FR2863124A1 - Liaison logique pour unites de traitement - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une liaison logique (1) comprenant une entrée (4) et une sortie (5).Elle comprend un multivibrateur astable (7) placé entre l'entrée (4) et la sortie (5), afin de produire un signal périodique de fréquence égale à une première fréquence (23) sur la sortie (5) lorsque une tension continue est appliquée sur l'entrée (4).

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui des liaisons

logiques entrantes sécurisées, représentées par des niveaux de courant ou de tension, pour des unités de traitement de type calculateur ou machines à états et plus

particulièrement de la sécurisation de telles liaisons.

Il est connu dans l'état de la technique des liaisons logiques entrantes, deux moyens de sécuriser. La sécurisation de la liaison consiste à garantir que le signal, représenté par un niveau de tension ou de courant, appliqué en entrée d'une liaison est reproduit à l'identique à la sortie de la liaison. Ceci est particulièrement critique lorsque l'on traite de signaux à haute sécurité tels que par exemple une liaison entre un dispositif produisant un arrêt d'urgence et une unité de traitement.

Un premier moyen de sécuriser une liaison consiste à séparer les réseaux électriques d'une part de l'entrée de la liaison et d'autre part de la sortie de la liaison, côté unité de traitement. Ceci permet d'éviter la perturbation d'un signal causée par une perturbation électromagnétique.

Une telle perturbation peut conduire à la production en sortie de la liaison d'un signal non présent en entrée. Est classiquement utilisé, pour réaliser une telle séparation galvanique des deux réseaux électriques un dispositif d'isolement de type opto-coupleur. Un tel dispositif permet le transfert de l'information par voie optique, interne au composant, et assure ainsi une barrière aux potentiels pouvant exister entre l'extérieur (entrée de la liaison) et l'unité de traitement (sortie de la liaison). Ce dispositif comprend, classiquement, une diode électroluminescente qui émet un signal lumineux lorsqu'elle est sollicitée par un signal d'entrée. Ce signal lumineux est détecté par un photo-transistor qui produit alors un signal en sortie. Il existe d'autre composants assurant la même fonction, mais basés sur une technologie à base de couplage magnétique.

Un second moyen de sécuriser une liaison consiste à s'assurer par construction, que la défaillance d'un composant, ne va pas produire un signal de sortie différent de celui appliqué en entrée. Ce second moyen consiste à ajouter des circuits supplémentaires afin de pouvoir tester la fidélité de la liaison dans sa fonction de transmission. Il est ainsi classique pour les liaisons sécurisée d'ajouter des circuits permettant de simuler un signal d'entrée en entrée de la liaison afin de tester qu'une évolution de l'état d'entrée est fidèlement répercutée à la sortie.

Ceci présente plusieurs inconvénients: - il est nécessaire de rajouter des composants supplémentaires afin de stimuler l'entrée dans ses deux états possibles. Ces composants doivent respecter l'isolement galvanique, l'augmentation du nombre de composant fait nécessairement baisser la fiabilité de l'ensemble, - l'augmentation du nombre de composant entraîne une 15 augmentation du coût du produit, - le test ne peut être permanent car il interfère avec lé fonctionnement nominal. Soit l'on teste, soit l'on fonctionne. Il n'est pas possible de tester et de détecter un dysfonctionnement au moment où il se produit.

- il reste généralement des composants non testables. Les tests sont alors positifs, malgré la défaillance de tels composants.

La présente invention résout ces différents problèmes.

L'invention a pour objet une liaison logique, comprenant une entrée et une sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend un multivibrateur astable placé entre l'entrée et la sortie, afin de produire un signal périodique de fréquence égale à une première fréquence sur la sortie lorsque une tension continue est appliquée sur l'entrée.

Selon une caractéristique de l'invention, le multivibrateur astable est alimenté en énergie par le signal d'entrée appliqué sur l'entrée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le multivibrateur astable comprend des portes logiques et/ou des 35 composants discrets.

Avantageusement, le multivibrateur astable comprend une porte logique inverseuse comprenant une entrée et une sortie, une résistance reliant l'entrée de la porte logique inverseuse à sa sortie et un condensateur reliant l'entrée de la porte logique inverseuse à la masse.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la sortie logique comprend un moyen d'isolement galvanique placé entre 5 le multivibrateur astable et la sortie.

