Brevet FR2978640A1 — publié le 20130201

La présente invention est relative aux unités électroniques et à leur protection contre les décharges électrostatiques (aussi nommées en anglais « ESD » pour « Electro Static Discharge »). Elle concerne également les procédés permettant de simplifier la protection contre les décharges électrostatiques des unités électroniques. Plus précisément, l'invention concerne une unité électronique pour véhicule comprenant : - un ensemble de circuits électriques, - des broches de connexion, pour raccorder ladite unité électronique à un environnement extérieur, - au moins un circuit équipotentiel appartenant à l'ensemble de circuits électriques, et reliant au moins une première broche et une deuxième broche. Dans l'état de l'art, il est connu que les unités électroniques sont soumises à des perturbations électriques diverses et variées. C'est le cas en particulier pour des unités électroniques comme des unités ou boîtiers de commande électroniques destinés à être montés sur des véhicules qui peuvent se trouver dans divers environnements ou dans diverses configurations. Il y a ainsi nécessité de protéger certains composants électroniques qui ne sont pas conçus pour supporter des perturbations électriques et en particulier des champs électriques trop élevés ni des courants trop forts. Parmi les perturbations électriques diverses et variées, on trouve les perturbations liées à des phénomènes électrostatiques, en particulier celles connues sous le terme « décharges électrostatiques » ou « décharges ESD ». Le lecteur pourra se référer aux documents normatifs suivants qui traitent des niveaux de protection des équipements aux perturbations électriques et électromagnétiques et des tests et méthodes de test : MIL-STD-461-E, ISO 7637, IEC 1000-4-2, ISO TR 10605, pour n'en citer que quelques uns. II est connu de placer une capacité de protection contre les décharges électrostatiques (aussi appelée « capacité de protection ESD » dans la suite du texte) au niveau de chaque broche du connecteur raccordée à un ensemble de circuits internes, comme ceci est représenté sur la figure 1 qui illustre l'art antérieur. Cependant, chacune de ces capacités de protection ESD occupe une certaine place sur la carte électronique de l'unité au détriment d'autres composants et de l'encombrement de l'unité électronique. De plus, une telle disposition est relativement coûteuse. La présente invention a notamment pour but de d'optimiser l'encombrement et le coût de cette protection. A cet effet, selon l'invention, l'unité électronique est remarquable en ce que chaque circuit équipotentiel comporte une seule capacité de protection ESD, agencée à proximité d'au moins une des première et deuxième broches raccordées au circuit équipotentiel. Grâce à ces dispositions, l'encombrement et le coût peuvent être réduits, et le niveau de protection contre les décharges électrostatiques reste satisfaisant. Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions décrites ci-après. Selon un des aspects de l'invention, la capacité de protection ESD est connectée au circuit équipotentiel en un point de protection et aucun composant électronique n'est raccordé à l'une des portions du circuit équipotentiel reliant le point de protection et l'une des broches auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel. Ainsi la capacité de protection ESD est le premier composant électronique implanté à partir de l'une des broches et protège tous les composants implantés au-delà de ce point de protection. II est en outre avantageux que la capacité de protection ESD soit disposée à moins de 15 mm d'au moins une des broches auxquelles est relié le circuit équipotentiel. Ainsi une impulsion électrostatique est absorbée au plus près du connecteur et ne pollue pas substantiellement les pistes avoisinantes. Selon un mode de réalisation de l'invention, la capacité de protection ESD peut être une capacité de type céramique et de valeur comprise entre 2 nF et 50 nF, de préférence de valeur 10 nF. C'est une gamme de valeur courante dans le domaine automobile et adaptée à la protection contre les décharges électrostatiques. Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième broches peuvent être disposées dans des connecteurs différents. De sorte que la mise en oeuvre de l'invention est compatible avec tous types de configuration de connexion. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit équipotentiel peut être un circuit de fourniture d'alimentation pour des éléments externes à l'unité. Ainsi on peut alimenter des capteurs ou des entrées par ce circuit équipotentiel ainsi protégé. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit équipotentiel peut être un circuit de communication de type réseau multiplexé, de préférence de type CAN (acronyme anglais pour « Controller Area Network »). On peut alors raccorder plusieurs fils supportant le réseau sur ce circuit équipotentiel ainsi protégé. L'invention vise également un procédé pour optimiser un ensemble de circuits 35 électriques internes d'une unité électronique, ce procédé comprenant les étapes suivantes : a- identifier au moins un circuit équipotentiel reliant au moins deux broches de connexion de l'unité électronique, b- disposer une seule capacité de protection contre les décharges électrostatiques, appelée capacité de protection ESD, sur le circuit équipotentiel, agencée à proximité d'au moins une des première et deuxième broches. Grâce à ces dispositions, l'encombrement et le coût de la protection contre les décharges électrostatiques peuvent être réduits. Selon un aspect lié au procédé, il est proposé tout d'abord d'identifier un chemin de perturbation critique pour un composant à protéger agencé sur le circuit équipotentiel. Ce chemin de perturbation critique passe par une broche critique des broches du circuit équipotentiel. Ensuite, on place la capacité de protection ESD au voisinage de la broche critique. On optimise ainsi le placement de la capacité de protection ESD par rapport aux perturbations électrostatiques. Selon un autre aspect lié au procédé, on dispose la capacité de protection ESD comme premier composant sur le circuit équipotentiel à partir d'une quelconques des broches auxquelles est relié le circuit équipotentiel. Ainsi la capacité de protection ESD est-elle au plus près du lieu d'introduction d'une décharge électrostatique et protège-t-elle les composants implantés au-delà. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 20 la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints sur lesquels : - la figure 1 présente schématiquement une portion d'unité électronique avec une configuration de protection contre les décharges électrostatiques selon l'art antérieur, 25 - la figure 2 présente schématiquement et partiellement une unité électronique analogue à la figure 1 avec une configuration de protection contre les décharges électrostatiques selon l'invention, - la figure 3 représente plus en détails les connecteurs et une partie du circuit de l'unité électronique de la figure 2. 30 Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Comme représenté à la figure 1 qui illustre l'art antérieur, une unité électronique 1 comprend classiquement une carte, au moins un connecteur équipé d'une pluralité de broches de connexion et un ensemble de circuit électriques. Parmi cet 35 ensemble de circuit électriques figure dans l'exemple illustré au moins un circuit appelé circuit équipotentiel 2 reliant entre elles trois broches de connexion 11, 12, 13. II est bien entendu qu'un tel circuit équipotentiel 2 peut comprendre seulement deux broches de connexion 11, 12 ou bien encore plus de trois broches. Ce circuit équipotentiel 2 comprend une première portion de circuit 2a reliant électriquement une première broche 11 à un point appelé point commun 7, et une deuxième portion de circuit 2b reliant électriquement une deuxième broche 12 au point commun 7. Dans l'exemple illustré, le circuit équipotentiel 2 comprend en outre une troisième portion de circuit 2c raccordant électriquement une troisième broche 13 au point commun 7. Un tronc commun 2d de circuit équipotentiel 2 relie électriquement le point commun 7 à un composant électronique 8 à protéger. Ce composant électronique 8 peut être sensible aux décharges électrostatiques. Selon l'art antérieur, pour protéger ledit composant électronique 8, on dispose sur chaque première et seconde portion de circuit 2a, 2b un condensateur (respectivement référencés 21, 22) appelé aussi capacité de protection ESD qui permet d'atteindre des niveaux de protection adéquats pour la protection du composant électronique 8. Sur chaque autre portion du circuit équipotentiel 2 raccordant électriquement ledit circuit équipotentiel 2 à d'autres broches, on dispose aussi une capacité de protection ESD, en l'occurrence la capacité de protection ESD 23 sur la troisième portion de circuit 2c. Ainsi, dans l'art antérieur, pour un nombre N de broches de connexions, il est nécessaire d'utiliser N capacités de protection ESD. La figure 2 illustre un mode de réalisation de l'invention, dans lequel une unité électronique 1 comprend une carte électronique 9, des broches, un circuit équipotentiel 2 et au moins un composant électronique 8 à protéger tels que décrits ci-dessus pour la figure 1. C'est dans ce cadre que la demanderesse a découvert qu'il est possible d'utiliser une seule capacité au lieu de plusieurs à côté de chaque broche. En effet, dans la figure 2 une seule capacité de protection ESD 3 est utilisée pour protéger le composant électronique 8 des décharges électrostatiques pouvant provenir des broches 11, 12, 13. Ainsi dans l'invention, pour un nombre N de broches de connexions raccordées à un même circuit équipotentiel 2, il suffit d'utiliser une seule capacité de protection ESD 3. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la capacité de protection ESD 3 est raccordée au tronc commun 2d en un point appelé point de protection 6. Avantageusement, aucun composant électronique n'est raccordé à l'une des 35 portions 2a, 2b, 2c du circuit équipotentiel 2 reliant le point de protection 6 et l'une des broches 11, 12, 13 auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel. Selon une disposition avantageuse, la capacité de protection ESD 3 est préférablement disposée à moins de 15 mm d'au moins une des broches 11, 12, 13 auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel 2. On pourra choisir préférentiellement la capacité de protection ESD comme 5 une capacité de type céramique et de valeur comprise entre 2 nF et 50 nF, de préférence de valeur voisine de 10 nF. Afin de préciser un exemple de localisation des broches de connexion raccordées à un même circuit équipotentiel 2 ainsi que la capacité de protection ESD, il faut se reporter à la Figure 3. On y voit trois connecteurs 4, 4a, 4b agencés dans une 10 embase de connexion 5. Chaque connecteur 4, 4a, 4b possède plusieurs points de connexion, chacun pouvant être identifié par sa position selon des lignes et des colonnes, par exemple par une lettre et un chiffre. On distingue sur le schéma deux circuits équipotentiels 2, 20 pouvant mettre en oeuvre l'invention sur la carte électronique 9. 15 Selon un premier exemple, le circuit équipotentiel 2 possède trois broches de connexion 11, 12, 13 et une capacité de protection ESD 3 protégeant le composant électronique 8. Il est à noter que les broches de connexion 11, 12, 13 sont raccordées à des connecteurs différents, respectivement 4, 4a, 4b. L'invention ne nécessite donc pas que les broches de connexion soient implantées dans un même connecteur. 20 Selon un deuxième exemple, le circuit équipotentiel 20 possède quatre broches de connexion 31, 32, 33, 34 raccordées chacune respectivement à une portion 81, 82, 83, 84 du circuit équipotentiel 20 et une capacité de protection ESD 30 protégeant un composant électronique 28 à protéger (ou un ensemble de composants à protéger). Les broches de connexion 31-34 sont agencées dans des connecteurs 25 différents. Les broches 31, 32 sont raccordées au connecteur 4a. La broche 33 est raccordée au connecteur 4b. La broche 34 est raccordée au connecteur 4. Des points de raccordements 89, 85 raccordent les portions de circuits 81, 82, 83, 84 au moyen d'un circuit de liaison 86 et un tronc commun 88 relie électriquement un point commun 27 au composant électronique 28. La capacité de 30 protection ESD 30 est raccordée au circuit équipotentiel 20 au niveau d'un point de protection 26 qui se trouve sur le tronc commun 88. Comme dans l'exemple précédent, il n'y a pas de composant électronique entre le point de protection 26 et chacune des broches 31 à 34. Selon l'invention, il est aussi proposé un procédé pour optimiser un ensemble 35 de circuits électriques internes d'une unité électronique 1, ledit procédé comprenant les étapes : a- identifier au moins un circuit équipotentiel 2 reliant au moins deux broches de connexion 11, 12 de l'unité électronique, b- disposer une seule capacité de protection contre les décharges électrostatiques, appelée capacité de protection ESD 3, sur ledit circuit équipotentiel 2, agencée à proximité d'au moins une des première et deuxième broches 11, 12. Avantageusement, on dispose la capacité de protection ESD 3, 30 comme premier composant sur le circuit équipotentiel 2, 20 à partir d'une quelconques des broches 11, 12, 13, 31 à 34 auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel respectif 2, 20. Selon un aspect intéressant de l'invention, afin de déterminer une localisation adéquate d'une capacité de protection ESD 3, 30, on identifie d'abord le chemin critique de perturbation du composant 8, 28. C'est-à-dire que l'on procède à des tests de tirs de décharges électrostatiques à l'entrée des différentes broches de connexions 11, 12, 13, 31 à 34 pour connaître celle qui est la plus sensible aux décharges électrostatiques. C'est ainsi qu'on identifie une broche, dite la plus sensible ou broche critique, par laquelle la perturbation électrostatique se propage le plus facilement vers le composant à protéger. On place alors la capacité de protection ESD 30 au voisinage de ladite broche critique. Dans le deuxième exemple de la figure 3, il a été déterminé que la broche de connexion 34 est la broche critique. Le circuit équipotentiel 2 peut par exemple supporter un circuit de fourniture