique que l'on peut appeler " carte mère " par opposition aux autres cartes dites " cartes filles ", le tout groupé en un ensemble ayant une structure unitaire, sa propre alimentation et sa logistique de fonctionnement, à savoir une seule barrette de contacts (ou connecteur) devant coopérer avec un seul connecteur standard (dénommé " slot ") et éventuellement un dispositif de ventilation. Pour illustrer l'invention, on a choisi son application aux ordinateurs, serveurs et accès de télécommunications multimédia (transfert de données, d'images et de sons). La miniaturisation des composants électroniques de toutes sortes a conduit à l'obtention de " cartes électroniques" beaucoup plus petites que les " cartes électroniques" classiques pour ordinateurs. On appelle " carte électronique" un ensemble de circuits disposés sur les deux grandes faces opposées d'un support isolant plan, l'une des faces, ou les deux, recevant les différents composants (transistors, microprocesseurs, mémoires) nécessaires à une ou plusieurs fonctions spécifiques. Les appareils électroniques, dont les micro-ordinateurs, possèdent un ou plusieurs emplacements associé chacun à un slot, afin que l'on puisse mettre en place sélectivement, par simple enfichage des cartes de fonction, soit dès l'origine de la mise en marche de l'appareil, soit ultérieurement. De même, on peut retirer tout aussi simplement les cartes, une par une, pour les remplacer par une autre. Par exemple, un micro-ordinateur peut être installé chez un utilisateur avec une configuration de base ne comprenant aucune carte additionnelle. Puis, ensuite, on peut ajouter une carte " réception radiophonique ", une carte " télévision ", etc. Pour une fonction déterminée, les cartes électroniques de technologie avancée sont aujourd'hui dix fois plus petites que les cartes électroniques au standard actuel d'ordinateurs de type " ordinateur personnel ". La présente invention permet précisément de créer des ensembles modulaires de plusieurs petites cartes fonctionnelles, ensembles qui se présentent chacun comme une carte unique au standard actuel d'ordinateurs de type " ordinateur personnel ". La figure 1 montre le schéma correspondant à un ensemble conforme à l'invention. Les cartes de fonction 1, dites dans la pratique " unités de traitement du signal " ou " UTS ", sont connectées en parallèle à un bus mixte 2 dit " de transfert de protocole ", assurant d'une part le transfert des signaux à traiter et celui des données élaborées. En outre, une carte 3 de traitement des fonctions " entrée " et " sortie " est raccordée à des jonctions 4 avec un réseau extérieur de lignes de transfert plus ou moins spécialisées, dont les lignes des réseaux numériques à intégration de %ervices (" RNIS "). Le bus 2 est connecté à un sous ensemble composé d'une unité centrale de traitement (" ÜTC ") 5, elle-même connectée à un bus 6 par un slot (non représenté) pour la communication fonctionnelle de l'ensemble avec un appareil électronique et à un bus de réseau local 7. L'unité centrale de traitement 5 comprend d'une part un conformateur de signaux 8 permettant de grouper " en paquets " les données destinées au réseau extérieur via les jonctions 4 et, d'autre part, un processeur 9. Le conformateur 8 joue un rôle de commutateur de données entre la carte 3, les différents bus et le processeur 9. En outre, il groupe en paquets les données provenant du réseau extérieur par les connexions 4 pour les ranger dans la mémoire de l'unité centrale de traitement 5. Les cartes 1 sont des unités de traitement de signal " UTS " qui ont toutes la même longueur, et éventuellement des largeurs différentes. Certaines sont des unités spécialisées utilisant des composants spécifiques, alors que d'autres sont d'usage général et de capacités adaptées à chaque cas particulier. Ainsi, certaines cartes sont conçues pour 12 modems (modulateurs-démodulateurs), d'autres pour 24 modems, etc. Pour réaliser concrètement une structure ayant toutes les fonctionnalités qui viennent d'être décrites, l'invention consiste à organiser l'ensemble des cartes nécessaires à un fonctionnement