Brevet FR3091442A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Procédé de compensation d'un offset d'un dispositif fonctionnant notamment selon le protocole MIL-STD-1553 [0001] Le domaine de l'invention est celui des communications avioniques. L'invention s'applique plus spécifiquement aux communications régies par la norme MIL-STD 1553B intitulée « Aircraft Internai Time Division Command/Response Multiplex Data Bus » signifiant « Bus de données multiplexé d'interrogation et de commande par partition temporelle pour aéronef ». De façon plus simple, on désignera, dans la suite de la description, par la dénomination « 1553 », le bus de communication lui-même, les composants associés ou le protocole de communications qui respecte cette norme. [0002] Tout ce qui suit se réfère, à titre d'exemple, à la norme M1L-STD 1553. Cependant, le procédé décrit peut s'appliquer à toutes normes ayant des caractéristiques de signal d'émission/réception et des impératifs d'offset équivalents. [0003] Le bus 1553 est un bus série très utilisé dans le domaine de l'avionique militaire et dans certains satellites de télécommunication et d'observation. La figure 1 représente le synoptique dc fonctionnement de ce bus. La transmission d'un signal différentiel est réalisée sur une paire torsadée dc conducteurs avec blindage à la masse. Comme on le voit sur cette figure, la norme propose la présence de deux bus notés 1 et 2 afin d'assurer la redondance, un bus étant actif à chaque instant. Sur cc bus sont connectés un « bus controller » 3 noté BC sur la figure 1, des « remote terminal » 4 notés RT sur la figure 1 et éventuellement un ou plusieurs « bus monitor » 5 noté BM sur cette même figure. Il peut y avoir jusqu'à 31 terminaux RT connectés à un même bus. [0004] Le contrôleur BC a pour rôle de gérer les communications entre les différents terminaux RT. Le moniteur BM écoute le réseau de manière passive. [0005] Le couplage du contrôleur, des terminaux et des moniteurs peut être assuré di- rectement ou à travers un transformateur. La figure 2 représente le couplage direct d'une paire torsadée blindée 10 du bus au module transmission/réception 21 d'un dc ces différents éléments 20. Le couplage entre la paire torsadée blindée 10 du bus et le module 21 comporte un transformateur d'isolement 22 comportant classiquement des résistances R et des bobines d'induction L. [0006] La figure 3 représente le même couplage bus 10 / terminal 20 mais à travers un second transformateur de couplage 23 situé au voisinage du bus. [0007] Le couplage par transformateur présente un certain nombre d'avantages. Il permet d'avoir une distance plus grande entre l'élément connecté au bus et le bus lui-même. Cette distance peut être de 6 mètres au lieu de 30 centimètres pour un couplage direct. Il permet également d'avoir une meilleure isolation électrique, une meilleure 2 adaptation d'impédance et de meilleures caractéristiques de réjection de bruit que le couplage direct. L'isolation électrique empêche un dysfonctionnement d'un terminal ou une désadaptation d'impédance d'affecter les performances du bus. [0008] Les trames circulant sur le bus sont composées de mots de vingt bits codés par un système de codage dit « Manchester ». Ce codage est représenté sur la figure 4. Les bits sont codés par un front F et non par un niveau. Comme on le voit sr la partie gauche de la figure 4, un front montant code un « 0 » et, comme on le voit sur la partie droite, un front descendant code un « 1 ». Ces mots de la trame 1553 peuvent être des mots de commande, de données ou de statut. Si les durées des deux demi-bits d'un bit codé en Manchester étaient égales, la valeur moyenne du signal devrait être donc nulle. [0009] Un mot d'une trame 1553 est fait de la manière suivante : - une synchro montante ou descendante d'une durée de 3 bits ; - une commande ou une donnée d'une durée de 16 bits ; et - 1 bit de parité. [0010] Le temps correspondant à la durée d'un bit est d'une microseconde. Cette période est créée à l'aide d'une fréquence plus importante qui permet de créer la période des demi-bits du codage Manchester. [0011] Les composants utilisés pour les communications par bus 1553 peuvent présenter des non conformités qui les font sortir des gabarits normalisés lors des essais de qualification des matériels sur lesquels ils sont intégrés. [0012] Le contrôleur de bus et les terminaux possèdent des transceivers qui assurent les conversions numérique/analogique et analogique/numérique. Le signal circulant sur le bus est analogique. Sa tension est comprise entre 18V et 27V crête en sortie du driver pour un couplage par transformateur. [0013] Ce n'est donc pas un signal