FR3051915A1 - Procede de determination d'un coefficient de derive electrique d'un circuit electronique, produit programme d'ordinateur et dispositif electronique associes - Google Patents
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Abstract
Ce procédé permet de déterminer un coefficient de dérive électrique d'un circuit électronique (10) composé d'une pluralité de composants électroniques. Ce procédé est mis en oeuvre par un dispositif (20) électronique de détermination dudit coefficient de dérive électrique, et comprend au moins: - la mesure (101), à un instant de maintenance du circuit électronique, d'un paramètre électrique d'au moins une partie du circuit électronique sur une large bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences, - l'obtention (107), en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d'un coefficient de dérive électrique par détermination d'une variation de la valeur du paramètre électrique mesurée à l'instant de maintenance, par rapport à une valeur de référence du paramètre électrique mesurée à un instant de référence antérieur à l'instant de maintenance, le fonctionnement de ladite au moins une partie du circuit électronique étant optimal à l'instant de référence.
Description
Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique, produit programme d’ordinateur et dispositif électronique associés
La présente invention concerne un procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique composé d’une pluralité de composants électroniques. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un ordinateur, mettent en oeuvre un tel procédé. L’invention concerne également un dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique composé d’une pluralité de composants électroniques. L’invention s’applique au domaine de l’électronique, et plus particulièrement à la maintenance en condition opérationnelle de circuit électroniques. L’invention concerne plus spécifiquement la maintenance des protections filaires et des cartes électroniques.
Par « protection filaire » on entend les circuits électroniques qui permettent de protéger l’intégrité d’équipements électroniques contre l'environnement ambiant, les risques de surtension ou de court-circuit, la foudre...
De façon classique, une telle maintenance en condition opérationnelle est mise en oeuvre, par remplacement d’un ou des composants électroniques défectueux constituant les protections filaires ou cartes électroniques, seulement une fois qu’une panne est détectée.
Toutefois, une telle maintenance entraîne une interruption de fonctionnement des protections filaires et des cartes électroniques dont la durée est augmentée lorsque notamment l’équipe de maintenance est localisée à distance des protections filaires ou cartes électronique à maintenir en condition opérationnelle.
Par ailleurs, le remplacement de composants électroniques est généralement empirique, coûteux et long à mettre en œuvre en fonction du type de panne rencontrée, à savoir locale (i.e. ne nécessitant le remplacement que d’un composant dont la détection est complexe) ou globale (i.e. nécessitant le remplacement d’un ensemble de composants).
Un but de l’invention est donc de proposer un procédé de détermination d’un indicateur de maintenance permettant une optimisation des opérations de maintenance en évitant, ou à tout le moins en écourtant, une interruption de fonctionnement des circuits électroniques à maintenir en condition opérationnelle. À cet effet, l’invention a pour objet un procédé du type précité, dans lequel le procédé comprend au moins les étapes suivantes: la mesure, à un instant de maintenance du circuit électronique, d’un paramètre électrique d’au moins une partie du circuit électronique sur une large bande de fréquence, la largeur de bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences, l’obtention, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique par détermination d’une variation de la valeur du paramètre électrique mesurée à l’instant de maintenance, par rapport à une valeur de référence du paramètre électrique mesurée à un instant de référence antérieur à l’instant de maintenance, ie fonctionnement de ladite au moins une partie du circuit électronique étant optimal à l’instant de référence.
