Brevet FR3083410A1 — publié le 20200103

La présente invention concerne un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée. L'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée est classiquement utilisée dans des réseaux de type Ethernet. Des composants sont proposés dans le commerce par de nombreux fabricants et sont utilisés comme cela est décrit dans la Fig. 1. La Fig. 1 représente un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée de l'état de la technique. Dans la Fig. 1, un émetteur EM est relié à une paire torsadée PT par l'intermédiaire d'un premier module d'isolation MI1 et un récepteur RE est relié à la paire torsadée PT par l'intermédiaire d'un second module d'isolation MU. La paire torsadée PT est ou non blindée. L'émetteur ENI peut être compris dans un composant électrique comprenant un ou plusieurs autres émetteurs et/ou récepteurs. Le récepteur RE peut être compris dans un composant électrique comprenant un ou plusieurs autres émetteurs et/ou récepteurs. Le module d'isolation MIl comporte un premier, un second, un troisième, un quatrième, un cinquième et un sixième points d'interconnexions. Le premier point d'interconnexion P1 est relié à une première terminaison d'une première inductance Ll, une seconde terminaison de la première inductance Ll est reliée à une première terminaison d'une seconde inductance L2 et au second point d'interconnexion P2, une seconde terminaison de la seconde inductance L2 est reliée au troisième point d'interconnexion P3, le quatrième point d'interconnexion P4 est relié à une première terminaison d'une troisième inductance L3, une seconde terminaison de la troisième inductance L3 est reliée à une première terminaison d'une quatrième inductance L4, une seconde terminaison de la quatrième inductance L4 est reliée à une première terminaison d'une cinquième inductance L5 et au cinquième point d'interconnexion P5, une seconde terminaison de la cinquième inductance L5 est reliée à une première terminaison d'une sixième inductance L6, une seconde terminaison de la sixième inductance L6 est reliée au sixième point d'interconnexion P6. 2 Les première, seconde, quatrième et cinquième inductances Ll, L2, L4 et L5 sont magnétiquement couplées entre elles, et les troisième et sixième inductances L3 et L6 sont magnétiquement couplées entre elles. Une première sortie 01 de l'émetteur ENI est reliée par l'intermédiaire d'une 5 résistance et d'un condensateur en série formant une impédance Z10 au troisième point d'interconnexion. Une seconde sortie 02 de l'émetteur EM est reliée par l'intermédiaire d'une résistance et d'un condensateur en série formant une impédance Z11 au premier point d'interconnexion Pl. 10 Le second point d'interconnexion P2 est relié à la masse et le cinquième point d'interconnexion P5 est relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C10. Le quatrième point d'interconnexion P4 est relié à un premier fil conducteur de la paire torsadée PT et le sixième point d'interconnexion P6 est relié à un second fil conducteur de la paire torsadée PT. 15 L'émetteur EM et le récepteur RE sont référencés ou non au blindage de la paire torsadée PT. Le module d'isolation MI2 comporte un premier, un second, un troisième, un quatrième, un cinquième et un sixième points d'interconnexions. Le premier point d'interconnexion P1' est relié à une première terminaison d'une 20 première inductance L1', une seconde terminaison de la première inductance L 1 ' est reliée à une première terminaison d'une seconde inductance L2' et au second point d'interconnexion P2', une seconde terminaison de la seconde inductance L2' est reliée au troisième point d'interconnexion P3', le quatrième point d'interconnexion P4' est relié à une première terminaison d'une troisième inductance L3', une seconde 25 terminaison de la troisième inductance L3' est reliée à une première terminaison d'une quatrième inductance L4', une seconde terminaison de la quatrième inductance L4' est reliée à une première terminaison d'une cinquième inductance L5' et au cinquième point d'interconnexion P5', une seconde terminaison de la cinquième inductance L5' est reliée à une première terminaison d'une sixième inductance L6' et une seconde 30 terminaison de la sixième inductance L6' est reliée au sixième point d'interconnexion P6'. Les première seconde, quatrième et cinquième inductances Ll, L2, L4 et L5 sont magnétiquement couplées entre elles et les troisième et sixième inductances L3' et L6' sont magnétiquement couplées entre elles. 