autonome complet, selon le schéma de la figure 2. On voit sur cette figure 2 que l'on utilise deux branches rigides parallèles 11 et 12 qui, ici, sont reliées par deux branches transversales 13 et 14, le tout constituant un cadre servant de support aux cartes 1. Sur ce schéma, on voit que toutes les cartes 1 sont fixées aux branches 11 et 12 et sont reliées en parallèle au bus 2. A la partie droite du schéma, se trouvent l'unité centrale de traitement 5, le conformateur de signaux 8 et le processeur 9. L'unité centrale 5 comporte un connecteur 15 de type connu, destiné à l'enfichage de l'ensemble dans un slot d'un appareil électronique. A l'extrémité droite de la figure, est placée la carte entrée I sortie 3 et les jonctions 4. A l'extrémité opposée, à gauche de la figure, on a schématisé un groupe de ventilation 16 destiné au maintien à température raisonnable des différentes cartes et de leurs composants dont le fonctionnement provoque une élévation de température. Sur cette figure 2, les cartes 1 ont été représentées de manière simplifiée pour permettre d'observer facilement leur connexion au bus 2 mais, en réalité, on constitue un ensemble beaucoup plus rationnel et compact, comme on va maintenant le décrire en regard des figures 3 à 5. Sur ces figures, les mêmes éléments portent les mêmes références, étant toutefois précisé que les cartes 1 situées d'un côté du cadre sont affectées de l'indice A, à savoir IA, alors que les cartes 1 situées du côté opposé sont affectées de l'indice B, à savoir 1 B. On dispose ainsi face à face des cartes fixées par des moyens quelconques, ici des vis 20, aux deux plans opposés des branches 11 et 12, en plaçant en regard, mais sans contact, les composants I C montés sur les cartes 1 A et 1 B. On crée donc une zone centrale limitée par les branches 11 et 12, par les cartes 1A et par les cartes IB. En considérant l'orientation du dessin de la figure 3, les branches 11 et 12 sont latérales, les cartes IA sont à la partie supérieure et les cartes 1B sont à la partie inférieure, mais dans la réalité, cet ensemble peut se trouver dans des orientations différentes, notamment de chant. Dans la zone centrale se trouvent les composants IC diversement répartis selon leur implantation sur le circuit des cartes lA et IB. Le fonctionnement de certains d'entre eux provoque leur échauffement et l'on sait qu'il faut évacuer l'air ambiant ainsi chauffé. A cet effet, les appareils électroniques (en particulier les ordinateurs) sont équipés d'un système de refroidissement constitué par au moins un ventilateur qui aspire l'air de l'extérieur, le propulse sur les composants où il absorbe la chaleur avant de ressortir de l'appareil par des ouïes. Comme le sait l'Homme de Métier, il serait équivalent de refouler l'air interne chaud vers l'extérieur au lieu de refouler l'air frais extérieur vers l'intérieur. Ici, le groupe de ventilation 16 est placé à une extrémité de l'ensemble où il aspire l'air extérieur et le propulse dans la zone centrale qui forme une sorte de tunnel. L'air passe, selon les flèches F1, sur tous les composants IC confinés dans ce tunnel et est évacué à proximité de l'extrémité opposée, et en tous cas en aval des composants à refroidir. Le groupe 16 comporte deux ventilateurs 21 et 22 que l'on a représentés sous forme d'hélices mais qui peuvent aussi être de tout autre type, notamment à roue à aubes. Chacun d'eux est entraîné en rotation par des moyens individuels (non représentés) et leur fonctionnement est contrôlé afin que l'un d'eux seulement soit en marche et l'autre à l'arrêt, ce dernier étant immédiatement mis en marche si le premier s'arrête par suite d'une panne quelconque. La commutation est automatique afin que la ventilation soit toujours assurée quand le trafic des cartes l'exige du fait de l'élévation de température qui en résulte. Naturellement, on peut aussi adopter un fonctionnement différent, c'est-à-dire que l'on peut prévoir un seul système de ventilation, à une ou plusieurs unités, associé à une alarme au cas où le système de ventilation serait défaillant. De même, il est possible d'installer au