Le procédé permet alors, à l’aide du coefficient de dérive obtenu sur une large bande d’identifier et de prédire les dérives électriques des protections filaires ou des cartes électroniques à maintenir en condition opérationnelle.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : la large bande de fréquence est comprise dans l’intervalle de fréquences de 100Hz à 1GHz, la mesure est mise en oeuvre en mode commun ou en mode différentiel, le paramètre électrique mesuré de ladite au moins une partie du circuit électronique appartient au groupe comprenant au moins : le coefficient de transmission directe S21, l’impédance d’entrée, l’admittance d’entrée, la mesure d’impédance ou d’admittance d’entrée comprend une mesure en phase et une mesure en amplitude, la mesure du paramètre électrique de ladite au moins une partie du circuit électronique sur une large bande de fréquence comprend : la première mesure, à l’instant de maintenance, du coefficient de transmission directe S21, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, détermination d’une première variation du coefficient de transmission directe S21 mesuré, à l’instant de maintenance, par rapport à un coefficient de transmission directe S21 de référence obtenu, pour ladite au moins une partie du circuit électronique, à l’instant de référence, lorsque la première variation est supérieure à un niveau prédéterminé, la deuxième mesure de l’impédance ou de l’admittance d’entrée de ladite au moins une partie du circuit électronique, et le coefficient de dérive électrique est obtenu par détermination, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’une deuxième variation de l’impédance ou de l’admittance d’entrée par rapport à une impédance d’entrée ou une admittance d’entrée de référence obtenue, pour ladite au moins une partie du circuit électronique, à l’instant de référence, le procédé comprend : la détection d’au moins un pic de dérive électrique sur la large bande de fréquence et de la fréquence associée audit au moins un pic de dérive électrique, par comparaison du coefficient de dérive électrique à une valeur seuil prédéterminée, à partir de la fréquence associée audit au moins un pic de dérive électrique, détermination de la position, dans le circuit électronique, d’au moins un composant défectueux de la pluralité de composants électroniques du circuit électronique, le procédé comprend une étape préalable d’étalonnage comprenant, à l’instant de référence, la mémorisation, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, de la valeur de référence du paramètre électrique du circuit électronique mesurée lorsque la pluralité de composants électroniques du circuit électroniques présente des caractéristiques de fonctionnement optimales. L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un ordinateur, mettent en oeuvre le procédé tel que défini ci-dessus. L’invention a également pour objet un dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique composé d’une pluralité de composants électroniques, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique comprenant une unité de traitement d’informations comportant une mémoire, et comprenant : un module de mesure d’un paramètre électrique d’au moins une partie du circuit électronique sur une large bande de fréquence, la largeur de bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences, un module d’obtention, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique par détermination d’une variation de la valeur du paramètre électrique mesuré entre deux instants de mesure distincts comprenant un instant de référence, pour lequel le fonctionnement de ladite au moins une partie du circuit électronique est optimal, et un instant de maintenance postérieur à l’instant de référence.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon l’invention, - les figures 2 et 3 illustrent respectivement un même circuit électronique en mode commun et en mode différentiel - les figures 4 et 5 représentent respectivement, en fonction de la fréquence, le paramètre S21 en dB de référence et mesuré, et l’amplitude de l’impédance d’entrée de référence et mesurée à un instante de maintenance, d’un même circuit électronique, - les figures 6 à 9 représentent respectivement, en fonction de la fréquence, l’amplitude et la phase de l’Impédance d’entrée de référence et mesurée d’un circuit électronique, et l’amplitude et la phase du coefficient de dérive associé, - la figure 10 est un organigramme d’un procédé de de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique selon l’invention.
De façon conventionnelle dans la présente demande, les expressions « sensiblement égal à », « de l’ordre de » et « environ » exprimeront chacune une relation d’égalité à plus ou moins 10%.
Par la suite, l’expression « de référence » exprime le fait que la valeur du paramètre électrique a été mesurée pour chaque fréquence de la large bande de fréquence à un instant de référence où le circuit électrique mesuré présente des caractéristiques de fonctionnement optimales, par exemple au moment de la mise sur le marché du circuit électronique par le constructeur. Une telle valeur de référence du paramètre électrique est donc une valeur effectivement mesurée (et non simulée ou théorique) propre à chaque circuit électronique.
Sur la figure 1, un dispositif 20 électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique comprend une unité d’information 30 formée par exemple d’un processeur 32, d’une mémoire 34 associée au processeur, et d’un produit programme d’ordinateur 36 configuré pour mettre en œuvre les étapes mises en œuvre par le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique.
En outre, ce dispositif 20 électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique comprend au moins un port d’entrée configuré pour être connecté à une liaison (i.e. connecteur) 80 avec un circuit 10 électronique à maintenir en condition opérationnelle. Une telle liaison 80 correspond notamment à un câble ou un cordon étalonné.
En relation avec la figure 1, le circuit électronique 10 à maintenir en condition opérationnelle est représenté sous la forme d’un quadripôle linéaire où ai et az représentent les ondes incidentes et bi et hz représentent les ondes réfléchies.
Le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 comprend également un module 40 de mesure d’un paramètre électrique d’au moins une partie du circuit électronique sur une large bande de fréquence, la largeur de bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences.
Un tel module 40 de mesure est par exemple un analyseur vectoriel large bande de paramètre électrique et est configuré pour fournir par exemple une mesure sur une bande de fréquence de sept décades, à savoir de 100Hz à 1GHz, d’un ou de plusieurs paramètres électriques du circuit électronique 10 tel que le coefficient de transmission directe (également appelé « coefficient d’atténuation », « paramètre de transmission » ou «paramètre de dispersion») S21 (oùS21 = ^), l’impédance d’entrée Z, l’admittance d’entrée Y, etc.
