Brevet FR2823390A1 — publié le 20021011

La présente invention concerne un dispositif de filtrage de perturbations électromagnétiques ou autres bruits analogues pour bus de terrain bifilaire, spécialement de type AS-i, comprenant deux lignes auxquelles peuvent se raccorder des participants tels que capteurs et actionneurs, ces lignes étant reliées à une source continue pour définir entre elles un potentiel continu flottant et subissant des variations de tension qui correspondent à des signaux codés en impulsions émis ou reçus par les participants, le dispositif comprenant un filtre de mode commun qui relie les deux lignes du bus à la terre et/ou un filtre différentiel qui relie les deux lignes entre elles. Les perturbations d'origine électromagnétique risquent de perturber les échanges de signaux intervenant sur un tel bus de terrain bifilaire. Il convient donc de filtrer les variations de tension induites par les perturbations électromagnétiques pour rendre la communication fiable. Actuellement les participants, maître ou esclaves, d'un bus de type AS-i possèdent des organes écrêteurs tels que des diodes dites Transil ou des diodes Zener. Ces organes écrêteurs, qui ont pour rôle de protéger les composants électroniques des surtensions induites par des perturbations, possèdent une faible capacité et une forte impédance à la fréquence de fonctionnement du bus. Il est à noter que le seuil de tension des écrêteurs actuels ne peut pas être inférieur à la tension d'alimentation continue. Ceci entraîne que des variations de tension rapides, d'amplitude équivalente à la tension d'alimentation, restent appliquées à l'entrée du participant lorsqu'on utilise un dispositif de filtrage usuel. D'autre part et de façon générale, les alimentations possèdent une forte capacité entre leurs pôles plus et moins. Dans le cas d'une alimentation pour bus bifilaire As-i, l'alimentation présente un dispositif de filtrage muni de deux capacités supplémentaires entre les pôles plus et moins et la terre, pour permettre d'évacuer de façon symétrique les perturbations électromagnétiques de mode commun vers la terre. Cependant, la qualité de ce filtrage est limitée par la mise en série de deux résistances et par le fait que, pour un participant donné, les impédances des inductances de lignes sont aussi à prendre en compte. L'invention a pour but de filtrer les bruits ou perturbations électromagnétiques au niveau des participants d'un bus bifilaire, notamment de type AS-i, de manière fiable et sans affaiblir les signaux en impulsions qui transitent sur le bus. Selon l'invention, le filtre est intégré dans un participant esclave et présente une branche connectée à une ligne de bus et dotée d'un organe écrêteur bidirectionnel en série avec une capacité, et de préférence l'organe écrêteur a un seuil inférieur à environ 18 volts et la capacité une valeur supérieure à environ 2 pF. L'organe écrêteur bidirectionnel peut avoir une capacité inférieure à environ 10 pF. Le filtre est de préférence intégré dans un participant esclave. Quand une alimentation externe est connectée entre la terre et un point commun aux capacités des deux branches du filtre de mode commun, il est avantageux de connecter une capacité haute tension entre le point commun des branches et la terre, ceci afin d'évacuer les perturbations électromagnétiques vers l'alimentation externe. Un filtre différentiel peut avantageusement être disposé entre les deux lignes du bus, ce filtre comportant également un organe écrêteur bidirectionnel, soit passif et similaire à celui qui vient d'être décrit pour le filtre de mode commun, soit à élé- ments non linéaires actifs et référencé au potentiel de l'une des lignes du bus, de seuil inférieur à environ 18 volts et mis en série avec une capacité de valeur supérieure à 2 pF. La description va être faite ci-après d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en regard des dessins annexés. La figure 1 représente un bus bifilaire doté d'un filtre de mode commun conforme à l'invention. La figure 2 illustre une variante de réalisation du filtre de mode commun. La figure 3 