carré parfait. Il y a nécessairement un temps de montée/ descente non nul entre les deux niveaux, et il peut exister une légère dissymétrie entre le niveau de tension positive et le niveau de tension négative. [0014] Ces inconvénients entrainent un pic de tension indésirable en fin de signal, lorsque la ligne doit revenir à l'état de repos. S'il excède le seuil de réception, ce pic de tension sera à tort interprété comme un « O» ou un « 1 », donc comme le début d'une nouvelle trame, là où justement la communication est terminée. C'est ce pic suivi d'une décroissance qui par abus de langage est appelé « offset ». Ce pic est connu sous l'appellation anglo-saxonne de « backswing ». La figure 5 illustre ce problème. Elle représente une trame 1553. Elle est représentée par une tension V fonction du temps t. Le cercle en haut à droite de la figure représente la fin du signal grossi cinq fois de façon à mettre en évidence la tension d'offset Voffset du signal. [0015] On observe une dissymétrie entre les niveaux haut et bas de la tension du signal de sortie comme on le voit sur la partie gauche de la figure 6 qui représente la variation de 3 la tension de sortie Yen fonction du temps t du signal issu du « driver » du terminal avant son passage dans le transformateur. [0016] Le signal a alors une aire négative supérieure à son aire positive. La valeur moyenne du signal \Tm°, est donc négative. Le transformateur va supprimer progressivement la valeur moyenne du signal entrant, jusqu'à ce que celui-ci soit centré sur OV comme on le voit sur la partie droite de la figure 6. C'est lors de la dernière remontée à OV que l'offset se produit. L'offset apparait alors en étant la différence entre la valeur moyenne et le OV, sachant que le transformateur ramène le signal à OV, donc l'offset s'atténue avec le temps. [0017] Pour éviter les problèmes liés à ce phénomène, la norme impose un seuil maximum de +/-250 mV d'offset, afin d'éviter que les récepteurs reçoivent de « faux » messages. [0018] Le paragraphe 4.5.2.1.1.4 de la norme 1553, défini la mesure de cet offset à l'aide de six mots prédéfinis qui sont, exprimés en hexadécimal : 0x8000, Ox7FFF, 0x0000, OxFFFF, 0x5555 et OxAAAA, envoyés sur des trames successives de 33 mots. On émet ainsi 33 fois le mot 0x8000, puis on mesure un premier offset. On émet ensuite 33 fois le mot Ox7FFF, on mesure un second offset et ainsi de suite. Si une seule des six mesures dépasse les 250mV, le test est un échec. [0019] Actuellement, si des composants électroniques destinés à être montés sur des cartes 1553 échouent à ce test de mesure d'offset, ils sont rebutés alors que leur fonctionnement est, par ailleurs, parfaitement sain. [0020] L'objet de l'invention est un procédé de calibration de composant fonctionnant selon le protocole MIL-STD-1553 ou équivalent de façon à obtenir un offset final qui soit dans les tolérances de la norme appliquée. Ce procédé repose sur le fait qu'en jouant sur le rapport cyclique des bits du signal codés en Manchester, on joue en sortie sur la valeur de l'offset. [0021] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de compensation d'un offset de sortie d'un dispositif électronique d'émission/réception fonctionnant selon une norme de communications, le procédé de compensation comportant les étapes suivantes : - Etape 1 : La norme définissant des mots standards composé de bits codés en Manchester, pour chaque mot standard, succession d'émissions dudit mot en décalant, pour chaque émission, zéro ou plusieurs instants de montée ou de descente de chaque bit ; - Etape 2 : Détermination de l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards ; - Etape 3 : Mémorisation desdits décalages de montée ou de descente dans le dispositif électronique de façon que ces décalages de montée ou de descente soient appliqués aux signaux de sortie lorsque le dispositif électronique est opérationnel. [0022] Avantageusement, l'étape 2 consiste à mesurer, pour chaque émission, l'offset cor- respondant à cette émission et à calculer, à partir de la connaissance de ces offsets, l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0023] Avantageusement, l'étape 2 consiste à déterminer, pour chaque mot standard, l'émission ou les émissions donnant une valeur absolue d'offset supérieure à une limite absolue d'offset déterminée par la norme et à calculer, à partir de la connaissance de ces émissions, l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0024] Avantageusement, l'absence de décalage de l'instant de montée ou de descente d'un bit correspond à un temps de montée ou de descente situé exactement au milieu de la durée du bit et que la présence d'un décalage d'un