moins deux unités de ventilation fonctionnant séparément ou ensemble selon le débit d'air désiré, lequel est évidemment fonction de la température qui règne dans la zone centrale. L'arrêt d'un ventilateur est avantageusement signalé à l'usager par un système d'alarme, afin qu'il puisse le réparer ou le remplacer et restaurer ainsi la sécurité de fonctionnement de l'ensemble. Pour contribuer à maintenir les composants 1 C à bonne température, les branches 11 et 12 sont faites en un matériau bon dissipateur de chaleur. I1 peut s'agir de profilés en aluminium, par exemple, dont les faces intérieures et extérieures présentent avantageusement une alternance de creux et de reliefs qui ici proviennent de rainures longitudinales, afin d'obtenir un effet de radiateur apte à évacuer une partie de la chaleur, par rayonnement à l'extérieur. Comme on l'a expliqué en regard des figures 1 et 2, toutes les cartes IA et 1B doivent être raccordées aux différents bus nécessaires au fonctionnement de l'ensemble. Il est possible de munir chacune des cartes IA et 1B d'un élément de fonction (non représenté) sur chacun de leurs deux côtés transversaux à la zone centrale, ou espace central, les deux éléments de jonction étant reliés l'un à l'autre afin que chaque carte constitue un élément de transmission électrique en chaîne des bus et conducteurs. Pour cela, les cartes ne doivent pas seulement être disposées à plat les unes près des autres mais doivent aussi être en contact électrique les unes avec les autres. On a illustré cette disposition sur la figure 5 en prévoyant que les deux côtés transversaux des cartes ont un rebord 23-24 d'épaisseur moitié de celle des cartes proprement dites et placés en opposition, comme on le voit mieux sur la partie droite de la figure 5 où l'on a représenté une carte 1A prête à être mise en place selon la flèche F2, c'est-à-dire en insérant son rebord 23 sous le rebord 24 de la dernière carte IA déjà placée, puis en la fixant à plat sur les branches 11 'et 12 au moyen de deux vis 20. Cette disposition suppose que les cartes 1 sont spécialement conçues ou préparées, afin que les éléments de jonction soient situés non dans le plan des cartes mais sur leurs rebords 23 et 24 pour assurer les contacts de carte à carte. I1 va de soi que dans la pratique toute autre solution est possible, dès lors que les éléments de jonction électrique de deux cartes voisines sont en contact l'un avec l'autre et assurent la continuité des connexions carte par carte, d'une extrémité à l'autre de l'ensemble tout entier. Cette disposition de chaînage peut n'être pas souhaitée, du fait que le retrait d'une seule carte IA ou 1B interrompt le chaînage et, donc, supprime la connexion des cartes suivantes, notamment à un ou plusieurs bus. On prévoit alors un montage non chaîné, les cartes étant connectées en parallèle et non plus en série, comme cela est évoqué par le schéma de la figure 2. Le ou les bus peuvent, par exemple, être constitués par des conducteurs rigides, du genre rail, situés dans la zone centrale et auxquels les cartes sont reliées par des clips, agrafes, pinces et autres éléments mécaniques commodes. Avec des cartes 1 ayant une longueur de 100 millimètres, une largeur de 35 mm et une épaisseur de 4 mm, l'ensemble complet a une épaisseur totale d'environ 16 mm et n'occupe qu'un seul slot de norme PCI. Un même ensemble conforme à l'invention peut comporter jusqu'à 10 cartes 1 pour 15 à 120 ports et 0 à 80 modems. Afin que l'ensemble soit entièrement autonome, il peut avoir une alimentation spécifique. Pour cela, il est muni d'une prise 30 de tout type connu, avec laquelle doit coopérer un connecteur standard 31 disposé à l'extrémité d'un câble 32. La mise en place d'un ensemble conforme à l'invention consiste simplement à enficher le connecteur 15 dans le slot standard de l'appareil à équiper, et à engager le connecteur d'alimentation standard 31 dans la prise 30. Parmi les applications de l'invention, on peut citer LES SERVEURS ACCES DISTANT / ROUTEURS A TOLERANCE DE PANNE Un ensemble conforme à l'invention placé dans un appareil dit " serveur ", fonctionnant