illustre schématiquement un exemple de filtre différentiel à écrêteur actif selon l'invention. La figure 4 montre plus en détail un exemple de réalisation du filtre différentiel de la figure 3. Le bus représenté sur la figure 1 est un bus bifilaire de terrain de type AS-i (actuator sensor interface) propre à relier des capteurs et actionneurs d'un système électrique automatisé. Le bus 10 présente deux lignes 11,12 dont la première 1 (ou ASi+) est portée à un potentiel positif par rapport à la seconde 2 (ou AS-i-), la différence de potentiel entre les deux lignes étant maintenue de l'ordre de 30V par une source d'alimentation en tension continue 13. Le bus assure l'alimentation électrique de participants 14 reliés aux deux lignes 11,12 et il assure aussi l'acheminement de signaux entre les participants 14, plus particulièrement entre un participant maître 14M et des participants esclaves 14S. Comme on le sait, le participant maître émet des messages adressés cycliquement aux divers participants esclaves et ceux-ci répondent en fonction de leur état par un message. Les signaux sont codés sous forme de variations de courant traduites par des impédances Ll, Rl ; L2, R2 associées à la source 13-chaque impédance comprenant une inductance en parallèle avec une résistance-en variations de tension. Les lignes 11,12 sont reliées à la terre dans la source ou près de celle-ci par des capacités C13-1 et C13-2 identiques et de valeur supérieure à 100 nF, apportant une bonne immunité contre les parasites symétriques. Pour désensibiliser le bus notamment vis à vis des perturbations électromagnétiques, on associe aux lignes 11,12 un filtre de mode commun 20 (entre ces lignes et la terre) et/ou un filtre différentiel 30 (entre ces lignes). Ces filtres sont de préférence intégrés dans les participants esclaves 14S, en particulier quand ceux-ci possèdent un raccordement à la masse d'une machine ou une connexion à un potentiel externe continu, et ont pour but de laisser passer les signaux de tension codés de ou vers l'interface de bus 15 du participant et d'interdire le passage des pointes de tension dues aux perturbations. Le filtre de mode commun 20 comprend deux organes écrêteurs bidirectionnels 21, 22 connectant les lignes respectives 11, 12 à un potentiel fixe qui, dans le cas présent, est la terre. Les organes écrêteurs 21,22 sont identiques et symétriques et comprennent par exemple chacun deux diodes Zener tête-bêche Z1 a, Z1 b et Z2a, Z2b et présentent un seuil inférieur à environ 18 volts, de préférence de l'ordre de 6 à 7 volts. Les organes écrêteurs peuvent être d'autres organes électroniques usuels devenant passants à partir d'un seuil de tension déterminé. Chaque organe écrêteur est en série avec une capacité C1, C2, ces capacités étant de même valeur supérieure à environ 2 pF, par exemple à 6,8 nF. Il est préférable que les organes écrêteurs aient une faible capacité, inférieure à 20 pF, afin de ne pas affaiblir les signaux de tension codés. En présence de transitoires rapides, le filtre conduit ainsi par ses organes écrêteurs pendant une durée au plus égale à 3s alors que la période des signaux As-i acheminés par le bus est de 6s, de sorte que ces signaux ne sont pratiquement pas affaiblis. La variante illustrée figure 2 est destinée au cas où on associe à un participant esclave 14S une source d'alimentation externe 16. On utilise une telle source d'alimentation externe lorsqu'on veut associer au participant des entrées ou sorties de bus isolées. Dans certaines applications, il est en effet indispensable d'avoir des sorties de bus isolées afin de pouvoir fournir au participant des courants de sortie importants. Dans le mode de réalisation de la figure 2, une capacité haute tension C3 est ajoutée entre le point commun des capacités C1, C2 opposé aux organes écrêteurs 21,22 et la source d'alimentation externe 16 engendrant un potentiel continu V2 flottant vis à vis du potentiel AS-i. La capacité C3 est"haute tension", c'est-à-dire a une valeur propre à assurer l'isolation entre l'alimentation AS-i 13 et l'alimentation externe 16. Dans le cas où le