temps de montée ou de descente d'un bit correspond à un décalage temporel constant par rapport à ce dit milieu, ce décalage temporel étant effectué soit avant le milieu de la durée du bit, soit après. [0025] Avantageusement, pour chaque mot standard émis dans l'étape 1, chaque émission diffère de la précédente par un et un seul décalage d'un temps de montée ou de descente. [0026] Avantageusement, seuls les bits de données de messages émis comportent des décalages de leurs instants de montée ou de descente, les bits de synchronisation et le bit de parité étant inchangés, c'est-à-dire que le temps de montée ou de descente de ces bits de synchronisation ou de parité est situé exactement au milieu de la durée du bit. [0027] Avantageusement, la norme de communications est la norme MIL-STD 1553. [0028] L'invention concerne également un banc de calibration destiné à mettre en oeuvre un procédé de compensation d'un offset de sortie d'un dispositif électronique d'émission/réception fonctionnant selon une norme de communications, ledit banc de contrôle comportant : - Des premiers moyens de génération de mots standards définis par la norme, chaque mot étant composé de bits codés en Manchester ; - Des seconds moyens de décalage de l'instant de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester, la durée du bit restant constante ; - Des troisièmes moyens de détermination de l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards ; - Des quatrièmes moyens de calcul et de mémorisation des paramètres de décalages permettant de minimiser l'offset. [0029] Avantageusement, les troisièmes moyens consistent à mesurer, pour chaque émission, l'offset correspondant à cette émission et à calculer, à partir de la connaissance de ces offsets, l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0030] Avantageusement, les troisièmes moyens consistent à déterminer, pour chaque mot standard, l'émission ou les émissions donnant une valeur absolue d'offset supérieure à une limite absolue d'offset déterminée par la norme et à calculer, à partir de la connaissance de ces émissions, l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0031] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : [0032] [fig.1] représente le synoptique de fonctionnement d'un bus 1553 ; [0033] [fig.2] représente le couplage direct d'une paire torsadée blindée du bus à un module transmission/réception ; [0034] [fig.3] représente le couplage au travers d'un transformateur d'une paire torsadée blindée du bus à un module transmission/réception ; [0035] [fig.4] représente le principe du codage « Manchester » ; [0036] [fig.5] représente l'offset d'une trame 1553 ; [0037] [fig.6] représente le passage d'un signal 1553 à travers un transformateur ; [0038] [fig.7] représente le principe d'ajustement de l'offset selon l'invention ; [0039] [fig.8] représente la fonction d'ajustement selon l'invention de l'instant de montée ou de descente d'un bit codé en Manchester ; [0040] [fig.9] représente les variations de l'offset en fonction du paramètre d'ajustement ; [0041] [fig.10] représente un premier cas représentatifs de l'exploitation des paramètres d'ajustement. [0042] [fig.11] représente un deuxième cas représentatifs de l'exploitation des paramètres d'ajustement. [0043] [fig.12] représente un troisième cas représentatifs de l'exploitation des paramètres d'ajustement. [0044] Comme on l'a vu, l'offset du signal de sortie dépend de la valeur moyenne du signal émis A titre d'exemple, la figure 7 illustre cette dépendance. Elle représente une trame 1553 commençant par un signal de synchronisation. La trame est figurée par une tension T fonction du temps t. Le cercle en haut à droite de la figure représente la fin du signal grossi cinq fois de façon à mettre en évidence la tension d'offset du signal. Les chevrons horizontaux représentent les variations temporelles du signal de synchro- 6 nisation. Les chevrons verticaux les variations de tension du signal d'offset. Lorsque l'on fait varier le signal de synchronisation, l'offset varie. [0045] Ainsi, en réglant certaines durées du signal émis par un dispositif électronique émettant des signaux 1553, il est possible de faire varier l'offset du signal de sortie et bien entendu de ramener sa valeur dans les tolérances spécifiées par la norme. Le procédé selon l'invention de compensation d'un offset de sortie d'un dispositif électronique d'émission/réception fonctionnant selon le protocole M1L-STD-1553 repose sur ce principe. [0046] En pratique, on fait uniquement varier le rapport cyclique des bits codés en Manchester du signal d'émission. Cette méthode présente l'avantage de ne pas toucher à la durée d'émission