Avantageusement, le moyen d'isolement est réversible. Avantageusement encore, le moyen d'isolement comprend un transformateur.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la sortie IO logique comprend un circuit test permettant d'activer le multivibrateur astable, en parallèle de l'entrée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit test utilise la réversibilité du moyen d'isolement.

Avantageusement le circuit test comprend un condensateur.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit test transporte un signal test périodique de fréquence égale à une seconde fréquence.

Avantageusement, la première fréquence est différente de la seconde fréquence.

Un avantage de la liaison logique selon l'invention est que lorsque l'on détecte un niveau logique "1" en sortie, il est impossible que l'entrée soit à "0". Il est certain dans ce cas, que d'une part la liaison logique fonctionne, et que d'autre part l'entrée est bien positionnée à "1".

Un autre avantage de la liaison logique selon l'invention est de permettre de lever le doute, avec un circuit de test, lorsque la sortie est à "0". En effet dans ce cas soit l'entrée est à "0", soit la liaison logique présente un défaut.

Un autre avantage de la liaison logique selon l'invention est de permettre de différencier une entrée réelle d'un test en cours.

Un autre avantage de la liaison logique selon l'invention est de permettre de réaliser un test lors du fonctionnement.

Un autre avantage de la liaison logique selon l'invention est de garantir l'isolement galvanique.

Un autre avantage de la liaison logique selon l'invention est de ne nécessiter que peu de composants de bas coût, permettant ainsi un coût faible allié à une bonne fiabilité D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après de modes de réalisation à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels: - la figure 1 présente un schéma global d'une liaison logique entrante, - la figure 2 présente un opto-coupleur, - la figure 3 illustre le principe général de 10 l'invention, - la figure 4 présente un mode de réalisation particulier de la liaison logique selon l'invention, - la figure 5 présente le signal de sortie nominal de la liaison, - la figure 6 présente le signal de sortie test de la liaison.

Sur la figure 1, est présentée une liaison logique 1 du type de celle de l'invention. Cette liaison logique 1 est insérée entre un dispositif produisant un signal logique sous forme d'un signal électrique (tension ou courant) pouvant prendre deux états logiques "0", représenté par une absence de tension ou de courant, et "1", représenté par une présence de tension ou de courant. Ce signal est appliqué à une entrée 4 de la liaison 1. Ce signal est transmis au travers de la liaison 1 à une sortie 5 reliée, par exemple, à une unité de traitement, par exemple un calculateur.

La figure 2 illustre un opto-coupleur, dispositif classiquement utilisé dans l'état de l'art, pour réaliser l'isolement galvanique. Le signal appliqué à l'entrée 4, entre ses deux bornes, alimente une diode électroluminescente 26. En présence d'un état logique "1", un courant traverse la diode 26 qui émet une lumière 27. Cette lumière 27 est détectée par le phototransistor 28, qui produit alors un courant/tension à ses bornes, en sortie 5 du dispositif. Ce courant/tension reproduit en sortie 5 un état logique "1", fidèle à l'état appliqué à l'entrée 4. En présence d'un état logique "0", la diode 26 n'émet pas. Le phototransistor 28 ne produit alors aucune tension à ses bornes en sortie 5 du dispositif. Cette absence produit en sortie 5 un état logique "0". Quelque soit l'état logique appliqué en entrée 4, il est fidèlement reproduit en sortie 5. Ceci reste vrai tant qu'aucune défaillance des composants, diode 26 ou phototransistor 28, n'est à déplorer.

