Brevet FR2805686A1 — publié le 20010831

Domaine technique Cette invention concerne la transmission des signaux d'un circuit de commande vers un ou plusieurs récepteurs sur une carte électronique utilisée dans une unité de traitement, et plus particulièrement un dispositif permettant d'éliminer les effets des réflexions entre un circuit de commande et des récepteurs sur une carte. Etat de la technique antérieure Des cartes électroniques sont utilisées dans les divers éléments des réseaux de transmission de données pour transmettre des signaux à grande vitesse. Ces cartes peuvent comprendre plusieurs circuits de commande ("drivers" en anglais) dont chacun est connecté au travers un réseau à un ou plusieurs récepteurs. Par conséquent, chaque réseau comprend trois parties: le circuit de commande caractérisé par son impédance de sortie équivalente à une résistance, le circuit de transmission caractérisé son impédance caractéristique, son délai de propagation et sa topologie (point par point, guirlande multipoint ou étoile multipoint) et le récepteur caractérisé par son impédance d'entrée équivalente à une capacité. 2 2805686 Le problème à résoudre dans les réseaux entre circuit de commande et récepteurs est d'obtenir une haute intégrité des signaux au niveau de l'entrée de chaque récepteur, et par conséquent de supprimer dans toute la mesure du possible les réflexions entre le circuit de commande et chaque récepteur. Malheureusement, les cartes sont conçues en tenant compte de contraintes dimensionnelles qui imposent une certaine disposition des composants sur la carte. Par conséquent, il n'est pas possible de placer les récepteurs n'importe o sur la carte, et notamment, il n'est pas possible de les grouper. Ces contraintes conduisent à optimiser le choix de la topologie à utiliser. Dans les réseaux o la vitesse est un paramètre critique, seules les topologies point par point avec une résistance terminale permettent de résoudre le problème des réflexions. Une résistance est introduite à la sortie de la commande de façon à ce que la résistance de sortie totale soit égale à l'impédance caractéristique du réseau et il est ajouté une résistance terminale dotée d'une valeur égale à l'impédance caractéristique du réseau. Cependant, pour réduire le nombre total de composants sur la carte, un seul circuit de commande doit pouvoir contrôler plusieurs récepteurs avec les exigences suivantes: délai de propagation minimum sur le circuit de transmission, temps de transition minimum dans la région seuil du récepteur, aucun signal transitoire autorisé dans la région seuil du récepteur et dépassement par le haut/bas limité en dehors de la région seuil. Pour répondre à ces exigences, il faut éviter les structures en étoile multipoint à résistances terminales car une résistance à l'extrémité de chaque récepteur impliquerait une consommation d'énergie très importante pour la commande. 3 2805686 La meilleure solution serait d'utiliser un réseau multipoint en guirlande avec résistance terminale. Mais une solution qui consiste à utiliser une résistance terminale dont la valeur est égale à l'impédance caractéristique du réseau aboutit toujours à une importante consommation d'énergie. De plus il subsiste des réflexions lors de la transmission de signaux à haute vitesse provoquées par la capacité d'entrée parasite des récepteurs. Résumé de 1'invention La présente invention a pour objet un dispositif destiné à éliminer les effets des réflexions dans un réseau à topologie multipoint, dans lequel un circuit de commande transmet des signaux de données à grande vitesse à plusieurs récepteurs. L'invention concerne donc un dispositif destiné à éliminer les effets des réflexions dans un système de transmission de signaux comprenant un circuit de commande et plusieurs récepteurs et dans lequel les signaux sont transmis selon une topologie multipoint dudit circuit de commande vers les récepteurs, lesdits récepteurs ayant une capacité interne et renvoyant des signaux de réflexion au circuit de commande chaque fois que celui-ci émet un signal. Ce dispositif