des bits. [0047] Le principe est représenté sur la figure 8 qui représente l'amplitude d'un bit standard d'émission et l'amplitude d'un bit selon l'invention; Le bit standard est représenté en traits pointillés et le bit selon l'invention est représenté par un trait continu. Dans les deux cas, les bits ont la même durée globale T et la même amplitude A. dans le cas présent, le bit représenté est un « zéro ». [0048] Dans le cas d'un bit standard, le front montant se produit exactement à mi-durée du bit, c'est-à-dire après un temps égal à T/2. Dans le cas d'un bit selon l'invention, le front montant est décalé d'une durée a. Il se produit donc à l'instant T/2+a. Le paramètre a peut être positif ou négatif. Ce paramètre a une valeur constante et indépendante du bit. [0049] Plus la fréquence d'utilisation de la compensation est élevée, et plus la variation possible de a est faible, et meilleure est la précision apportée à la correction de l'offset. [0050] L'étape 1 du procédé selon l'invention reprend ce principe. Pour chaque mot standard défini par la norme, le banc de contrôle génère une succession d'émissions dudit mot en faisant varier, pour chaque émission, plusieurs instants de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester. [0051] Afin de répartir l'altération du rapport cyclique sur un message standard 1553 de vingt bits, le décalage est introduit uniquement sur les bits de la partie « data » du message et une seule fois maximum par bit, ce qui donne un décalage maximum de 32a. Ainsi, ni les bits de synchronisation, ni le bit de parité ne sont altérés. Ce décalage est suffisant pour introduire des variations d'offset nécessaires pour compenser les éventuels défauts du signal émis. [0052] L'étape 2 du procédé selon l'invention consiste à déterminer l'émission comportant zéro ou plusieurs instants de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0053] 11 existe différentes techniques pour assurer la mesure d'offset. 7 [0054] On peut mesurer directement l'offset pour chaque émission de signal. Ainsi, le graphique de la figure 9 représente en trait gras la variation de l'offset en mV d'un signal de sortie d'un dispositif électronique fonctionnant selon la norme 1553 en fonction du nombre de fois où le paramètre de décalage a est appliqué. Comme on l'a vu, il peut être appliqué 16 fois en négatif et 16 fois en positif. Le trait en pointillés horizontal représente l'offset zéro. Le trait en pointillés vertical représente la valeur zéro du paramètre a. Pour cette valeur, tous les bits du message sont émis de façon standard ou encore, aucune correction n'est appliquée sur le signal d'émission. Sur a courbe de la figure 9, l'offset vaut alors +160 mV. Les deux traits horizontaux représentent les valeurs minimale et maximal de l'offset tolérées par la norme, soit - 250 mV et + 250 mV. Quad on fait varier le nombre de fois où le paramètre a est appliqué, l'offset varie. Sur la figure 9, il varie entre -300 mV et + 600 mV. Il existe donc une valeur de a pour laquelle l'offset est nul ou voisin de zéro. Dans le cas présent, cette valeur vaut -6. [0055] Il existe une autre façon de déterminer le paramètre a permettant de réduire l'offset au voisinage de 0 mV. Il faut rechercher, pour les mots indiqués par la norme, les valeurs seuils a, en positif et en négatif du rapport cyclique qui conduisent à une erreur d'interprétation de la trame 1553. [0056] Pour cela, les mots de la norme sont envoyés sur les sorties TX et les entrées RX du dispositif électronique que l'on teste. Un lien RX permet de recevoir des données de l'extérieur, mais permet également une réécoute local du lien TX associé. Les liens se comportent comme des paires différentielles lors des échanges, mais ont un niveau à 0 lorsqu'il n'y a pas d'échange. Ces entrées et ces sorties sont observées, après un certain délai, après la fin d'émission afin de déterminer s'il y a eu ou non offset à ce moment-là. Le délai est, par exemple, de 2 ils. Si le mot de sortie présente un changement, cela signifie que la valeur de l'offset a été dépassée. Selon la valeur de ce changement, on connaît le signe de la valeur de l'offset. Avec cette méthode, on ne peut pas déterminer la valeur de l'offset, mais on peut déterminer les deux valeurs al et a2 correspondant peu ou prou aux valeurs d'offset de -250 mV et de +250 mV. [0057] Les figures 10, 11 et 12 représentent trois cas représentatifs de l'exploitation de ces valeurs al et a2. Chaque figure représente la variation de l'offset en fonction du paramètre a. Les deux traits pleins horizontaux représentent les valeurs minimale et maximal de l'offset tolérées par la norme, soit - 250 mV et + 250 