La figure 3 présente le principe de la liaison logique 1 selon l'invention. La liaison logique 1 comprend un étage d'entrée 2 et un étage de sortie 3. Le signal à transmettre entre par une entrée 4. Il sort par une sortie 5. Entre l'entrée 4 et la sortie 5 est disposé un multivibrateur astable 7. Ce multivibrateur astable 7 produit avantageusement un signal périodique de fréquence égale à une première fréquence 23, lorsqu'une tension continue est appliquée à l'entrée 4 de la liaison 1. L'étage d'entrée 2 est séparé de l'étage de sortie 3 par un moyen d'isolement galvanique 8. Ce moyen d'isolement galvanique 8 est avantageusement un transformateur 16. Le multivibrateur astable 7 est avantageusement situé dans l'étage d'entrée 2 afin d'être situé avant le transformateur 16. En effet, un transformateur 16 ne peut transmettre que des signaux alternatifs. La combinaison d'un multivibrateur astable 7, en amont, transformant le signal d'entrée continu en signal alternatif et d'un transformateur 16, en aval, pouvant transmettre un tel signal alternatif est avantageuse pour réaliser une liaison logique 1 isolée galvaniquement. Le multivibrateur astable 7 produit, lorsqu'un signal continu, représentant un état logique "1", est appliqué à l'entrée 4, un signal périodique de fréquence égale à une première fréquence 23. Ce signal est transmis via le moyen d'isolement 8, jusqu'à la sortie 5. Ce signal sortant peut être directement exploité, sous sa forme périodique, par une unité de traitement, de type calculateur ou automate programmable. 1l est aussi possible d'ajouter un étage supplémentaire, transformant ce signal périodique en un signal continu, homogène au signal d'entrée. Le signal sortant du moyen d'isolement 8 est de faible niveau. Il est avantageusement amplifié par un amplificateur 33 placé entre le moyen d'isolement 8 et la sortie 5. La liaison logique 1 ainsi réalisée est telle que la présence d'un tel signal périodique de fréquence égale à une première fréquence 23 en sortie 5 indique de manière certaine qu'un état logique "1" est présenté en entrée 4 de la liaison 1 et que cette dernière fonctionne correctement. Lorsque l'on n'observe aucun signal en sortie 5, représentant un état logique de sortie "0", ceci peut résulter de deux causes. Soit aucun signal n'est présenté en entrée 4, ce qui représente un état logique d'entrée "0", soit un signal est présenté en entrée 4, mais un défaut de la liaison logique 1 empêche sa transmission.

Afin de lever le doute, un circuit de test 9, interne à la liaison logique, est utilisé. Ce circuit de test 9 introduit, au niveau de l'entrée 4, et en parallèle de cette dernière, un signal électrique qui vient solliciter le multivibrateur astable 7. Une utilisation de ce circuit de test 9 permet de vérifier le bon fonctionnement de la liaison logique 1 par la production sur la sortie 5 d'un signal. Avantageusement, le signal utilisé par le circuit de test 9, présente une forme différente de celle, courant ou tension continue, utilisée pour figurer un état logique "1". Ceci permet d'obtenir en sortie 5 un signal différent du signal produit par un état logique "1" et caractéristique de l'utilisation du circuit de test 9. Avantageusement ce signal utilisé par le circuit de test 9 est périodique de fréquence égale à une seconde fréquence 24. Cette seconde fréquence 24 est avantageusement distincte de la première fréquence 23 produite par le multivibrateur astable 7. La différence minimale entre la première fréquence 23 et la seconde fréquence 24 doit être telle qu'elles puissent être discriminées l'une de l'autre, et dépend de la méthode utilisée pour discriminer un signal nominal d'un signal de test. Un rapport,par exemple, inférieur à 0,75 ou supérieur à 1,5, entre ces deux fréquences 23,24, permet de les discriminer avec des moyens classiques bien connus de l'homme de l'art. Afin de respecter l'isolement galvanique de la liaison logique 1, il est avantageux que l'énergie utilisée pour le circuit de test 9 provienne de l'étage de sortie 3. L'entrée test 6 est avantageusement située dans ce même étage de sortie 3.

L'utilisation avantageuse d'un moyen d'isolement 8 réversible permet de transmettre le signal de test depuis l'étage de sortie 3 vers l'étage d'entrée 2 via ce moyen d'isolement 8. Le moyen d'isolement est alors utilisé en mode inverse. Le circuit de test 9 met alors à profit la réversibilité du moyen d'isolement 8, pour transmettre le signal de test. Ledit signal de test est alors transmis depuis l'étage de sortie 3 vers l'étage d'entrée 2, via le moyen d'isolement 8, en sens inverse, de l'utilisation du même moyen d'isolement 8 pour transmettre un signal nominal depuis l'étage d'entrée 2 et l'entrée 4 vers l'étage de sortie 3 et la sortie 5.