d'alimentation pour des éléments externes à l'unité, comme des capteurs. Le circuit équipotentiel 2 peut aussi supporter un circuit de communication de type réseau multiplexé, de préférence de type CAN. Il est à noter que dans la mesure du possible, on préfèrera implanter la capacité de protection ESD sur le tronc commun du circuit équipotentiel conduisant au composant à protéger bien qu'il n'est pas exclu de l'implanter aussi dans des cas particuliers sur une des portions de circuit raccordant une des broches du circuit équipotentiel. Dans le cas où le circuit équipotentiel 2 n'est pas implanté sur une seule face de la carte électronique 9, une partie du circuit équipotentiel 2 se trouve sur la face supérieure et une autre partie du circuit équipotentiel 2 se trouve sur la face inférieure. Selon une variante de réalisation de l'invention, il serait possible de choisir de placer une seule capacité de protection ESD par face sur le circuit équipotentiel 2. Si on choisit de n'implanter qu'une seule capacité de protection ESD sur tout le circuit équipotentiel 2, alors un critère de disponibilité de place (ou de contraintes d'implantation) sur les faces supérieure et inférieure de la carte 9 peut être pris en compte en plus des critères définis plus haut, ceci afin de déterminer sur quelle face il est préférable de placer l'unique capacité de protection ESD. II est à noter que le composant électronique à protéger peut consister en un ensemble de composants électroniques à protéger situés au-delà de la capacité de 5 protection ESD par rapport au connecteur. REVENDICATIONS1. Unité électronique (1) pour véhicule comprenant : - un ensemble de circuits électriques, - des broches de connexion (11, 12, 13), pour raccorder ladite unité électronique à un environnement extérieur, - au moins un circuit équipotentiel (2), appartenant à l'ensemble de circuits électriques, et reliant au moins une première broche (11) et une deuxième broche (12), caractérisée en ce que le circuit équipotentiel (2) comporte une seule capacité de protection (3) contre les décharges électrostatiques, appelée capacité de protection ESD (3), agencée à proximité d'au moins une des première et deuxième broches. 2. Unité électronique (1) selon la revendication 1, dans laquelle la capacité de protection ESD (3) est connectée au circuit équipotentiel (2) en un point de protection (6) et aucun composant électronique n'est raccordé à l'une des portions (2a, 2b, 2c) du circuit équipotentiel (2) reliant le point de protection (6) et l'une des broches auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel (2). 3. Unité électronique (1) selon l'une des revendications 1 à 2, dans laquelle la capacité de protection ESD (3) est disposée à moins de 15 mm d'au moins une des broches auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel (2). 4. Unité électronique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle la capacité de protection ESD(3) est une capacité de type céramique et de valeur comprise entre 2 nF et 50 nF, de préférence de valeur 10 nF. 5. Unité électronique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les première et deuxième broches (11, 12) sont disposées dans des connecteurs 25 différents (4a, 4b). 6. Unité électronique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le circuit équipotentiel (2) est un circuit de fourniture d'alimentation pour des éléments externes à l'unité électronique (1). 7. Unité électronique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le 30 circuit équipotentiel (2) est un circuit de communication de type réseau multiplexé, de préférence de type CAN. 8. Procédé pour optimiser un ensemble de circuits électriques internes d'une unité électronique (1), ledit procédé comprenant les étapes : a- identifier au moins un circuit équipotentiel (2, 20) reliant au moins deux broches de connexion (11, 12, 31 à 34) de l'unité électronique, b- disposer une seule capacité de protection contre les décharges électrostatiques appelée capacité de protection ESD (3, 30) sur ledit circuit équipotentiel (2, 20), agencée à proximité d'au moins une des première et deuxième broches. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on identifie un chemin de perturbation critique pour un composant à protéger agencé sur le circuit équipotentiel (2, 20), ledit chemin de perturbation critique passant par une broche critique des broches du circuit équipotentiel (2, 20), et on place la capacité de protection ESD (3, 30) au voisinage de ladite broche critique. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on dispose la capacité de protection ESD (3, 30) comme premier composant sur le circuit équipotentiel (2, 20) à partir d'une quelconques des broches (11, 12, 13, 31 à 34) auxquelles est relié ledit circuit équipotentiel (2, 20).