Brevet FR2799847A1 — publié le 20010420

PROCEDE DE COMPTAGE DE TEMPS DURCI AUX RADIATIONS TRES IONISANTES ET AUX PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES ATMOSPHERIQUES, ET DISPOSITIF DE COMPTAGE DURCI EN FAISANT APPLICATION La présente invention concerne des perfection nements apportés dans le domaine du comptage du temps en présence de rayonnements très ionisants libérés par une agression nucléaire d'arme (bombe nucléaire) et/ou d'impulsions électromagnétiques dues à des perturbations électromagnétiques atmosphériques (par exemple la foudre). Les équipements électroniques ont en général besoin, pour leur fonctionnement, d'un compteur de temps. Un compteur de temps comprend, généralement, une base de temps (horloge, souvent élaborée autour d'un cristal de quartz) suivie d'un compteur d'impulsions (en général binaire, décimal ou sexagésimal) réalisé sous forme d'un ou plusieurs circuit (s) intégré (s) numérique (s) . L'information de temps ainsi constituée peut ensuite être lue sous forme d'un mot numérique. En présence de radiations très ionisantes, telles que celles rencontrées dans l'environnement nucléaire militaire ou dans l'environnement spatial naturel, les circuits intégrés utilisés pour constituer la base de temps et le(s) compteur(s), qui sont réalisés en technologie commerciale pour des raisons de faible coût, ne sont pas protégés contre les effets induits par les radiations ionisantes et sont susceptibles de se verrouiller électriquement ("latch-up") . ce phénomène peut être destructif par surintensité, ou tout au moins rendre le compteur de temps non fonctionnel. Pour tenter de pallier ces inconvénients, on peut avoir recours à des circuits spécifiques. Les circuits intégrés réalisés en technologie intrinsèquement durcie permettent de s'affranchir du phénomène de verrouillage (latch- précité et la mise en #uvre de bibliothèques durcies rayonnements ionisants permet de s'affranchir des aléas "upset1l). Ces circuits sont réalisés sous forme d'une logique câblée à composant intégré spécifique compatible agressions nucléaires (ASIC) dans des filières technologiques spécialisées et dédiées au marché aérospatial. D' autre point de vue, la densité très élevée d'intégration de ces circuits offre la disponibilité de plusieurs centaines de milliers de portes logiques, ce qui n'est pas en adéquation avec le besoin d'un compteur de temps pour lequel quelques milliers de portes suffisent. Enfin, le prix de ces circuits parti culiers est élevé et la transposition dans une autre filière technologique est difficile. De ce fait, la mise en oeuvre de tels circuits dans le cadre technique visé par l'invention ne s'avère pas satisfaisante. Une autre solution consiste à mettre en #uvre des circuits industriels associés à ces cellules de mémorisation capacitive (mémoire capacitive). En cas de verrouillage électrique (latch- l'alimentation des circuits est coupée, les mémoires capacitives sont isolées et, après temporisation, les circuits sont chargés avec les valeurs mémorisées dans les mémoires capacitives. Cette solution présente toutefois l'inconvénient d'être limitée dans le temps, d'une part, à cause du temps de changement d'état des mémoires capacitives (de l'ordre de 40 lis) et, d'autre part, à cause du temps de coupure. Le temps de coupure et de réinitialisation est de l'ordre de 100 g.s, mais peut être notablement allongé si des impulsions ionisantes multiples se succèdent à des intervalles de temps égaux ou inférieurs à 100 jus. C'est le cas en particulier des compteurs de temps devant supporter l'environnement nucléaire militaire (agression ionisante consécutive à une agression nucléaire telle une bombe nucléaire). Au surplus, dans ce dernier cas le détecteur qui commande la coupure d'alimentation peut être par ailleurs declenché par des impulsions électromagnétiques rappro chées générées par des impulsions électromagnétiques dues à des perturbations atmosphériques (par exemple foudre). L'invention a donc pour but de proposer une solution qui donne mieux satisfaction aux exigences de la pratique et d'améliorer la résolution d'un compteur de temps durci aux radiations ionisantes en conservant des technologies commerciales, moins coûteuses, dans le cas où le détecteur d'agression nucléaire risque d'être perturbé de façon prolongée par des impulsions électromagnétiques ambiantes. A ces fins, selon un premier de ses aspects, l'invention propose un procédé de comptage de temps