Pour ce faire, le module 40 de mesure comprend au moins l’un des outils de mesure suivants : - un moduie 42 de mesure du coefficient d’atténuation S21, - un moduie 44 de mesure de l’impédance d’entrée Z du circuit électronique 10, - un module 46 de mesure de l’admittance d’entrée Y du circuit électronique 10.
Optionnellement, le module de mesure 44 de l’impédance d’entrée Z comprend un élément 62 de mesure de l’amplitude et un élément 64 de mesure de la phase.
De même, le module de mesure 46 de l’admittance d’entrée Y comprend optionnellement un élément 66 de mesure de l’amplitude et un élément 68 de mesure de la phase.
De telles mesures en amplitude 86 et en phase 88 d’une impédance d’entrée d’un circuit électronique 10 sont notamment représentées sur les figures 6 et 7 respectivement.
Le module de mesure large bande 40 d’un paramètre électrique d’un circuit électronique tel que le circuit électronique 10 représenté sur la figure 1 est en outre configuré pour mettre en œuvre deux modes de mesures du circuit à savoir un mode commun et un mode différentiel.
Un commutateur (non représenté) ou un bouton de sélection (non représenté) est par exemple intégré au dispositif 20 électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique et est configuré pour permettre à un opérateur de sélectionner le mode commun ou différentiel de mesure en fonction de la topologie du circuit électronique 10.
La figure 2 représente notamment un circuit électronique 10, en mode commun. Un tel circuit électronique 10 est par exemple configuré pour assurer une fonction de protection filaire et comprend trois étages distincts à savoir un étage 22 d’écrêtage comprenant une diode DI d’écrêtage, un étage 24 de filtrage comprenant trois inductances Li, L2 et L3 ayant par exemple respectivement pour valeur lOpH, 200pH et 200pH et deux capacités Ci et C2 ayant par exemple respectivement pour valeur 180nF, 1 μ F, et un étage 26 de charge comprenant une impédance dont la valeur est par exemple de 50Ω, Ο,ΙΩ, ou encore 1ΜΩ. Une telle valeur de charge est notamment modifiée selon que la mesure à effectuer est en circuit ouvert ou en court-circuit.
Le circuit électronique 10 illustré par la figure 2 ou la figure 3, par exemple dédié à la protection filaire, est distinct d’un autre circuit électronique à protéger (non représenté), ou forme une partie intégrée au circuit électronique à protéger.
La figure 3 représente le même circuit électronique 10, en mode différentiel et comprenant deux lignes l’une reliée en entrée à la masse et l’autre au port d’entrée nommé par exemple sur les figures 2 et 3, PORTLEFT-R. Le circuit électronique 10 de la figure 3 comprend également trois étages distincts à savoir un étage 62 d’écrêtage, un étage 64 de filtrage, et un étage 66 de charge dans lesquels les capacités C17 et Cie de mode différentiel, par exemple de valeur 1pF, sont disposées entre les deux lignes.
Par ailleurs, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 selon la présente invention comprend un module 50 d’obtention, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique par détermination d’une variation de la valeur du paramètre électrique mesuré par rapport à une valeur de référence du paramètre électrique.
Selon une première variante, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 comprend un module de réception (non représenté) de la valeur de référence, associée à chaque fréquence de la large bande de fréquence, et préalablement stockée sur un support de stockage distinct du dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20.
Par exemple, un tel module de réception comprend un port de connexion (par exemple un port USB, ou un port permettant une connexion filaire) au support de stockage distinct. Selon un autre exemple, un tel module de réception comprend une antenne de réception (non représentée) des valeurs de référence transmises par le support de stockage distinct au moyen d’une liaison sans fil.
Selon une deuxième variante, la mémoire 34 du dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 est configurée pour stocker chaque valeur de référence associée à chaque fréquence de la large bande de fréquence.
Selon l’exemple de dispositif 20 électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique tel que représenté sur la figure 1, le module d’obtention 50, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique comprend un module 52 de traitement de la ou des mesures délivrées par le module de mesure 40 précédemment décrit au moyen d’une liaison 60.
Un tel module de traitement 52 est configuré pour associer en chaque point de fréquence la valeur du paramètre électrique mesuré à un instant de maintenance U (notamment après écoulement d’une période de fonctionnement en conditions réelles du circuit électronique 10), avec la valeur de référence correspondante mesurée à l’instant de référence fo (tel que to<ti), où le fonctionnement optimal du circuit électronique 10 est garanti par exemple en sortie d’usine et mise sur le marché par le constructeur.