Lorsque ce moyen d'isolement 8 est un transformateur 16, il est nécessaire d'utiliser un signal de test alternatif. L'utilisation d'un signal de test périodique de fréquence égale à une seconde fréquence 24 présente l'intérêt supplémentaire de permettre son transfert via le transformateur 16. L'application en entrée test 6, d'un signal de test périodique de fréquence égale à une seconde fréquence 24, permet d'une part le passage de ce signal au travers du moyen d'isolement 8, afin de venir solliciter le multivibrateur astable 7, et d'autre part de produire en sortie 5 de la liaison 1, un signal différent d'un état logique "1" et ainsi identifiable sans erreur. Le fait que le signal de test soit issu de l'étage de sortie 3, et doivent transiter par le moyen d'isolement 8, permet avantageusement de tester le bon fonctionnement de ce moyen d'isolement 8.

Le principe de l'invention étant décrit, il convient d'en donner un exemple de réalisation particulière démontrant la faisabilité de ce principe. La figure 4 présente un schéma illustrant un mode de réalisation particulière d'une liaison logique 1 selon l'invention. On retrouve un étage d'entrée 2 comprenant une entrée 4. Cet étage 2 est relié à un étage de sortie 3 par un moyen d'isolement 8, ici réalisé par un transformateur 16. Cet étage de sortie 3 comprend une sortie 5 et une entrée de test 6. Le multivibrateur astable 7 comprend une porte logique inverseuse 10 complétée par un réseau de réaction comprenant une résistance 11 reliant l'entrée l0a de la porte logique inverseuse 10 et sa sortie 10b et un condensateur 12 reliant l'entrée 10a à la masse 25. L'entrée 4 de la liaison logique 1, ainsi que le circuit de test 9, sont reliés à la broche 10c d'alimentation de la porte logique inverseuse 10. En l'absence de sollicitation sur l'entrée 4 ou en provenance du circuit de test 9, la porte logique inverseuse 10 n'est pas alimentée. Elle ne produit donc aucun signal à sa sortie 10b. Lorsqu'un signal est présent, soit sur l'entrée 4, signifiant un état logique "1", soit en provenance du circuit de test 9, la porte logique inverseuse 10 est alimentée. Le multivibrateur astable 7, comprenant la porte inverseuse 10, la résistance 11 et le condensateur 12, produit sur sa sortie 10b un signal périodique de fréquence égale à une première fréquence 23. Cette première fréquence 23 est liée aux valeurs de la résistance 11 et du condensateur 12 par la relation suivante: F = 3.7t.R.C, où F est la valeur de la première fréquence 23, R la valeur de la résistance 11 et C la capacité du condensateur 12. Ce signal, au travers d'une résistance 13, est présenté en entrée 16a du transformateur 16. Il est reproduit en sortie 16b de ce même transformateur 16. La résistance 13 permet d'éviter que le transformateur 16 ne soit placé en situation de court-circuit par la porte logique inverseuse 10, lorsqu'un signal de test est envoyé via le circuit de test 9. Au travers de la résistance 19 et du transistor 21, le signal en sortie 16b du transformateur, est présenté sur la sortie 5 de la liaison logique 1.

Le circuit de test 9 comprend, dans ce mode de réalisation, dans l'étage de sortie 3, un transistor 22, inséré entre l'entrée de test 6 et la borne de sortie 16b du transformateur 16 et dans l'étage d'entrée 2, une partie de circuit reliant la borne d'entrée 16a du transformateur 16, à l'entrée d'alimentation 10c de la porte logique inverseuse 10, où elle rejoint l'entrée 4, et comportant une diode 15 en série et un condensateur 14, en parallèle avec la masse 25.

Le circuit de test 9 est activé par l'application d'un signal de test sur son entrée de test 6. Ce signal de test, relayé par le transistor 22 est présenté en sortie 16b du transformateur 16. Il est reproduit sur l'entrée 16a de ce 2863124. 9 même transformateur 16. Au travers de la diode 15, il alimente la porte inverseuse 10 via sa borne d'alimentation 10c, en parallèle de l'entrée 4. Au passage, ce signal permet de charger le condensateur 14.

Les diodes 17 et 18 reliant respectivement les bornes 16a et 16c et 16b et 16d servent de diodes de roue libre pour le transformateur 16. La borne 16c est reliée à la masse 25. L'étage de sortie 3 comprend une résistance 20 et est alimenté en tension continue 29. L'ensemble de composants Io comprenant la résistance 19, la résistance 20 et le transistor 21 réalisent la fonction de l'amplificateur 33 de la figure 3. Le transistor 21 assure l'amplification proprement dite du courant issu du transformateur 16. La résistance 19 assure une limitation du courant dans la base du transistor 21, pendant que la résistance 20 charge le collecteur du transistor 21 pour lui permettre d'assurer sa fonction.