durci aux radiations très ionisantes émises lors d'une agression nucléaire d'arme et aux impulsions électromagnétiques dues à des perturbations électromagnétiques atmosphériques telles que la foudre, lequel procédé se caractérise selon 'invention en ce que, - à partir d'une alimentation électrique permanente en tension, on fait fonctionner un compteur permanent réalisé en technologie industrielle et relié à base de temps, - en présence d'une agression par radiations ionisantes, on déclenche le fonctionnement d'un compteur à mémoires capacitives relié à cette même base de temps, - et, en présence d'une agression par radiations très ionisantes et/ou par impulsions électromagnetiques, on sélectionne l'information de temps issue de celui des compteurs qui n'a pas été sensible à ladite agression sachant que # le compteur à mémoires capacitives est pas sensiblement perturbé en présence des rayonnements ionisants de relativement brève durée émis lors d'une agression nucléaire et # le compteur permanent n'est pas sensiblement perturbé en présence des impulsions électromagnétiques de relativement longues durées émis lors de phénomènes electromagnétiques atmosphériques. Avantageusement, dans le compteur permanent, on effectue une multiplicité de comptages indépendants du temps et on sélectionne comme valeur du temps la valeur 'oritairement fournie par les comptages indépendants. I1 est ainsi possible de s'affranchir des fautes localisées occasionnées soit par un verrouillage électrique (latch- up), soit par un événement singulier. Pour améliorer la fiabilité de l'information de temps délivré, on peut faire en sorte que le résultat du compteur permanent ou de chaque comptage indépendant est combiné avec un code de vérification pour vérifier l'intégrité statique, et notamment la propagation correcte, du ou des résultats de comptage. Le recours à un tel code de vérification (par exemple par addition ou "check sum") permet de vérifier l'intégrité statique des compteurs, et notamment permet de vérifier que la propagation du contenu du compteur s'effectue normalement. De même, on peut tester dynamiquement le ou chaque compteur pour vérifier son fonctionnement séquentiel correct. Un tel test dynamique ("built-in test") effectué sur chaque compteur permet de vérifier que l'état du compteur n'est pas gelé et que la séquence de comptage obéit à fonction séquentielle prévue. Selon un second mode de ses aspects, l'invention propose dispositif de comptage de temps durci aux radiations très ionisantes émises lors d'une agression nucléaire d'arme et aux impulsions électromagnétiques émises par des perturbations électromagnétiques atmosphé riques, lequel dispositif de comptage de temps, étant agencé selon l'invention, se caractérise en ce 'il comprend une alimentation permanente en tension une base de temps, un compteur à mémoires capacitives relié à ladite base de temps, - des moyens de détection d'une agression ionisante consécutive à une agression nucléaire, - des moyens de commande, placés sous la dépendance desdits moyens de détection, propres à raccorder le compteur à mémoires capacitives à ladite alimentation (V) à déclencher le fonctionnement dudit compteur à mémoires capacitives, - un compteur permanent réalisé en technologie industrielle et durci aux influences électromagnétiques, qui est relié à ladite base de temps et qui est raccordé à ladite alimentation (V), - et des moyens de traitement des signaux issus des deux compteurs pour, en présence une agression par radiations très ionisantes et/ou d'une agression électromagnétique, sélectionner l'information de temps issue de celui des compteurs qui n'a pas été sensible à ladite agression sachant que # le compteur à mémoires capacitives n'est pas sensiblement perturbé en présence rayonnements ionisants de relativement brèves durées émis lors d'une agression nucléaire, et # le compteur permanent n'est pas sensi blement perturbé en présence d'impulsions électromagnétiques récurrentes et de relativement longues durées émis lors phénomènes électromagnétiques atmosphe- riques. Pour assurer un fonctionnement fiable et sécurisé du compteur permanent, il convient de lui associer des moyens limiteurs de courant disposés en série dans sa ligne d'alimentation. Le compteur permanent peut rester connecté de façon permanente, au travers du limiteur de courant, à ligne d'alimentation lorsqu'on est assuré d'éventuelles perturbations électromagnétiques précéderont toujours de