comprend un circuit grâce auquel le signal résultant des réflexions successives dues à un récepteur donné puis à la commande est de même magnitude mais de signe opposé que la somme de tous les signaux reçus dans le récepteur du fait des réflexions dues à tous les récepteurs. De plus, la liaison réseau de la commande avec chaque récepteur comprend des moyens de temporisation permettant un temps de propagation du signal transmis par la commande aux récepteurs identique pour chaque récepteur de façon à ce que la somme de tous les signaux de réflexion parvenant au récepteur en même temps soit égale à zéro. 4 2805686 Brève description des dessins On comprendra mieux les caractéristiques et avantages de la presente invention à la lecture de la description détaillée ci-dessous, et en se référant aux dessins suivants: La figure 1 représente un schéma simplifié d'une carte comprenant un circuit de commande et deux récepteurs, le problème de réflexion étant résolu de façon classique en utilisant une résistance terminale. La figure 2 représente un schéma simplifié d'une carte comprenant un circuit de commande et deux récepteurs et sur laquelle le dispositif qui fait l'objet de l'invention est utilisé pour éliminer les effets des réflexions. La figure 3 représente schématiquement le cuicuit de commande et les deux récepteurs de la carte représentée à la figure 2 et montre la façon dont les effets des réflexions sont éliminés pour chacun des deux récepteurs. Description détaillée de l'invention Comme représenté à la figure 1, la carte 10 comprend un circuit de commande D 12 transmettant des impulsions de données au récepteur Ri 14 et au récepteur R2 16. Le circuit de commande 12 est caractérisé par sa résistance de sortie 18 d'une valeur ROUT, le récepteur 14 est caractérisé par sa capacité interne 20 d'une valeur CR1 et le récepteur 16 est caractérisé par sa capacité interne 22 d'une valeur CR2. On admet que le circuit de transmission 24 qui relie la commande 12 au récepteur 14 a une impédance caractéristique Z0 et le circuit de transmission 26 qui relie le récepteur 14 au récepteur 16 a aussi une impédance caractéristique Z0. Pour améliorer l'intégrité des signaux, une résistance 28 est connectée à la sortie du circuit de commande 12; sa valeur est 2805686 telle que la somme des résistances 28 et 18 est égale à Z0. Il est facile de contrôler que l'intégrité du signal est optimale lorsque les capacités internes CRi et CR2 des récepteurs ne sont pas prises en compte, grâce à une résistance terminale RL égale à Z0. Cependant, lorsque le signal transmis par le circuit de commande aux récepteurs, a une vitesse de montée élevée (high slew rate en anglais), le postulat selon lequel la capacité interne n'affecte pas le signal devient erroné. Ainsi, pour un signal doté d'un temps de montée de 0,35 ns, une capacité interne de 3 pF possède une impédance d'environ 50 Ohms, du même ordre de magnitude que la résistance terminale. Cela signifie qu'un signal doté d'une vitesse de montée élevée produit des réflexions lorsqu'il atteint une capacité de 3 pF et une impédance caractéristique Z0 en parallèle. Une première réflexion se produit lorsque le signal incident atteint le récepteur Rl à cause de l'écart d'impédance générée par la capacité interne du récepteur CR1. Une autre réflexion se produit lorsque le signal incident atteint le récepteur R2 à cause de la présence de la capacité interne CR2 en parallèle avec la résistance RL. La terminaison n'est par conséquent plus adaptée (égale à Z0) et le signal réfléchi est renvoyé au récepteur Rl. Enfin, après un délai qui est égal à deux fois le délai de transmission entre les récepteurs Rl et R2 (après que le signal incident ait atteint Ri), une impulsion négative est ajoutée au signal incident. L'intégrité des signaux n'est plus garantie puisqu'un certain fléchissement apparaît durant un certain laps de temps pendant ou après la phase transitoire de montée sur le récepteur Ri. De manière surprenante, la solution au problème ci-dessus ne consiste pas à éliminer les réflexions mais à éliminer