Par exemple, tel qu’illustré sur la figure 4, la mesure 72 à l’instant de maintenance il de l’atténuation (i.e. le paramètre S21) en dB du circuit électronique est comparée à la mesure 74 de l’atténuation â l’instant de référence Îq.
Les figures 6 et 7 illustrent également respectivement la comparaison de l’amplitude mesurée 84 à l’instant de référence to et de l’amplitude mesurée 86 à l’instant de maintenance fi, et la comparaison de la phase mesurée 88 à l’instant de référence to et de l’amplitude mesurée 90 à l’instant de maintenance ti de l’impédance d’entrée d’un circuit électronique 10.
En d’autres termes, le module de traitement 52 est par exemple configuré pour associer la valeur d’atténuation mesurée à 1MHz, à savoir -80dB avec la valeur de référence à 1 MHz à savoir -1 OOdB.
Le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 comprend en outre un module 54 de calcul qui à partir de la correspondance entre valeur mesurée et valeur de référence en un point de fréquence donné, est configuré pour déterminer une variation exprimée au moyen d’une différence entre deux nombre réels lorsque le paramètre électrique est exprimé en dB (par exemple pour un paramètre S de dispersion tel que le paramètre S21) ou un ratio d’affixes complexes lorsque le paramètre électrique mesuré est par exemple une impédance ou une admittance d’entrée du circuit électronique 10 mesurée en amplitude et en phase. A partir d’une telle variation, le module 54 de calcul est configuré pour obtenir en chaque fréquence de la large bande de fréquence, un coefficient de dérive électrique DER en fonction de la variation du paramètre électrique mesuré par rapport à la valeur de référence, tel que détaillé par la suite.
Par ailleurs, selon un aspect optionnel de l’invention, le module d’obtention 50 comprend également un module 56 de détection d’au moins un pic de dérive électrique sur la large bande de fréquence et de la fréquence associée à ce pic de dérive électrique, par comparaison du coefficient de dérive électrique à une valeur seuil prédéterminée, et un module 58 de détermination de la position, dans le circuit électronique, d’au moins un composant défectueux de la pluralité de composants électroniques du circuit électronique associé audit au moins un pic de dérive, à partir la fréquence associée à ce pic de dérive électrique.
En d’autres termes, à partir du coefficient de dérive précédemment décrit, de tels modules optionnels de détection 56 et de détermination 58 sont configurés pour déterminer par méthode inverse (décrite ci-après), la position d’un composant à l’origine d’un dysfonctionnement du circuit électronique 10 ce qui permet une optimisation de la maintenance à mettre en œuvre.
Optionnellement, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 comprend un écran 70 configuré pour restituer à l’opérateur de maintenance les courbes mesurées, le cas échéant en phase et en amplitude, à l’instant de référence to et à l’instant de maintenance fi, du paramètre électrique sur l’ensemble de la large bande de fréquence, et la courbe représentant le coefficient de dérive obtenu.
Le fonctionnement du dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 selon l’invention va être à présent décrit à l’aide de la figure 10 représentant un organigramme du procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon l’invention.
Les étapes du procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique décrites par la suite, ou au moins certaines de ces étapes résultent de l’exécution, par l’unité de traitement d’information 30 du dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique décrit précédemment.
Lors d’une étape 100 optionnelle, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 commence par une étape 100 d’étalonnage propre au circuit électronique 10 à maintenir en condition opérationnelle.
Une telle étape optionnelle d’étalonnage 100 est mise en œuvre à un instant de référence to de référence où le fonctionnement optimal du circuit électronique 10 est garanti par exemple en sortie d’usine et mise sur le marché par le constructeur.
Plus précisément, l’étape d’étalonnage 100 consiste à mémoriser en chaque fréquence de la large bande de fréquence, la valeur de référence du paramètre électrique du circuit électronique mesurée lorsque la pluralité de composants électroniques du circuit électroniques présente des caractéristiques de fonctionnement optimales.
Selon une autre variante (non représentée), une telle étape d’étalonnage 100 est mise en oeuvre par un dispositif électronique distinct du dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20, et le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 selon l’invention met en oeuvre une étape d’acquisition (i.e. de réception non représentée) de la valeur de référence du paramètre électrique du circuit électronique sur l’ensemble de la large bande de fréquence transmise par le dispositif électronique distinct.