façon certaine, une agression nucléaire dans ce cas, le comptage est fourni par le compteur à mémoires capacitives alors que le compteur permanent a pu être rendu inopérant, voire détruit, par la surintensité causée les impulsions électromagnétiques. contre, en l'absence d'une telle certitude, il est nécessaire d'assurer la réinitialisation du compteur permanent en prévoyant que lui sont associés, outre les moyens limiteurs du courant d'alimentation, des moyens interrupteurs sensibles auxdits moyens limiteurs de courant propres à interrompre l'alimentation donc le fonctionnement du compteur permanent. Avantageusement alors, lesdits moyens interrupteurs sont également placés sous la dependance du compteur permanent pour interrompre sélectivement son alimentation pendant temps prédéterminé, puis autoriser son retour en fonctionnement lorsqu'une impulsion ionisante l'a verrouillé électri quement. De même, il est avantageux que les moyens de commande propres à déclencher le fonctionnement du compteur ' mémoires capacitives comprennent des moyens interrupteurs qui sont disposés en série dans la ligne d'alimentation du compteur à mémoires capacitives et qui sont places sous la dépendance desdits moyens de détection d'une agression nucléaire. Pour accroître la fiabilité, on peut faire en sorte que le compteur permanent comprenne une multiplicité de compteurs individuels et des moyens de sélection de l'information de comptage fournie majoritairement par lesdits compteurs individuels. De même il est intéressant que le compteur permanent comprenne en outre des moyens de test dynamique du compteur ou des compteurs individuels propres à en vérifier l'état de fonctionnalité. invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation donnés uniquement à titre simplement illustrat . Dans cette description, on se réfère aux dessins suivent, dans lesquels la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de comptage de temps agencé conformément à l'invention ; la figure 2 est un schéma synoptique d'une variante plus évoluée du dispositif de la figure 1 ; et - la figure 3 est un schéma synoptique d'un mode réalisation préféré du dispositif de la figure 2. A la figure 1 est représenté, sous forme d'un schéma synoptique, le schéma de base d' dispositif de comptage de temps durci aux agressions par radiations ionisantes et impulsions électromagnétiques répétées. Le dispositif de comptage comprend une base temps 1, par exemple pilotée par un quartz, qui délivre ses impulsions simultanément à deux compteurs 2 et 3 de conceptions différentes. L'inertie du quartz de la base de temps 1 est telle que la succession de microcoupures se succédant rapidement (par exemple des microcoupures de 50 Ms se succédant toutes les 100 lis) ne perturbe quasiment pas son fonctionnement. Si une résolution supérieure est requise, base de temps peut être intrinsèquement durcie (par exemple réalisation à base de transistors discrets) et non coupée. Le compteur 2 est un compteur à mémoires capacitives qui peut être d'une conception bien connue'de l'homme de métier. La fonctionnalité de ce compteur à memoires capacitives est assurée en cas d'agression courte avec une résolution limitée à 40 lis. A cet effet, le compteur 2 à mémoires capacitives est placé sous la dependance de moyens logiques de chargement 4, eux-mêmes placés sous la commande d'un (ou plusieurs) capteurs agressions photoniques (rayonnements X, rayonnements gamma) constituant des moyens 5 de détection d'agression nucléaire. Ces capteurs peuvent être intégrés à 'équipement ou bien être centralisés dans un système général. La base de temps 1 ainsi que le compteur 2 à mémoires capacitives sont alimentés, au travers d'un interrupteur 6 commandé par les moyens 5 détection d'agression nucléaire, à partir de source d'alimentation électrique fournissant tension permanente L'autre compteur 3 - compteur permanent CP - est réalisé la base d'un compteur classique en technologie commerciale (par exemple technique dite matrice de portes programmables au montage FPGA ou ASIC de fabrication personnelle), qui maintenu, normalement, en fonctionnement permanent en étant en permanence raccordé à l'alimentation en tension V au travers de moyens limiteurs courant 7. De façon plus précise, dans le où l'on est assuré que les agressions photoniques d'origine atmosphérique (par exemple foudre) contre l'influence desquelles le compteur doit être protégé surviendront toujours avant l'agression