les effets de ces réflexions. La solution, objet de la présente invention, est décrite ici sur la figure 2. La figure 2 6 2805686 représente la carte 10 avec les mêmes composants que sur la figure 1, c'est à dire le système de commande D 12 avec sa résistance 18, le récepteur Ri 14 avec sa capacité interne 20 et le récepteur R2 16 avec sa capacité interne 22. Cependant, à la différence de l'assemblage représenté sur la figure 1, les connexions entre le circuit de commande et les deux récepteurs n'ont pas une topologie en guirlande mais en étoile multipoint. Le circuit de transmission 32 du récepteur 14 et le circuit de transmission 34 du récepteur 16 sont tous les deux connectés à la sortie du circuit de commande 12 par l'intermédiaire d'une résistance dont la valeur est définie comme indiqué ci-après. Comme le montre schématiquement la figure 3, les effets des réflexions reçues par le récepteur 14 sont les suivants. D'abord, le signal incident I1 transmis par le circuit de commande 12 au récepteur 16 est une fraction Po du signal source X transmis par le circuit de commande 12, autrement dit Il = po.X Po étant un coefficient qui dépend principalement de la résistance 36 (dans l'exemple donné, on peut admettre que Po = 2/3). Une fraction PR2 du signal incident reçu par le récepteur 16 est réfléchie par ce dernier et le signal résultant de cette réflexion est par conséquent: 7 2805686 I2 = - PR2.Il I2 = - PR2.PO-X PR2 étant le coefficient de réflexion du récepteur 16. Le signal est inversé (signe -) à cause de la réflexion. En atteignant le noeud entre la résistance 36 et les circuits de transmission 32 et 34, une fraction PD2 du signal I2 est transmise au récepteur 14 par le circuit de transmission 32, donnant un signal I3 I3 = PD2. I2 I3 = - PD2.PR2.PO.X (1) La valeur du coefficient de transmission PD2 est alors: 2R PD2 = 2R+Z0 ZO étant l'impédance caractéristique du circuit de transmission et R la somme de la valeur RADD de la résistance 36 et de la valeur de résistance Rout du circuit de commande 12. Un autre signal est dû à la réflexion directe par le récepteur 14 du signal incident J1 transmis par le circuit de commande 12 au récepteur 14. Comme nous l'avons déjà vu, ce signal 8 2805686 incident est une fraction P0 du signal source X transmis par le circuit de commande 12, à savoir J1 = P0.X Une fraction PR, du signal incident reçu par le récepteur 14 est réfléchie par le récepteur 16 et le signal résultant de cette réflexion est par conséquent: J2 = - PR1. J1 J2 = -PR2. PO. X PR2 étant le coefficient de réflexion du récepteur 14. Le signal est inversé (signe -) à cause de la réflexion. En atteignant le noeud entre la résistance 36 et les circuits de transmission 32 et 34, une fraction PD du signal est à nouveau réfléchie par le noeud vers le récepteur 14, générant un signal M J3 = - PD.J2 J3 = + PD.PR.PPO.X (2) La valeur du coefficient de réflexion PD est alors zo PD- 2R+Zo 9 2805686 Zo étant l'impédance caractéristique des circuits de transmission et R la somme de la valeur ROUT, de la résistance du circuit de commande et de la valeur RADD de la résistance 36. La présente invention ayant pour objet l'élimination des perturbations dues aux réflexions, les conditions suivantes doivent être réunies: 1. les signaux 13 and J3 doivent être de signes opposés mais avoir la même valeur absolue, 2. les signaux I3 and J3 doivent arriver en même temps dans le récepteur 14. La première condition est réalisée si II31 = IJ31 PD2.PR2.PO. X = PD.PR1.PO.X (3) PD2. PR2 = PD. PRl (4) Pour obtenir des coefficients de réflexion identiques dans les deux récepteurs, une capacité 38 est ajoutée en parallèle à l'entrée du récepteur 14 de sorte que la capacité interne 20 et la capacité ajoutée 38 combinées entre elles soient égales à la capacité interne 22 du récepteur 16, en admettant que la capacité interne 22 soit supérieure à la capacité interne 20. On notera qu'une capacité serait ajoutée à l'entrée du récepteur 16 si la capacité interne 20 du récepteur 14 était supérieure à la capacité interne 22 du récepteur 16. 