participant esclave n'a pas d'accès à la terre, il est ainsi très avantageux de pouvoir évacuer les perturbations électromagnétiques vers l'alimentation externe 16 au moyen du dispositif de filtrage décrit. Le filtre différentiel 30 peut être constitué par un organe écrêteur bidirectionnel semblable à ceux qui ont été décrits à seuil inférieur à 18 volts, en série avec une capacité de 100nF par exemple. Comme indiqué figure 3, il peut avantageusement comporter, en série entre les lignes 11,12, une capacité C3 de l'ordre de 100 nF et un organe écrêteur 23 de seuil inférieur à 18 volts, comprenant des éléments non linéaires actifs et relié à l'une des lignes de bus, par exemple la ligne 11, par un conducteur de référence 31. Sur la figure 4 est illustré plus en détail un mode de réalisation de l'organe écrêteur actif 23 de la figure 3. Cet organe comprend deux transistors T1, T2, de préférence bipolaires rapides de types inverses, dont les bases sont reliées à la ligne de bus 11 par la liaison 31 dotée d'une capacité C5, dont la valeur est par exemple de quelques pF, et d'une résistance R5, en étant connectées au point milieu de R5, C5. Les transistors T1, T2 sont protégés par des diodes respectives D1, D2. Un organe écrêteur passif, par exemple à deux diodes Zener tête-bêche Z3a, Z3b, est monté en parallèle à l'organe écrêteur actif 23 pour contribuer à la tenue en tension du dispositif, notamment lors de la mise sous tension. Revendications 1. Dispositif de filtrage de perturbations électromagnétiques pour bus de terrain bifilaire, notamment pour bus, spécialement de type AS-i, à deux lignes auxquelles peuvent se raccorder des participants tels que capteurs et actionneurs, qui définissent entre elles un potentiel continu flottant et qui subissent des variations de tension correspondant à des signaux codés en impulsions émis ou reçus par les participants, le dispositif comprenant un filtre de mode commun qui relie les deux lignes de bus à la terre et/ou un filtre différentiel disposé entre les deux lignes de bus, caractérisé par le fait que le filtre est intégré dans un participant esclave (14S) et présente une branche connectée à une ligne de bus (11,12) et dotée d'un organe écrêteur bidirectionnel (21,22) en série avec une capacité (C1, C2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe écrêteur (21,22) a un seuil inférieur à environ 18 volts et une capacité inférieure à environ 10 pF, tandis que la capacité série a une valeur supérieure à environ 2 pF. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le filtre est de mode commun, caractérisé par le fait que le filtre de mode commun (20) présente deux branches parallèles reliées aux deux lignes (11,12) du bus et dotées, symétriquement et pour chaque ligne, d'un organe écrêteur bidirectionnel (21,22) en série avec une capacité (C1, C2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une alimentation externe (16) associée à un participant esclave (14S) est connectée entre la terre et un point commun aux deux branches (21, C1 ; 22, C2) du filtre de mode commun (20) intégré au participant esclave, une capacité haute tension (C4) étant insérée entre le point commun des branches et la terre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la capacité haute tension (C4) est constituée par des plages conductrices parallèles et en regard de circuits imprimés. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le filtre (30) est différentiel et est caractérisé par un organe écrêteur bidirectionnel (23) de seuil inférieur à environ 18 volts en série avec une capacité (C3) de valeur supérieure à 2 pF. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le filtre (30) est différentiel et est caractérisé par un organe écrêteur bidirectionnel actif (23) doté de transistors (T1, T2) dont les électrodes de commande sont reliées à l'une des lignes de bus (11,12) par l'intermédiaire d'un organe RC. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'en parallèle à l'organe écrêteur bidirectionnel actif (23) à transistors rapides (T1, T2) est monté un organe écrêteur bidirectionnel passif (Z3a, Z3b).