Puis à un instant de maintenance U (par exemple un instant de maintenance après qu’une période de fonctionnement en conditions réelles du circuit électronique 10 soit écoulée), une étape 101 de mesure d’un paramètre électrique d’au moins une partie du circuit électronique 10 est mise en oeuvre sur une large bande de fréquence, la largeur de bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences, par exemple de 100Hz à 1GHz.
Par exemple, le paramètre électrique mesuré est le coefficient de transmission directe S21, l’impédance d’entrée, ou encore l’admittance d’entrée du circuit électronique 10.
Selon le mode de réalisation particulier illustré par la figure 10, l’étape de mesure 101 du paramètre électrique de ladite au moins une partie du circuit électronique sur une large bande de fréquence comprend une première étape 102 de mesure, à l’instant de maintenance fi, du coefficient de transmission directe S21 tel qu’illustré par la figure 4 précédemment décrite.
En outre, l’étape de mesure 101 du paramètre électrique de ladite au moins une partie du circuit électronique comprend en chaque fréquence de la large bande de fréquence, une étape 103 de détermination d’une première variation Δ du coefficient de transmission directe S21 (i.e. l’atténuation) mesuré, à l’instant de maintenance, par rapport à un coefficient de transmission directe S21 de référence obtenu, pour ladite au moins une partie du circuit électronique, à l’instant de référence.
Puis, lorsque la première variation est supérieure à un niveau prédéterminé, l’étape de mesure 101 du paramètre électrique comprend une deuxième étape 104 de mesure de l’impédance ou de l’admittance d’entrée de ladite au moins une partie du circuit électronique, et ce en phase 105 et en amplitude 106.
Un tel protocole de mesure mettant en oeuvre, deux mesures, premièrement une mesure 102 d’atténuation, puis de manière conditionnelle, une mesure 104 d’impédance d’entrée ou d’admittance d’entrée à des instants de maintenance ti et t’i (ces instants de maintenance étant proches au regard de la période de fonctionnement qui sépare les instants de référence to et l’instant ti) permet de limiter le nombre de mesures d’impédance d’entrée ou d’admittance d’entrée par rapport au nombre de mesures d’atténuation.
Un tel protocole est avantageux car le temps d’obtention par un analyseur vectoriel large bande d’une mesure d’atténuation est inférieur au temps d’obtention d’une mesure d’impédance d’entrée ou d’une admittance d’entrée, une telle mesure d’impédance d’entrée ou d’admittance d’entrée requérant l’activation d’une opération de post-traitement consistant à convertir la mesure d’atténuation en mesure d’impédance d’entrée ou d’admittance d’entrée.
Par exemple, le niveau prédéterminé de la variation Δ de l’atténuation entre l’instant de référence k et l’instant de maintenance U est fixé à 20 dB. Comme indiqué précédemment en relation avec la figure 4, une telle variation Δ est atteinte notamment pour une fréquence de l’ordre de ISOKHz et pour une fréquence de l’ordre de 1MHz.
Cette variation significative de l’atténuation est potentiellement représentative d’une dérive électrique d’au moins un des composants constituant le circuit électronique 10.
Afin, de confirmer cet aspect, le procédé selon ce mode de réalisation particulier, met en oeuvre, en présence de cette variation Δ de l’atténuation supérieure à un niveau prédéterminé, une deuxième mesure 104 d’impédance d’entrée ou d’admittance d’entrée, en phase 105 et en amplitude 106.
La figure 5 représente notamment l’amplitude 76 de référence, et l’amplitude 78 mesurée à un instante de maintenance, de l’impédance d’entrée du même circuit électronique 10 que celui dont la mesure d’atténuation est représentée par la figure 4.
Sur la large bande de fréquence de 100Hz à 1GHz, la variation maximale 82 de l’amplitude d’impédance d’entrée entre ces deux mesures est notamment obtenue à une fréquence de l’ordre de 250KHz. A partir de la variation entre ces deux mesures 76 et 78 d’impédance d’entrée de la figure 5, le taux de dérive en chaque point de la fréquence est obtenu tel que décrit ci-après, et l’obtention conditionnelle de la mesure d’impédance d’entrée permet, par rapport à la mesure d’atténuation, d’être plus précis sur la fréquence associée à un pic du coefficient de dérive.