photonique d'origine nucléaire, le compteur permanent 3 peut être raccordé directement, au travers d'un limiteur de courant 7, à l'alimentation en tension V, comme illustré à la figure 1. Par contre, dans le cas où l'agression photonique d'origine nucléaire peut survenir avant une agression électromagnétique d'origine atmosphérique, il est nécessaire de protéger 1e compteur permanent contre l'effet perturbateur des impulsions ionisantes très brèves, mais de très fortes intensités générées par les agressions nucléaires. A cet effet, comme illustré à la figure 2, le compteur permanent 3 est normalement alimenté à travers le limiteur de courant 7 et un interrupteur 8 normalement passant placé sous la dépendance du limiteur de courant 7. Le limiteur de courant 7 et l'interrupteur 8 sont tous deux réalisés en technologie intrinsèquement durcie aux rayonnements ionisants. En outre, une architecture particulière du compteur permanent permet à celui-ci gérer son alimentation -(commande de l'interrupteur 8) fonction du défaut rencontré : un exemple en est donné ci- apres en regard de la figure 3. Sur la figure 3, on a désigné sous la référence d'ensemble 2 le compteur à mémoires capacitives regroupant la ou les mémoires capacitives 9, la logique 4 de chargement de celles-ci et le compteur 10 proprement dit de comptage des impulsions issues des mémoires capacitives. Quant au compteur permanent 3, il est structuré pour être capable de déterminer automatiquement l'intégrité de l'information qu'il délivre, ce qui le rend tolerant aux erreurs. A cet effet, comme illustré à figure 3, le circuit de comptage il est multiplié (il triplé dans l'exemple de la figure 3 : compteurs 111, 112, 113) et un circuit logique de vote 12 sélectionne l'information délivrée par la majorité des compteurs. Cet agencement conduit à s'affranchir des fautes localisées occasionnées soit par un autoblocage (latch-up) soit tout autre événement singulier. En outre, un code de vérification est ajouté résultat de chaque compteur ("check sum"). Il est ainsi possible de vérifier l'intégrité statique des compteurs, et notamment de vérifier que la propagation du contenu chaque compteur s'effectue normalement. Enfin, un circuit de test dynamique ("built test") 13 permet d'effectuer un test de chaque compteur afin de vérifier que l'état du compteur n'est pas figé et que la séquence de comptage se déroule selon la fonction séquentielle prévue. Le fonctionnement du dispositif de comptage de temps agencé selon l'invention s'effectue comme suit. Pour ce qui est de l'influence des impulsions ionisantes consécutives à une agression nucléaire, on rappellera tout d'abord que ces impulsions ionisantes peuvent entraîner un verrouillage ("latch-up") dans les circuits intégrés de technologie commerciale ce ver rouillage peut provoquer l'un des trois effets suivants # le verrouillage crée une surintensite fugitive et disparaît de lui-même : il n'est donc pas nécessaire de couper l'alimentation du compteur et la perte de fonctionnalité est limitée dans le temps ; # le verrouillage provoque une perte définitive de fonctionnalité totale ou partielle, sans augmentation sensible de la consommation de puissance électrique : le compteur ne redevient fonctionnel que si 1 on coupe l'alimentation pendant au moins 50 gs ; le verrouillage s'accompagne d'une augmentation sensible de la puissance électrique consommée conduit à une destruction du circuit par effet thermique : la survie circuit et le maintien de sa fonctionnalité sont assurés ' l'on coupe l'alimentation électrique quelques microsecondes ou plus après l'apparit' de la surintensité. présence d'impulsions ionisantes, la base de temps 6 et le compteur à mémoires capacitives 2 (figures 1 et 2) ou 10 (figure 3) sont susceptibles de se verrouiller et, de toute façon, sont soumis à une séquence de coupure de l'alimentation électrique et de rechargement par les mémoires capacitives. Le contenu du compteur à mémoires capacitives reste donc valide. Pendant ce temps, le compteur permanent 3 peut ne pas se verrouiller si le niveau des impulsions ionisantes est faible. Si en outre son test d'intégrité est valide, le résultat de comptage fourni par le compteur permanent est accord avec celui fourni par le compteur à mémoires capacitives, mais avec une meilleure résolution : c'est le comptage fourni par le compteur permanent qui est alors sélectionné par des moyens de sélection 14 places en sortie. Dans le cas contraire - aléas ("upset") le compteur permanent -;c'est le résultat de comptage fourni par compteur à mémoires capacitives qui est retenu. Le compteur permanent peut être le siège une surintensité fugitive. Dans ce cas, le limiteur de courant 7 realisé en électronique intrinsèquement durcie décèle cette surintensité et commande l'interrupteur 8 pour une coupure d'alimentation d'au moins 50 ps. C'est le résultat de comptage du compteur à mémoires capacitives qui est pris considération. En cas de perte de fonctionnalité constatée par les moyens de contrôle d'intégrité, un signal de commande est genéré par le compteur 3 à destination de l'interrupteur pour provoquer une coupure d'alimentation. C'est le résultat de comptage fourni par le compteur à mémoires capacitives qui est alors retenu. Si la surintensité est permanente, le dispositif de comptage de temps se comporte de la même manière en présence d'une surintensité fugitive. En présence d'impulsions électromagnétiques multiples (perturbation atmosphérique telle que la foudre), le détecteur d'agression photonique consécut' à une agression nucléaire, qui est sensible à ces impulsions électromagnétiques, déclenche des coupures multiples sur le compteur à mémoires capacitives et diffère le rechargement. I1 en résulte à la longue une perte sensible d'informations, du même ordre de grandeur que la salve d'impulsions successives (2 ms dans le cas de la foudre, par exemple). Le compteur permanent, quant à lui, ne risque pas de subir un verrouillage électrique (latch-up) puisqu'il n'y a pas d'ionisation. Le compteur permanent n'étant pas perturbé du point de vue électromagnétique, il conserve fonctionnalité normale et c'est son résultat de comptage qui est alors pris en compte. Sur la base de la description qui précède, on constate que l'ensemble constitué par le limiteur de courant 7, l'interrupteur 8 et le compteur permanent 3 est capable de déterminer si le comptage de temps qu'il ivre est valide ou non. Ainsi, les moyens de sélection 14 sont agencés de manière à toujours sélectionner par défaut le comptage du compteur permanent, tandis que, si le comptage du compteur permanent est déclaré invalide, c'est le comptage fourni par le compteur à mémoires capacitives qui est retenu. Dans ces conditions, on comprend que, si la chronologie des agressions est telle que, de façon certaine, les agressions électromagnétiques précèdent toujours les agressions nucléaires, on peut s'affranchir l'interrupteur 8 associé au compteur permanent 3 comme illustré à la figure 1 : dans ce cas, la première agression nucléaire occasionne un verrouillage électrique latch-up) au sein du compteur permanent, ce ' limite le courant dans celui-ci, et sa fonctionnalité est définitivement perdue. C'est alors le comptage fourni par compteur à mémoires capacitives qui est definitivement sélectionné. Les dispositions de l'invention s'appliquent aux equipements électroniques susceptibles d'être soumis aux agressions nucléaires fortement ionisantes aux agres sions électromagnétiques multiples (trains d'impulsions electromagnétiques) telles que des agressions atmosphériques exemple foudre) auxquelles sont sensibles les detecteurs d'agressions nucléaires. Ces dispositions s'appliquent tout particulièrement aux dispositifs de comptage de temps et c'est là une application essentielle et préférée de l'invention. Toutefois, ces dispositions peuvent être étendues à d'autres fonctions électroniques. REVENDICATIONS 1. Procédé de comptage de temps durci aux radiations très ionisantes émises lors d'une agression nucléaire d'arme aux impulsions électromagnétiques dues à des perturbations électromagnétiques atmosphériques telles que la foudre, caractérise en ce que - à partir d'une alimentation électrique permanente en tension, on fait fonctionner un compteur permanent réal' ' en technologie industrielle et relié à une base de temps, - en présence d'une agression par radiations ionisantes, on déclenche le fonctionnement d'un compteur à mémoires capacitives relié à cette même base de temps, - et, en présence d'une agression par radiations très ionisantes /ou par impulsions électromagnétiques, on sélectionne l'information de temps issue de celui des compteurs qui n'a pas été sensible à ladite agression sachant que # le compteur à mémoires capacitives n'est pas sensiblement perturbé en présence des rayonnements ionisants de relativement brève durée émis lors d'une agression nucléaire et # le compteur permanent n'est pas sensiblement perturbé en présence des impulsions électromagnétiques de relativement longues durées émis lors de phénomènes électromagnétiques atmosphériques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le compteur permanent, on effectue une multiplicité de comptages indépendants du temps et on sélectionne comme valeur du temps la valeur majoritairement fournie par les comptages indépendants. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le résultat du compteur permanent ou de chaque comptage indépendant est combine avec un code de vérification pour vérifier l'intégrite statique, et notamment la propagation correcte, du ou résultats de comptage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendi cations précédentes, caractérisé en qu'on teste dynamiquement le ou chaque compteur pour vérifier son fonctionnement séquentiel correct. 5. Dispositif de comptage de temps durci aux radiations très ionisantes émises lors d'une agression nucleaire d'arme et aux impulsions électromagnétiques émises par des perturbations électromagnétiques atmosphériques, caractérisé en ce qu'il comprend - alimentation permanente en tension (V), - base de temps (1), - compteur à mémoires capacitives (2) relié à ladite base de temps (1), - des moyens (5) de détection d'une agression ionisante consécutive à une agression nucléaire - des moyens de commande (6), placés sous la dépendance desdits moyens de détection (5), propres à raccorder compteur à mémoires capacitives à ladite alimentation (V) et à déclencher fonctionnement dudit compteur à mémoires capacitives (2), - compteur permanent (3) réalisé en technologie industrielle et durci aux influences électromagné tiques, qui est relié à ladite base de temps (1) et raccordé à ladite alimentation (V), - des moyens (14) de traitement des signaux issus des deux compteurs (2, 3) pour, en présence d'une agression par radiations très JLonisantes et/ou d'une agression électromagnétique atmosphérique, sélection ner l'information de temps issue de celui des compteurs (2, 3) qui n'a pas été sensible à ladite agression sachant que # le compteur à mémoires capacitives (2) n'est pas sensiblement perturbé en présence des rayonnements ionisants de relativement brèves durées émis lors d'une agression nucléaire, et # le compteur permanent (3) n'est pas sensiblement perturbé en présence d'impulsions électro magnétiques récurrentes et de relativement longues durées émis lors de phénomènes électromagnétiques atmosphériques. 6. Dispositif de comptage de temps selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au compteur permanent (3) sont associés des moyens limiteurs de courant (7) disposés en série dans sa ligne d'alimentation. 7. Dispositif de comptage de temps selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au compteur permanent (3) sont en outre associés des moyens interrupteurs (8) sensibles auxdits moyens de détection de courant et propres à interrompre le fonctionnement du compteur permanent. 8. Dispositif de comptage de temps selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens interrupteurs (8) sont également placés sous la dépendance du compteur permanent (3) pour interrompre sélectivement l'alimentation du compteur permanent (3) et autoriser son retour en fonctionnement lorsqu'une impulsion ionisante l'a verrouillé électriquement. 9. Dispositif de comptage de temps selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de commande (6) propres à déclencher le fonctionnement du compteur à mémoires capacitives (2) comprennent des moyens interrupteurs qui sont disposés en série dans la ligne d'alimentation du compteur à mémoires capacitives (2) et qui sont placés sous la dépendance desdits moyens (5) de détection d'une agression nucléaire. 10. Dispositif de comptage de temps selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le compteur permanent (2) comprend une multiplicité de compteurs individuels (1l1, 112, 1l3,. et des moyens (12) de sélection de l'information comptage fournie majoritairement par lesdits compteurs individuels. 11. Dispositif de comptage de temps selon la revendication 10, caractérisé en que les compteurs individuels sont au nombre de trois. 12. Dispositif de comptage temps selon l'une quelconque des revendications 5 à 1 , caractérisé en ce que le compteur permanent (3) comprend en outre des moyens (13) de test dynamique du compteur ou des compteurs individuels propres à en vérifier l'état de fonctionnalité.