3 Une première entrée Il du récepteur RE est reliée au troisième point d'interconnexion P3'. Une seconde entrée 012 du récepteur RE est reliée au premier point d interconnexion P 1'. 5 Le second point d'interconnexion P2' est relié à la masse et le cinquième point d'interconnexion P5' est relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C11 Le quatrième point d'interconnexion P4' est relié au premier fil conducteur de la paire torsadée PT et le sixième point d'interconnexion P6' est relié au second fil conducteur de la paire torsadée PT. Une résistance R12 est placée en parallèle sur les 10 quatrième et sixième points d'interconnexion P4' et P6'. Ainsi, les modules d'isolation du commerce intègrent deux composants, un transformateur constitué des inductances L1, L2, L4 et L5 magnétiquement couplées entre elles et des inductances L3 et L4 de mode commun qui sont elles aussi magnétiquement couplées entre elles. Traditionnellement, les inductances L3 et L4 de 15 mode commun sont connectées à la paire torsadée PT et le transformateur constitué des inductances L1, L2, L4 et L5 à l'émetteur ou au récepteur. Les inductances L3 et L4 de mode commun participent à réduire les niveaux de perturbations de mode commun reçues depuis la ligne de transmission. De par les contraintes liées à l'aéronautique, l'utilisation des inductances L3 et 20 L4 de mode commun pour réduire les niveaux de perturbations de mode entraîne la saturation des inductances L3 et L4 de mode commun et donc leur absence d'efficacité. Ces inductances L3 et L4 de mode commun ne sont pas dimensionnées pour les niveaux très élevés de perturbations rencontrées dans l'aéronautique les rendant inutilisables dans l'avionique. 25 La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients de l'art antérieur en proposant un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée dans lequel des modules d'isolation du commerce peuvent être utilisés tout en garantissant une bonne tenue aux niveaux de perturbations qui existent dans l'avionique. 30 A cette fin, selon un premier aspect, l'invention propose un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée, l'émetteur étant relié à la paire torsadée par l'intermédiaire d'un premier module d'isolation, le récepteur étant relié à la paire torsadée par l'intermédiaire d'un second module d'isolation, chaque module d'isolation comportant un premier, un second, un troisième, 4 un quatrième, un cinquième et un sixième points d'interconnexions, le premier point d'interconnexion étant relié à une première terminaison d'une première inductance, une seconde terminaison de la première inductance étant reliée à une première terminaison d'une seconde inductance et au second point d'interconnexion, une seconde terminaison 5 de la seconde inductance étant reliée au troisième point d'interconnexion, le quatrième point d'interconnexion étant relié à une première terminaison d'une troisième inductance, une seconde terminaison de la troisième inductance étant reliée à une première terminaison d'une quatrième inductance, une seconde terminaison de la quatrième inductance étant reliée à une première terminaison d'une cinquième 10 inductance et au cinquième point d'interconnexion, une seconde terminaison de la cinquième inductance étant reliée à une première terminaison d'une sixième inductance, une seconde terminaison de la sixième inductance étant reliée au sixième point d'interconnexion, les première, seconde, quatrième et cinquième inductances étant magnétiquement couplées entre elles, les troisième et sixième inductances étant 15 magnétiquement couplées entre elles, caractérisé en ce que une première sortie de l'émetteur est reliée au quatrième point d'interconnexion du premier module d'isolation, une seconde sortie de l'émetteur est reliée au sixième point d'interconnexion du premier module d'isolation, le premier point d'interconnexion du premier module d'isolation est relié à un premier conducteur de la paire torsadée, le 20 troisième point d'interconnexion du premier module d'isolation est relié à un second conducteur de la paire torsadée, une première entrée du récepteur est reliée au quatrième point d'interconnexion du second module d'isolation, une seconde entrée du récepteur est reliée au sixième point d'interconnexion du second module d'isolation, le premier point d'interconnexion du second module d'isolation est relié au premier conducteur de 25 la paire torsadée et le troisième point d'interconnexion du second module d'isolation est relié au second conducteur de la paire torsadée. Ainsi, la présente invention permet une utilisation de modules d'isolation du commerce pour des liaisons par paire torsadée sans risque de saturation des inductances de mode commun. 