Les différents signaux observables en sortie 5 de la liaison logique 1 sont passés en revue. Ces différents signaux permettent de connaître, sans erreur, l'état de fonctionnement de la liaison logique 1 ou d'effectuer un diagnostic de défaillance. Si aucun signal n'est observé en sortie 5 de la liaison logique 1, soit la liaison est défaillante, soit il s'agit d'un état logique "0". Si la liaison logique 1 a été récemment testée, il est raisonnable de considérer qu'il s'agit d'un état logique "0".

Lorsqu'un état logique "1", représenté par un signal continu, est appliqué en entrée 4, ce signal est transformé, au travers du multivibrateur astable 7, en un signal périodique 32 de fréquence 23, ou ce qui est équivalent de période 23', que l'on observe en sortie 5 de la liaison logique 1, tel que représenté sur la figure 5, en fonction du temps figuré sur l'axe des abscisses.

Tant qu'est appliqué, sur l'entrée test 6, un signal périodique 30 de fréquence 24, ou ce qui est équivalent de période 24', un signal périodique 30 similaire, de période 24' est observé sur la sortie 5, tel qu'illustré sur la figure 6, en fonction du temps figuré sur l'axe des abscisses. L'application d'un signal de test provoque le chargement du condensateur 14. Lorsque le signal de test est interrompu, à l'instant 34, le condensateur 14 se décharge. Il se décharge au travers du multivibrateur astable 7. Ceci produit en sortie 5 un signal 31, décroissant, et de période 23', tel qu'illustré sur la figure 6.

Ceci permet les règles de diagnostic suivantes: Si un signal de fréquence 23 est présent en sortie 5, le système fonctionne totalement. Le système est en effet incapable de générer de lui-même un signal à la fréquence 23 puisque c'est le signal logique d'entrée qui apporte l'énergie au multivibrateur astable 7.

Si un signal de fréquence 24 est présent en sortie 5, l'étage de sortie 3 fonctionne.

Si un signal de fréquence 23 n'est pas présent en sortie 5, l'étage d'entrée 2 ou le transformateur 16 ne fonctionne pas ou il existe un court circuit à la masse sur l'entrée 4.

Si ni un signal de fréquence 23, ni un signal de fréquence 24 ne sont présents en sortie 5, l'étage de sortie ne fonctionne pas.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Liaison logique (1) comprenant une entrée (4) et une sortie (5), caractérisée en ce qu'elle comprend un multivibrateur astable (7) placé entre l'entrée (4) et la sortie (5), afin de produire un signal périodique de fréquence égale à une première fréquence (23) sur la sortie (5) lorsque une tension continue est appliquée sur l'entrée (4)

2. Liaison logique (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le multivibrateur astable (7) est alimenté en énergie par le signal d'entrée appliqué sur l'entrée (4).

3. Liaison logique (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le multivibrateur astable (7) comprend 15 des portes logiques (10) et/ou des composants discrets {11,12).

4. Liaison logique (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le multivibrateur astable (7) comprend une porte logique inverseuse (10) comprenant une entrée (10a) et une sortie (10b), une résistance (11) reliant l'entrée (l0a) de la porte logique inverseuse (10) à sa sortie (10b) et un condensateur (12) reliant l'entrée (l0a) de la porte logique inverseuse (10) à la masse (25).

5. Liaison logique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolement galvanique (8) placé entre le multivibrateur astable (7) et la sortie (5).

6. Liaison logique (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le moyen d'isolement (8) est 30 réversible.

7. Liaison logique (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen d'isolement (8) comprend un transformateur (16).

8. Liaison logique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit test (9) permettant d'activer le multivibrateur astable (7), en parallèle de l'entrée (4).

9. Liaison logique (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit test (9) utilise la réversibilité du moyen d'isolement (8).

10. Liaison logique (1) selon la revendication 9, caractérisée en ce que le circuit test (9) comprend un 5 condensateur (14).

11. Liaison logique (1) selon la revendication 10, caractérisée en ce que le circuit test (9) transporte un signal test périodique de fréquence égale à une seconde fréquence (24).

12. Liaison logique (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce que la première fréquence (23) est différente de la seconde fréquence (24).