Une fois l’étape de mesure 101 effectuée, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 met en œuvre l’étape 107 d’obtention, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique DER par détermination d’une variation de la valeur du paramètre électrique mesurée à l’instant de maintenance U, par rapport à une valeur de référence du paramètre électrique mesurée à l’instant de référence to antérieur à l’instant de maintenance U, le fonctionnement de ladite au moins une partie du circuit électronique étant optimal à l’instant de référence.
Par exemple, pour une valeur de charge donnée telle que représentée dans l’étage 26 de la figure 2 ou l’étage 66 de la figure 3, lorsque le paramètre électrique mesuré est une impédance d’entrée ou admittance d’entrée, le module 54 de calcul est configuré pour utiliser l’expression analytique suivante d’obtention du coefficient de dérive électrique DER :
où f est la fréquence, REF la valeur de référence d’impédance d’entrée ou d’admittance d’entrée au point de fréquence f considéré, DUT\a valeur mesurée au point de fréquence f considéré, et « * » représente l’affixe des valeurs complexes REF et DUT notamment lorsque ces valeurs sont des impédances ou des admittances d’entrée mesurées en amplitude et en phase.
Selon Cette expression, le coefficient de dérive électrique est non linéaire en fonction de la fréquence et complexe avec une variation spécifique pour l’amplitude et pour la phase.
La figure 8 représente le coefficient 92 de dérive électrique obtenu selon l’invention à partir de la valeur de référence (REF) de l’amplitude mesurée 84 à l’instant de référence to et de la valeur de l’amplitude mesurée (DUT) 86 à l’instant de maintenance U de l’impédance d’entrée d’un circuit électronique 10 telles que représentées sur la figure 6.
La figure 9 représente le coefficient de dérive 94 électrique obtenu selon l’invention à partir de la valeur de référence (REF) de la phase mesurée 88 à l’instant de référence to et de la valeur de la phase mesurée (DUT) 90 à l’instant de maintenance U de l’impédance d’entrée du circuit électronique 10 telles que représentées sur la figure 7.
Un tel coefficient de dérive électrique DER est donc une grandeur sans dimension représentative de l’usure (i.e. du vieillissement), sur l’ensemble de la bande de fréquence, de la partie mesurée du circuit électronique 10 à l’instant de maintenance U, par rapport à l’instant de référence to.
En d’autres termes, un tel coefficient de dérive électrique est un indicateur de maintenance.
Lorsque le paramètre électrique mesuré est un paramètre exprimé en décibels (dB) tel que l’atténuation S21, le coefficient de dérive électrique DER revient à la valeur absolue de la différence entre la valeur mesurée et la valeur de référence.
Ainsi, tel qu’illustré sur la figure 4, en / = IMHz, le coefficient de dérive électrique DER est tel que :
Optionnellement, une fois l’étape d’obtention 107 du coefficient de dérive électrique effectuée, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 met en œuvre une étape 108 de détection d’au moins un pic de dérive électrique sur la large bande de fréquence et de la fréquence fpic_CDER associée audit au moins un pic de dérive électrique, par comparaison du coefficient de dérive électrique à une valeur seuil prédéterminée.
Une telle détection 108 est optionnellement associée à une étape de génération (non représentée) d’une alerte de dysfonctionnement du circuit électronique 10 mesuré à l’instant de maintenance ti, par exemple sous la forme d’un son prédéterminé ou d’un indicateur de couleur ou lumineux avertissant l’opérateur de maintenance de la détection 108 d’une dérive électrique.
Par exemple, si l’on considère une valeur seuil prédéterminée de l’ordre de 100%, sur la figure 8, à l’instant de maintenance ti, l’amplitude de l’impédance d’entrée du circuit électronique 10 présente un pic de dérive électrique à une fréquence de l’ordre de 30 KHz, et sur la figure 9, la phase de l’impédance d’entrée présente un pic de dérive électrique à une fréquence de l’ordre de 15 KHz.
Puis, optionnellement, à partir du pic détecté et de la fréquence qui lui est associée, le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20 met en œuvre une étape 109 de détermination de la position, dans le circuit électronique 10, d’au moins un composant défectueux associé audit au moins un pic de dérive, par comparaison des fréquences de résonance respectivement associées à chaque composant du circuit électronique avec la fréquence associée audit au moins un pic de dérive électrique.
En d’autres termes, à partir du pic de coefficient de dérive détecté, on localise, par méthode inverse, de manière précise dans le circuit électronique 10, le ou les composant(s) électronique(s) à l’origine du dysfonctionnement.
Plus précisément, une telle méthode inverse consiste à partir d’une relation matricielle appliquée à toutes les pistes du circuit électronique 10 en considérant remplacement du connecteur entre le circuit électronique 10 et le dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20.