30 La partie transformateur intervient en sa capacité de séparer les modes commun et différentiel. Le transformateur constitué des première, seconde, quatrième et cinquième inductances n'est pas parfait, un couplage capacitif parasite existe entre les enroulements primaires et secondaires qui permet à une partie des perturbations de mode commun, surtout aux plus hautes fréquences, de se retrouver au secondaire du 5 transformateur. En plaçant le transformateur constitué des première, seconde, quatrième et cinquième inductances entre la paire torsadée et l'émetteur ou le récepteur, seule une partie des perturbations de mode commun est présente au niveau des inductances de mode commun et ne sature pas celles-ci. Il n'est alors plus nécessaire d'utiliser des 5 inductances de mode commun de taille importante comme cela aurait été le cas dans un câblage classique des modules d'isolation. Selon un mode particulier de l'invention, chaque cinquième point d'interconnexion est relié à la masse et chaque second point d'interconnexion est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance et un condensateur en série. 10 Selon un mode particulier de l'invention, chaque quatrième et sixième points d'interconnexion est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance et un condensateur en série. Selon un mode particulier de l'invention, chaque entrée du récepteur et chaque sortie de l'émetteur est reliée au point d'interconnexion par l'intermédiaire d'une 15 résistance. Selon un mode particulier de l'invention, le système est compris dans un aéronef. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi 20 lesquels : la Fig. 1 représente un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée de l'état de la technique ; la Fig. 2 représente un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée selon la présente invention. 25 La Fig. 2 représente un système d'isolation galvanique entre un émetteur et un récepteur reliés par une paire torsadée selon la présente invention. Dans la Fig. 2, un émetteur EM est relié à une paire torsadée PT par l'intermédiaire d'un premier module d'isolation MI1 et un récepteur RE est relié à la 30 paire torsadée PT par l'intermédiaire d'un second module d'isolation MU. La paire torsadée PT est ou non blindée. L'émetteur ENI peut être compris dans un composant électrique comprenant un ou plusieurs autres émetteurs et/ou récepteurs. Le récepteur RE peut être compris dans un composant électrique comprenant un ou plusieurs autres émetteurs et/ou récepteurs. Le module d'isolation MIl comporte un premier, un second, un troisième, un quatrième, un cinquième et un sixième points d'interconnexions. 5 Le premier point d'interconnexion P1 est relié à une première terminaison d'une première inductance Ll, une seconde terminaison de la première inductance Ll est reliée à une première terminaison d'une seconde inductance L2 et au second point d'interconnexion P2, une seconde terminaison de la seconde inductance L2 est reliée au troisième point d'interconnexion P3, le quatrième point d'interconnexion P4 est relié à 10 une première terminaison d'une troisième inductance L3, une seconde terminaison de la troisième inductance L3 est reliée à une première terminaison d'une quatrième inductance L4, une seconde terminaison de la quatrième inductance L4 est reliée à une première terminaison d'une cinquième inductance L5 et au cinquième point d'interconnexion P5, une seconde terminaison de la cinquième inductance L5 est reliée 15 à une première terminaison d'une sixième inductance L6, une seconde terminaison de la sixième inductance L6 est reliée au sixième point d'interconnexion P6. Les première, seconde, quatrième et cinquième inductances Ll, L2, L4 et L5 sont magnétiquement couplées entre elles, et les troisième et sixième inductances L3 et L6 sont magnétiquement couplées entre elles. 