2805686 Si PR1 = PR2, l'équation ci-dessus (4) devient PD2 = PD (5) 2R Zo 2R+Zo - 2R+Zo (6) 2R = Zo zo R = ROUT +RADD =- 2 (7) Par conséquent, il faut ajouter à la sortie du circuit de commande 12 une résistance dont la valeur est z0 RADD= 2 - ROUT Il est évident que, lorsque les deux conditions ci-dessus sont réunies, ceci revient à avoir deux circuits de transmission de même longueur et deux récepteurs de même capacité. L'assemblage est symétrique ce qui a pour conséquence d'éliminer les effets des réflexions reçues par le récepteur 16. La seconde condition est réalisée si les longueurs des deux circuits de transmission sont identiques. Si le réseau entre le circuit de commande 12 et le récepteur 14 est plus court que le réseau entre le circuit de commande 12 et le récepteur 16, un réseau supplémentaire 40 est ajouté au réseau 32 de manière à ce que la longueur du circuit de transmission entre le circuit de commande 12 et le récepteur 14 soit égale à la longueur du circuit de transmission entre le circuit de commande 12 et le récepteur 16. On notera que cette condition peut aussi être réalisée en introduisant des moyens de temporisation dans le circuit de transmission le plus court. Dans tous les cas, les moyens de temporisation (tels qu'un réseau supplémentaire) doivent avoir une impédance caractéristique égale à Z0. Il 2805686 Le principe ci-dessus peut être appliqué de manière plus générale à une carte comprenant plus de deux récepteurs. Sur un circuit à n récepteurs (n est généralement inférieur à 5), la première condition est réalisée lorsque la valeur absolue du signal J3 reçu par le récepteur Rl est égale à la valeur absolue de la somme algébrique de tous les signaux réfléchis par tous les autres récepteurs R2, R3....Rn. Il serait facile de démontrer que l'équation (6) devient alors nR _ Zo nR+Zo - nR+ Zo (6) nR=Zo Zo R =-RouT +RADD - n (7') Par conséquent, il faut ajouter à la sortie du circuit de commande 12 une résistance dont la valeur est Z0 RADD = n -ROUT ainsi qu'une capacité à l'entrée de n - 1 récepteurs pour ajuster la capacité totale de chaque récepteur de manière à ce que tous les récepteurs aient la même capacité. On notera que le circuit de commande a une résistance de sortie Rout qui doit Z0 être aussi faible que possible pour être inférieure à n La seconde condition est facilement réalisée en ajoutant un réseau supplémentaire aux n - 1 circuits de transmission de manière à ce que chacun d'entre eux atteigne la longueur du circuit de transmission le plus long. D'une manière générale, la méthode à utiliser pour éliminer les effets des réflexions sur une carte comprenant un circuit de commande connecté à n récepteurs comprend les étapes suivantes: 12 2805686 l.déterminer le circuit de transmission entre le circuit de commande et le récepteur doté de la plus grande longueur Lmax et ajouter un réseau supplémentaire à chacun des autres circuits de transmission de manière à ce que le réseau final entre le circuit de commande et chacun des récepteurs soit de même longueur que le circuit de transmission le plus long. On notera que le même résultat pourrait être obtenu en introduisant des moyens de temporisation dans chaque circuit de transmission à l'exception du plus long, de manière à ce que le temps de propagation soit le même pour tous les circuits de transmission. 2.déterminer le récepteur doté de la plus grande capacité interne Cmax et ajouter une capacité connectée à la terre à l'entrée de chacun des autres récepteurs, de manière à ce que la capacité totale de chacun soit égale à Cmax. 3. ajouter à la sortie du circuit de commande une résistance dont la valeur est Z0 RADD = n - ROUT Z0 étant l'impédance caractéristique des circuits de transmission et RouT la résistance de sortie du circuit de commande. 