par exemple sous " WINDOWS " (nom déposé) type NT, UNIX ou LINUX (noms déposés) qui permet de réaliser un puissant serveur de communication multimédia # 720 accès à un réseau téléphonique numérique, # modems, # modems télécopie, # postes téléphoniques, # routeurs de données. Tous les ports ont accès à toutes les ressources installées. L'installation ainsi réalisée résiste à une panne d'une ligne de raccordement, d'un processeur, d'un modem ou d'une alimentation. Un ensemble peut également constituer un routeur de données complet type " ROUTERWARE " (nom déposé) couvrant une partie de la gamme proposée par la société CISCO LES FRONTAUX TELEPHONIQUES SERVEURS VOCAUX L'invention permet la transmission de la voix sur des réseaux tels qu'INTERNET ainsi que l'accès à ces réseaux à partir de terminaux du type " MINITEL " (nom déposé). LES SERVEURS A RECONNAISSANCE VOCALE L'invention permet d'obtenir des produits de reconnaissance vocale présentant à la fois des qualités de fiabilité et des prix raisonnables, ayant des applications multiples. LES CONCENTRATEURS DE RACCORDEMENT A DES RESEAUX Actuellement, en France et quelques pays d'Europe, les utilisateurs de réseaux de type INTERNET doivent utiliser un réseau téléphonique public simple. Il apparaît maintenant des réseaux spécialisés permettant un accès direct à INTERNET. La transmission de la voix sur ces réseaux spécialisés est plus économique car il est possible d'utiliser une bande passante de 5 à 8 kilo bits par seconde (Kbps) plutôt que la bande actuelle de 64 Kbps. En outre, on peut exploiter les silences d'une communication téléphonique. Dans une zone de quelques kilomètres carrés, les opérateurs de téléphone installent des unités de raccordement d'abonnés pour 1.000 terminaux. Le trafic par abonné étant de l'ordre de 0,12 Erlang (l'Erlang est une unité de mesure de l'intensité de trafic téléphonique), le total pour 1.000 terminaux est de 120 Erlang, soit environ 120 X 6 = 720 Kbps On voit qu'une simple liaison à 1200 Kbps (1,2 Méga bits par seconde) est suffisante pour écouler ce trafic. Pour une sécurité totale, on peut prévoir deux liaisons de 1,2 Mbps au lieu d'une seule. Cette solution rendue possible par l'invention est très peu coûteuse car le prix d'un ensemble est négligeable par rapport à celui des équipements nécessaires à 1.000 terminaux, de sorte que grâce à l'économie de location des liaisons, l'équipement total s'amortit en quelques mois seulement. On voit que l'invention donne à différents terminaux (ordinateurs de tous types, serveurs, etc.) un accès aux réseaux informatiques pour le transfert de données, d'images et de sons. L'invention peut être utilisée pour constituer des liaisons entre des réseaux téléphoniques numériques et les réseaux informatiques, ou pour réaliser des concentrateurs d'abonnés. Un ensemble conforme à l'invention permet une modularité grâce à laquelle l'ensemble de base est très abordable pour les petites configurations et peut ensuite être étendu vers des gros systèmes, depuis 30 accès dont 15 serveurs vocaux et 15 télécopieurs jusqu'à plusieurs milliers d'accès. En tout premier lieu, un ensemble conforme à l'invention peut être associé à un micro ordinateur dont le nombre très élevé va augmenter encore. On voit que l'invention permet d'utiliser un ensemble dont la structure est munie d'un nombre plus ou moins grand de cartes IA et/ou 1B, de sorte que l'on peut équiper un appareil avec seulement deux cartes, par exemple, puis d'étendre les possibilités du même ensemble par ajouts successifs de cartes. Lorsque l'ensemble ne comporte que deux cartes, l'échauffement dû à leur fonctionnement peut ne pas nécessiter de ventilation spécifique, auquel cas la structure de l'ensemble ne comporte pas de système de ventilation. Si la ventilation générale de l'appareil équipé ne suffit pas, il faut prévoir un système spécifique de ventilation mais si le nombre de cartes est faible, la zone centrale devrait rester entièrement ouverte, si bien que la ventilation serait inopérante. Dans ce cas, il est avantageux de compléter la fermeture de la zone centrale au moyen