20 Une première sortie 01 de l'émetteur ENI est reliée par l'intermédiaire d'une résistance et d'un condensateur en série formant une impédance Z200 au quatrième point d'interconnexion P4. Le point d'interconnexion P4 reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C201 en série avec une résistance R201. Une seconde sortie 02 de l'émetteur EM est reliée par l'intermédiaire d'une 25 résistance et d'un condensateur en série formant une impédance Z202 au sixième point d'interconnexion P6. Le sixième point d'interconnexion P6 relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C203 en série avec une résistance R203. Le second point d'interconnexion P2 est relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C204 en série avec une résistance R204 et le cinquième point 30 d'interconnexion P5 est relié à la masse. Le premier point d'interconnexion P1 est relié à un premier fil conducteur de la paire torsadée PT et le troisième point d'interconnexion P3 est relié à un second fil conducteur de la paire torsadée PT. Le module d'isolation M12 comporte un premier, un second, un troisième, un quatrième, un cinquième et un sixième points d'interconnexions. Le premier point d'interconnexion P1' est relié à une première terminaison d'une première inductance L1', une seconde terminaison de la première inductance L 1 ' est 5 reliée à une première terminaison d'une seconde inductance L2' et au second point d'interconnexion P2', une seconde terminaison de la seconde inductance L2' est reliée au troisième point d'interconnexion P3', le quatrième point d'interconnexion P4' est relié à une première terminaison d'une troisième inductance L3', une seconde terminaison de la troisième inductance L3' est reliée à une première terminaison d'une 10 quatrième inductance L4', une seconde terminaison de la quatrième inductance L4' est reliée à une première terminaison d'une cinquième inductance L5' et au cinquième point d'interconnexion P5', une seconde terminaison de la cinquième inductance L5' est reliée à une première terminaison d'une sixième inductance L6' et une seconde terminaison de la sixième inductance L6' est reliée au sixième point d'interconnexion 15 P6'. Les première, seconde quatrième et cinquième inductances L1', L'2 L4' et L'5 sont magnétiquement couplées entre elles et les troisième et sixième inductances L3' et L6' sont magnétiquement couplées entre elles. Une première entrée Il du récepteur RE est reliée au quatrième point 20 d'interconnexion P4'. Le quatrième point d'interconnexion P4'est relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C206 en série avec une résistance R206. Une seconde entrée 12 du récepteur RE est reliée au sixième point d'interconnexion P6'. Le sixième point d'interconnexion P6'est relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C210 en série avec une résistance R210 25 Le cinquième point d'interconnexion P5' est relié à la masse et le second point d'interconnexion P2' est relié à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C209 en série avec une résistance R209. Le troisième point d'interconnexion P3' est relié au premier fil conducteur de la paire torsadée PT et à une première terminaison d'une résistance R205 et le premier 30 point d'interconnexion P1' est relié au second fil conducteur de la paire torsadée PT et à une seconde terminaison de la résistance R205. Les résistances R204 et R209 ont une valeur égale à l'impédance caractéristique en mode commun de la paire torsadée. Le but de cette impédance est de limiter autant 8 que possible les réflexions des perturbations de mode commun dans le câble physique du fait de la désadaptation d'impédance au niveau des émetteurs / récepteurs. Généralement, un condensateur C204 est rajouté en série avec la résistance 8204 et un condensateur C209 est rajouté en série avec la résistance 8209 contre les 5 décharges électrostatiques (ESD) et pour participer à l'isolement galvanique. La valeur des condensateurs C204 et C209 est généralement choisie pour être équivalente à un court-circuit aux fréquences mises en jeu dans les perturbations de mode commun. La résistance 8205 permet d'obtenir une adaptation d'impédance en mode différentiel à l'impédance caractéristique en mode différentiel de la paire torsadée pour 10 d'éviter d'avoir des réflexions du signal utile sachant que de telles réflexions déforment le signal et réduisent le rapport signal à bruit. Pour la même raison, l'adaptation en mode différentiel au niveau de l'émetteur se fait en rajoutant les impédances Z200 et Z202 en sortie de l'émetteur ENI afin de présenter une résistance de sortie différentielle égale à l'impédance caractéristique différentielle de la paire différentielle. 