13 2805686 Revendications 1. Dispositif pour éliminer les effets des réflexions dans un système de transmission de signaux (10) comprenant un circuit de commande (12) et n récepteurs (14 et 16), dans lequel les signaux sont émis selon une topologie multipoint par ledit circuit de commande vers lesdits récepteurs, chaque récepteur ayant une capacité interne et renvoyant des signaux de réflexion audit circuit de commande à chaque fois que celui-ci émet un signal, caractérisé par le fait que ledit dispositif comprend un circuit grâce auquel le signal résultant des réflexions successives dues à un récepteur donné puis audit circuit de commande est de même magnitude mais de signe opposé à la somme de tous les signaux reçus dans ledit récepteur du fait des réflexions dues à tous les récepteur, et la liaison réseau dudit circuit de commande avec chaque récepteur comprend des moyens de temporisation (40) permettant un temps de propagation du signal transmis par ledit circuit de commande aux récepteurs identique pour chaque récepteur, la somme algébrique de tous les signaux de réflexion parvenant audit récepteur en même temps étant égale à zero. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel tous les circuits de transmission entre ledit circuit de commande (12) et lesdits récepteurs (14 et 16), ainsi que lesdits moyens de temporisation (40) ont une impédance caractéristique égale à Z0. 14 2805686 3. Dispositif conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de temporisation sont constitués par un réseau supplémentaire (40) dont la longueur est définie de manière à ce que la longueur totale du circuit de transmission, lorsque ledit réseau supplémentaire a été ajouté, soit égale à la longueur du circuit de transmission (34) le plus long parmi les circuits de transmission reliant ledit circuit de commande aux dits récepteurs. 4. Dispositif conforme à la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel ledit circuit comprend une capacité (38) connectée entre l'entrée de chaque récepteur (14) et la terre lorsque ledit récepteur (16) n'est pas celui doté de la plus grande capacité interne (22), de sorte que la capacité totale de chaque récepteur, composée de sa capacité interne (20) et de la capacité ajoutée, soit égale à la capacité interne la plus grande. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, dans lequel ledit circuit comprend une résistance supplémentaire (36) insérée à la sortie dudit circuit de commande (12), la valeur de ladite résistance supplémentaire étant égale à z0 RADD - n -ROUT Z0 étant ladite impédance caractéristique des circuits de transmission et ROUT la résistance interne dudit circuit de commande. 2805686 6. Dispositif conforme à la revendication 5, dans lequel la valeur de Z0 est égale à 50 ohms. 7. Méthode pour éliminer les effets des réflexions dans un système de transmission de signaux (10) comprenant un circuit de commande (12) et n récepteurs (14 et 16) dans lequel les signaux sont émis selon une topologie multipoint par ledit circuit de commande vers lesdits récepteurs, chaque récepteur ayant une capacité interne et renvoyant des signaux de réflexion audit circuit de commande à chaque fois que celui-ci émet un signal, ladite méthode étant caractérisée par le fait qu'elle comprend les étapes suivantes: détermination du circuit de transmission entre le circuit de commande et le récepteur doté de la plus grande longueur Lmax et ajout d'un réseau supplémentaire à chacun des autres circuits de transmission de manière à ce que le réseau final entre le circuit de commande et chacun des récepteurs soit de même longueur que le circuit de transmission le plus long. On notera que le même résultat pourrait être obtenu en introduisant des moyens de temporisation dans chaque circuit de transmission à l'exception du plus long, de manière à ce que le temps de propagation soit le même pour chaque circuit de transmission, détermination du récepteur doté de la plus grande capacité interne Cmax et ajout d'une capacité connectée à la terre à l'entrée de chacun des autres récepteurs, de manière à ce que la capacité totale de chacun soit égale à Cmax, et ajout à la sortie du circuit de commande d'une résistance dont la valeur est RADD 0 n - RouT RADD- = -- Rout 16 2805686 Z0 étant l'impédance caractéristique des circuits de transmission ROUT la résistance de interne du circuit de commande.