Une telle approche matricielle est basée sur la connaissance préalable de la topologie du circuit électronique 10. Plus précisément, les composants du circuit électronique sont regroupés en n îlots fonctionnels (un îlot fonctionnel comprenant un ou plusieurs composants électroniques), par exemple, les étages d’écrêtage, de filtrage, et de charge précédemment décrits en relation avec les figures 2 et 3.
Les fréquences de résonance fm de chaque îlot sont obtenues à partir de la représentation de leur impédance d’accès Zpp calculées de manière théorique pour l’ensemble de la large bande de fréquence au moyen de la relation analytique suivante :
avec Zc l’impédance caractéristique de ligne, Zq l’impédance de charge, Oc, Or et Qd les coefficients d’atténuation de perte conductrice, rayonnée et diélectrique respectivement et L la longueur électrique de l’îlot fonctionnel considéré.
Une telle longueur électrique est représentée par une inductance (en anglais « self») d’interconnexion interne associée à chaque îlot fonctionnel et est représentée par l’équation suivante :
où po est la perméabilité du vide, « long » est la longueur de piste, et « rayon » est le un rayon équivalent représentatif du conducteur en cuivre de l’inductance. L’utilisation de l’approche de la méthode des fils fins (MFF) telle que décrite dans « Power Electronics Semiconductor Devices », par R. Perret, 2009, Wiley ISTE, chapitre 6 modeling connections, Wiley online library, permet de déterminer précisément et de représenterfinement toutes les impédances d’accès liées aux interconnexions internes du circuit électronique 10 par rapport à leurs distributions dans ce circuit électronique 10.
Une fois ces impédances d’accès représentées pour chaque îlot fonctionnel du circuit électronique 10, la fréquence de résonance associée est déterminée en détectant la fréquence du pic d’impédance d’accès. A partir de ces fréquences de résonances fm associées chacune à un îlot fonctionnel du circuit électronique 10 une matrice des positions de tous les îlots fonctionnels du circuit électronique 10 est obtenue :
avec c la vitesse de la lumière, Sen la constante diélectrique effective du circuit électronique 10.
En particulier, pour un circuit électronique 10 présentant un seul plan d’équipotentialité, l’expression analytique de la constante diélectrique effective est la suivante:
avec w la largeur de piste et h la hauteur du substrat diélectrique et la constante diélectrique relative.
Une telle matrice est diagonale car la position est unique pour chaque îlot fonctionnel.
Optionnellement, selon cette approche matricielle, la localisation des zones de couplages internes est également ajoutée pour déduire les points d’optimisation dans le routage du circuit électronique 10.
Par méthode inverse, partant de cette description matricielle du circuit électrique mesuré, il est donc possible, selon la présente invention, de déterminer, à partir de la fréquence Coer associée au pic de dérive électrique, la position de l’îlot fonctionnel voire du composant électronique défectueux à l’origine du dysfonctionnement, en appliquant par exemple la relation suivante:
Une telle détection est généralisable à plusieurs composants électroniques (i.e. îlots fonctionnels) défectueux. En effet, lorsque plusieurs composants électroniques du circuit électronique 10 sont défectueux, plusieurs pics du coefficient de dérive seront détectés et la méthode inverse selon l’invention permet de déterminer directement la position de ces composants à partir de la fréquence f-pic_CoER associée à chaque pic de dérive électrique.
Selon une autre mode de réalisation (non représenté), de telles étapes de détection 108 de pic de coefficient de dérive électrique et de détermination 109 de la position, dans le circuit électronique 10, d’au moins un composant défectueux associé audit au moins un pic de dérive, sont mises en œuvre par un dispositif distinct (par exemple une unité de maintenance distante) du dispositif électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique 20.
Ainsi, selon la présente demande il est proposé d’optimiser la maintenance d’un circuit électronique en surveillant, à chaque maintenance, au moyen d’un coefficient de dérive le fonctionnement de ce circuit électronique.
Une telle maintenance est réitérée au cours du temps et les résultats mémorisés à chaque maintenance permettent de suivre l’usure des composants électroniques constituant le circuit électronique 10, et au besoin d’anticiper une panne potentielle lorsque la valeur du coefficient de dérive excède un seuil prédéterminé.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique (10) composé d’une pluralité de composants électroniques, le procédé de détermination étant mis en œuvre par un dispositif (20) électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique comprenant une unité de traitement d’informations comportant une mémoire, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes: la mesure (101), à un instant de maintenance du circuit électronique (10), d’un paramètre électrique d’au moins une partie du circuit électronique (10) sur une large bande de fréquence, la largeur de bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences, l’obtention (107), en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique par détermination d’une variation de la valeur du paramètre électrique mesurée à l’instant de maintenance, par rapport à une valeur de référence du paramètre électrique mesurée à un instant de référence antérieur à l’instant de maintenance, le fonctionnement de ladite au moins une partie du circuit électronique (10) étant optimal à l’instant de référence.