mV. Chaque fois que, pour une valeur de a, l'offset dépasse en valeur absolue une de ces valeurs, cela déclenche un signal d'erreur. On détecte ainsi les valeurs al et a2. [0058] Plus ces valeurs a sont de signe opposé et éloigné de 0, plus le signal nécessite un décalage important du rapport cyclique pour générer un offset, et donc meilleure est la qualité du dispositif La figure 10 en est un exemple. Sur cette figure, al vaut -10 et a2 8 vaut +9. Il faut appliquer une variation de rapport cyclique de -10a pour perturber le récepteur dans un sens, et de +9a pour perturber le récepteur dans l'autre sens. Dans ce cas, le dispositif ne nécessite pas nécessairement de correction. [0059] A l'inverse, si une des deux valeurs al et a2 est proche de 0 comme on le voit sur la figure 11 où al vaut -3 et a2 vaut +13, plus le dispositif a tendance à générer un offset hors norme. En effet, le comportement des composants évolue en température avec pour effet d'augmenter ou de diminuer ces valeurs d'offset. Dans ce cas, il est préférable d'apporter une correction. [0060] Enfin, si les deux valeurs d'offset sont de même signe comme on le voit sur la figure 12 où al vaut +2 et a2 vaut +14, alors la correction est nécessaire, sinon le dispositif sera rebuté. [0061] Dans une troisième étape, les valeurs a sont mémorisées dans le dispositif élec- tronique de façon que ces instants soient appliqués aux signaux de sortie lorsque le dispositif électronique est opérationnel. Il est à noter que la correction en temps réel est impossible dans la mesure où il faudrait détecter au moins un message d'erreur pour corriger les suivants et donc laisser passer au moins un signal erroné. [0062] Les deux tableaux I et II ci-dessous représentent, sur deux dispositifs mesurés, les valeurs des offsets en fonction des six mots prédéfinis de la norme 1553 avant compensation et après compensation par le procédé selon l'invention. [0063] Les offsets du dispositif du tableau I sont tous dans la norme avant compensation. Cependant, après compensation, l'offset est voisin de zéro. Le dispositif sera donc moins soumis aux dérives d'offset dues aux aléas thermiques. [0064] Un des offsets du dispositif du tableau II est hors norme avant compensation. Après compensation, l'offset est revenu dans la norme et le dispositif peut être utilisé sans problème. [0065] [Tableauxl] Data Offset en mVavant corn- pensation Offset moyen en mV avant corn- pensation Offset en mVaprès com- pensation Offset moyen en mV après compensation 0x8000 160 151 21 17 Ox7fff 122 -19 Ox0 207 63 Oxffff 127 7 Oxaaaa 128 4 0x5555 161 28 9 [0066] [Tableaux2] Data Offset en mVavant corn- pensation Offset moyen en mV avant com- pensation Offset en mVaprès com- pensation Offset moyen en mV après compensation 0x8000 242 227 1 -21 Ox7fff 206 -46 Ox0 287 41 Ox1TIT 208 -38 Oxaaaa 193 -56 0x5555 226 -25 [0067] Comme il a etc dit, le procédé selon l'invention peut s'appliquer sans difficultés majeures pour l'homme du métier à des normes voisines de la norme MIL-STD 1553 comportant, par exemples, des structures de messages différents ou des mots standards différents ou des codages de bits différents. [0068] Le procédé est mis en oeuvre sur un banc de calibration comportant au moins les éléments suivants: - Des premiers moyens de génération de mots standards définis par la norme chaque mot étant composé de bits codés en Manchester ; - Des seconds moyens de décalage de l'instant de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester, la durée du bit restant constante ; - Des troisièmes moyens de détermination de l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards ; - Des quatrièmes moyens de calcul et de mémorisation des paramètres de décalages permettant de minimiser l'offset. [0069] Dans un premier mode de réalisation, les troisièmes moyens consistent à mesurer, pour chaque émission, l'offset correspondant à cette émission et à calculer, à partir de la connaissance de ces offsets, l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0070] Dans un second mode de réalisation, les troisièmes moyens consistent à déterminer, pour chaque mot standard, l'émission ou les émissions donnant une valeur absolue d'offset supérieure à une limite absolue d'offset déterminée par la norme et à calculer, à partir de la connaissance de ces émissions, l'émission comportant zéro ou plusieurs instants décalés de montée ou de descente de chaque bit codé en Manchester permettant d'obtenir l'offset moyen le plus faible sur l'ensemble des mots standards. [0071] Ces moyens électroniques ne présentent aucune difficulté particulière pour l'homme du métier. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]