15 Les perturbations de mode commun se couplent de manière opposée dans les inductances Ll, L2, L'l et L'2 entraînant un flux nul donc aucune saturation de celui-ci. Les perturbations se retrouvent aux bornes des réseaux C204, 8204, C209, 8209 et ne viennent pas perturber le signal utile en différentiel. Les inductances de mode commun L3, L6, L3', L6' permettent de participer au 20 filtrage au secondaire des transformateurs constitués des inductances Ll, L2, L4, L5, L L2', L4', L5'. Les inductances de mode commun L3, L6, L3', L6' sont transparentes pour le signal utile en différentiel, les flux s'annulant. En mode commun, l'ajout des condensateurs C201, C203, C206 et C210 permet de faire un filtrage L-C CEM permettant d'atténuer les perturbations. Il ne reste alors 25 qu'un résiduel de perturbation de mode commun non filtré par le transformateur du fait des capacités parasites entre le primaire et le secondaire des transformateurs constitués des inductances L1, L2, L4, L5, L L2', L4' et L5'. Un des inconvénients de ce filtrage est de ramener une impédance en différentielle en entrée, qui participe potentiellement à un désappariement de mode différentiel. L'ajout des résistances 8201, 30 8203, 8206 et R210 en série avec les condensateurs C201, C203, C206 et C210 permet de limiter cet effet. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais englobe, bien au contraire, toute variante à la portée de l'homme REVENDICATIONS1) Système d'isolation galvanique entre un émetteur (E1\4) et un récepteur (RE) reliés par une paire torsadée (PT), l'émetteur étant relié à la paire torsadée par l'intermédiaire d'un premier module d'isolation (MID, le récepteur étant relié à la paire torsadée par l'intermédiaire d'un second module d'isolation (1\412), chaque module d'isolation comportant un premier, une second, un troisième, un quatrième, un cinquième et un sixième points d'interconnexions, le premier point d'interconnexion étant relié à une première terminaison d'une première inductance (L1, L1'), une seconde terminaison de la première inductance étant reliée à une première terminaison d'une seconde inductance (L2, L2') et au second point d'interconnexion, une seconde terminaison de la seconde inductance étant reliée au troisième point d'interconnexion, le quatrième point d'interconnexion étant relié à une première terminaison d'une troisième inductance (L3, L3'), une seconde terminaison de la troisième inductance étant reliée à une première terminaison d'une quatrième inductance (L4, L4'), une seconde terminaison de la quatrième inductance étant reliée à une première terminaison d'une cinquième inductance (L5, L5') et au cinquième point d'interconnexion, une seconde terminaison de la cinquième inductance étant reliée à une première terminaison d'une sixième inductance (L6, L6'), une seconde terminaison de la sixième inductance étant reliée au sixième point d'interconnexion, les première, seconde quatrième et sixième inductances étant magnétiquement couplées entre elles' les troisième et sixième inductances étant magnétiquement couplées entre elles, caractérisé en ce que une première sortie (01) de l'émetteur est reliée au quatrième point d'interconnexion du premier module d'isolation, une seconde sortie (02) de l'émetteur est reliée au sixième point d'interconnexion du premier module d'isolation, le premier point d'interconnexion du premier module d'isolation est relié à un premier conducteur de la paire torsadée, le troisième point d'interconnexion du premier module d'isolation est relié à un second conducteur de la paire torsadée, une première entrée (Il) du récepteur est reliée au quatrième point d'interconnexion du second module d'isolation, une seconde entrée (12) de récepteur est reliée au sixième point d'interconnexion du second module d'isolation, le premier point d'interconnexion du second module d'isolation est 10 relié au premier conducteur de la paire torsadée, le troisième point d'interconnexion du second module d'isolation est relié au second conducteur de la paire torsadée. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cinquième point 5 d'interconnexion est relié à la masse et chaque second point d'interconnexion est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance et un condensateur en série. 3) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque quatrième et sixième points d'interconnexion est relié à la masse par l'intermédiaire d'une 10 résistance et un condensateur en série. 4) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque entrée du récepteur et chaque sortie de l'émetteur sont reliées au point d'interconnexion par l'intermédiaire d'une résistance et un condensateur en série. 15 5) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une résistance (R205) est disposée en parallèle des premier et troisième points d'interconnexion du second module d'isolation (1\112), 20 6) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système est compris dans un aéronef 25