- 2. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon la revendication 1, dans lequel la large bande de fréquence est comprise dans l’intervalle de fréquences de 100Hz à 1GHz.
- 3. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la mesure est mise en œuvre en mode commun ou en mode différentiel.
- 4. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le paramètre électrique mesuré de ladite au moins une partie du circuit électronique (10) appartient au groupe comprenant au moins : le coefficient de transmission directe S21, l’impédance d’entrée, l’admittance d’entrée.
- 5. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon la revendication 4, dans lequel la mesure (101) d’impédance ou d’admittance d’entrée comprend une mesure (105) en phase et une mesure (106) en amplitude.
- 6. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la mesure du paramètre électrique de ladite au moins une partie du circuit électronique (10) sur une large bande de fréquence comprend : la première mesure (102), à l’instant de maintenance, du coefficient de transmission directe S21, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, détermination (103) d’une première variation du coefficient de transmission directe S21 mesuré, à l’instant de maintenance, par rapport à un coefficient de transmission directe S21 de référence obtenu, pour ladite au moins une partie du circuit électronique (10), à l’instant de référence, lorsque la première variation est supérieure à un niveau prédéterminé, la deuxième mesure (104) de l’impédance ou de l’admittance d’entrée de ladite au moins une partie du circuit électronique (10), et dans lequel le coefficient de dérive électrique est obtenu (107) par détermination, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’une deuxième variation de l’impédance ou de l’admittance d’entrée par rapport à une impédance d’entrée ou une admittance d’entrée de référence obtenue, pour ladite au moins une partie du circuit électronique (10), à l’instant de référence.
- 7. Procédé de détermination d’un coefficient de dérive électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, le procédé comprend : la détection (108) d’au moins un pic de dérive électrique sur la large bande de fréquence et de la fréquence associée audit au moins un pic de dérive électrique, par comparaison du coefficient de dérive électrique à une valeur seuil prédéterminée, à partir de la fréquence associée audit au moins un pic de dérive électrique, détermination (109) de la position, dans le circuit électronique (10), d’au moins un composant défectueux de la pluralité de composants électroniques du circuit électronique (10).
- 8. Procédé de détermination d’une dérive électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, le procédé comprend une étape préalable d’étalonnage (100) comprenant, à l’instant de référence, la mémorisation, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, de la valeur de référence du paramètre électrique du circuit électronique mesurée lorsque la pluralité de composants électroniques du circuit électroniques présente des caractéristiques de fonctionnement optimales.
- 9. Produit programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un ordinateur, mettent en oeuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 10. Dispositif (20) électronique de détermination d’un coefficient de dérive électrique d’un circuit électronique (10) composé d’une pluralité de composants électroniques, le dispositif électronique (20) de détermination d’un coefficient de dérive électrique comprenant une unité de traitement d’informations comportant une mémoire, caractérisé en ce que le dispositif de détermination comprend : un module (40) de mesure d’un paramètre électrique d’au moins une partie du circuit électronique (10) sur une large bande de fréquence, la largeur de bande de fréquence comprenant cinq à sept décades de fréquences, un module (50) d’obtention, en chaque fréquence de la large bande de fréquence, d’un coefficient de dérive électrique par détermination d’une variation de la valeur du paramètre électrique mesuré entre deux instants de mesure distincts comprenant un instant de référence, pour lequel le fonctionnement de ladite au moins une partie du circuit électronique (10) est optimal, et un instant de maintenance postérieur à l’instant de référence.
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|---|---|---|---|---|
| US4939469A (en) * | 1988-08-01 | 1990-07-03 | Hughes Aircraft Company | Non-destructive method for evaluation of printed wiring boards |
| US20120019253A1 (en) * | 2009-01-21 | 2012-01-26 | Joerg Ziegler | Method for determining an aging condition of a battery cell by means of impedance spectroscopy |
| EP2565654A2 (fr) * | 2011-08-30 | 2013-03-06 | Tallinn University of Technology | Procédé et dispositif d'analyse à large bande des systèmes et substances |
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