de caches pour constituer une sorte de tunnel dans lequel l'air de ventilation est confiné et circule énergiquement sur les éléments à refroidir, au lieu de se disperser dans l'espace qui entoure l'ensemble. Pour ce faire, on peut utiliser des cartes neutres qu'il est facile de remplacer individuellement par des cartes opérationnelles au fur et à mesure des besoins d'extension. REVENDICATIONS 1. Ensemble électronique autonome et enfichable dans un connecteur électronique standard dit " slot ", comprenant au moins une carte, c'est-à-dire une embase plane présentant des contacts, des éléments conducteurs et des composants disposés et raccordés pour constituer ensemble au moins un circuit, caractéri5é Qn ce qu 'il est formé d'une structure comprenant deux branches parallèles (11 et 12) entre lesquelles se trouve une zone centrale et qui présentent deux faces opposées situées dans deux plans parallèles, cet ensemble comportant d'une part un sous-ensemble électronique de gestion et de contrôle (3 à 9) assujetti à la structure et ayant un connecteur unique (15) enfichable dans le connecteur standard dit " slot "et d'autre part des cartes distinctes (1A et 1B) qui sont fixées de manière amovible, par-dessus la zone centrale, aux deux branches (11 et 12) dont les faces opposées constituent chacune un support pour lesdites cartes (1A et 1B), lesquelles sont connectables et déconnectables individuellement, les branches (11 et 12) et les cartes (l A - 1B) déterminant conjointement un espace interne. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'il est muni d'une prise d'alimentation électrique standard (30), spécifique à lui. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce qu 'étant associé à un appareil électronique, tel qu'un serveur, ayant une alimentation électrique propre et au moins un bus de distribution, l'alimentation spécifique à l'ensemble est indépendante de celle du bus. 4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace interne est associé à des moyens de ventilation (16). 5. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en crue les moyens de ventilation (16) sont intégrés audit ensemble d'une manière autonome. 6. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de ventilation (16) sont constitués par au moins deux ventilateurs (21 et 22) devant fonctionner ensemble, séparément ou selon toute combinaison. 7. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce au e les moyens de ventilation (16) sont constitués par au moins deux ventilateurs (21 et 22) devant fonctionner indépendamment l'un de l'autre, c'est-à-dire que l'un au moins est en fonctionnement et un autre au moins est en attente, afin que ce dernier puisse suppléer, par commutation automatique, à un autre dont le fonctionnement se trouve altéré. 8. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cartes (1) qui sont fixées par-dessus la zone centrale comportent chacune, sur leurs deux côtés opposés devant être adjacents à des cartes voisines, au moins deux éléments de jonction reliés par un conducteur constituant un segment de bus, chaque élément de jonction étant destiné à coopérer avec un élément complémentaire, en vue d'assurer la continuité d'au moins un bus par chaînage des cartes disposées à plat, bord contre bord, les unes à la suite des autres. 9. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cartes (1) qui sont fixées par-dessus la zone centrale comportent chacune au moins un élément de connexion tel que clip, agrafe, pince et analogue, avec au moins un bus commun à toutes les cartes (1). 10. Ensemble électronique selon la revendication 1, caractéris, en ce que les deux branches parallèles (11 et 12) sont reliées par au moins une branche transversale (13 14). 11. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux branches parallèles (11 et 12), au moins, sont réalisées en un matériau bon dissipateur de chaleur. 12. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux branches parallèles (11 et 12), au moins, présentent un état de surface, notamment une alternance de creux et de reliefs, propre à leur donner des qualités de radiateur.