WO2010043612A1 - Systeme avionique comprenant un controleur relie a un peripherique par une ligne mutualisee pour la puissance et les donnees - Google Patents

Systeme avionique comprenant un controleur relie a un peripherique par une ligne mutualisee pour la puissance et les donnees Download PDF

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transmission
power
central controller
line
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PCT/EP2009/063343
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François Guillot
Jean-Marie Courteille
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Sagem Defense Securite SA
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    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4904—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using self-synchronising codes, e.g. split-phase codes
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    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5491—Systems for power line communications using filtering and bypassing

Definitions

  • the field of the invention is that of avionic equipment.
  • the invention relates more precisely to avionic systems comprising a central controller and a remote peripheral equipment connected to the central controller via a data exchange electrical line.
  • Avionics systems now include remote data concentrator devices. These include measurement equipment or small remote actuators and distributed at various locations on the aircraft.
  • the electrical data exchange line is typically a simultaneous bidirectional communication channel between the central controller and a remote device that allows the central controller to transmit its commands and instructions to the remote device and to the remote device. to report back to the central controller.
  • the data exchanges are typically of the order of 10 6 to 10 7 samples per second, so that a bandwidth of the order of 2 * 100 Mbits / s is necessary.
  • an electrical power transmission channel is furthermore necessary for powering the remote device, in addition to the simultaneous bidirectional communication channel ("full duplex").
  • an avionics system is intended to be used in a composite aircraft environment that has specific constraints, particularly with regard to the design of embedded electronic components (compliance with the DO254 standard).
  • the constraints of Electro Magnetic Compatibility (EMC) impose that the EMC reference is not to the metallic mass (structure of the aircraft), at least for the low frequency components of the transmitted signals.
  • CPL online line carrier
  • PLC technology is therefore unsuitable for use in an avionics system.
  • a central controller device intended to be connected to a remote device via a power line.
  • transmission and power supply system comprising a power transmitter and a low-pass filter arranged between the power transmitter and the power line, as well as baseband data transmission-reception means and a filter high pass arranged between the data transmission / reception means and the power line, the power line being thus mutualised for the transmission of low frequency power from the central controller to the remote device and for the simultaneous bidirectional transmission of data in high frequency baseband between the central controller and the remote device.
  • the invention proposes a remote peripheral device intended to be connected to a central controller via an electric data transmission and power supply line, comprising a power receiver and a pass filter. arranged between the power receiver and the power line, as well as base-band data transmission-reception means and a high-pass filter arranged between the data transmission-reception means and the power line, the electrical line being thereby mutualised for the transmission of low frequency power from the central controller to the remote device and for simultaneous bidirectional transmission of high frequency baseband data between the central controller and the remote device.
  • the data transmission / reception means comprise a differential transformer able to discriminate, among the data transiting on the electrical line, the data transmitted locally from the data to be received;
  • the differential transformer has two identical windings in series to multiply the voltage on the line by two and add it to the voltage emitted locally, so as to find the voltage corresponding to the received message; the data to be received discriminated by the differential transformer travels through a reception circuit comprising a hysteresis comparator able to reconstruct the binary states of the received message;
  • the reception circuit further comprises means for regenerating the clock of the received message
  • the locally transmitted data travels a transmission path comprising a high-pass filter receiving the data to be transmitted in the form of a binary signal and adapted to ensure a zero average component by transmitting only the high frequency components of the message spectrum; ;
  • the transmission path further comprises a transmission amplifier having a quasi-zero output resistance
  • the emission path further comprises a resistor of equal value to the characteristic impedance of the power line; the transmission-reception means are configured to transmit the baseband data according to the NRZ coding;
  • the transmission-reception means are configured to implement scrambling and self-correction functions
  • the invention proposes a system comprising a central controller device according to the first aspect of the invention connected via a power line to a remote peripheral device according to the second aspect of the invention. invention.
  • FIG. 1 illustrates a possible embodiment of a central controller and a remote device according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a possible embodiment of a central controller according to the invention
  • FIG. 3 represents timing diagrams corresponding to the various signals reported in FIGS. 1 and 2
  • FIG. 4 represents a possible embodiment of a high level processing performed on the incoming and outgoing data.
  • a central controller C connected via a data exchange line L, typically a two-wire line, to a peripheral device P. More precisely, a peripheral device P is connected to the line L via a connection interface.
  • the central controller (C) performs: The supply of the line L, typically in low-level DC voltage (for example 28 or 42 Vdc), for the transmission of power to the remote device P
  • the segregation of the communication signals is ensured by the addition of impedances in series in the transmission line (MD-Lc differential mode inductances for high frequency components), a capacitor C C _ BF to ensure a path low impedance to high frequency signals and galvanic isolation of the power transmitter (converter 1) for low frequency components.
  • the segregation of the supply voltages is carried out by high pass filtering (capacitor C C _BF) -
  • the coupling and the differentiation of the incoming and outgoing data are ensured in transmission-reception means 3 by a high frequency differential transformer 5, a resistance Zc 8, an emission amplifier EM 7 and reception means 9, 10 .
  • the DC component is suppressed by a high pass filter 6.
  • the message is made exploitable by means 10 for creating a "bit" clock and sampling the data by this clock at the moment of best possible discrimination between logic level 1 and logic level 0.
  • the power supply via the power transmitter 1 (the power reception via a power receiver 2 for the remote device), the incoming data Data-ln, the outgoing Data-Out data, and the SL line signal.
  • the central controller C comprises a power transmitter (converter 1), preferably isolated to comply with aircraft manufacturer recommendations regarding the resistance to the effects of lightning and EMC constraints.
  • a power transmitter (converter 1)
  • Two MD-Lc inductors can be used to limit the high-frequency coupling in differential mode between the equipment connected by line L.
  • the role of the differential mode inductors is to increase the common mode serial impedance of the transmission line with respect to the disturbances transmitted (by the converter 1) or received by the line itself. They can be of high value, and thus of such a high impedance, which is a favorable contribution to the holding of the EMC (susceptibility and emission) constraints.
  • Differential mode inductors have the role of increasing the impedance of the differential mode line with respect to the high frequency components coming from the converter 1.
  • the final objective in addition to the overall improvement vis-à-vis the EMC compatibility, is to limit as much as possible the level of noise transmitted on the line, the latter degrading the signal-to-noise ratio of the received message and therefore being detrimental to the good reception capacity of the bits transmitted by the line.
  • the central controller C comprises a low-pass filter arranged between the power transmitter 1 and the power line L.
  • the central controller C also comprises baseband data transmission / reception means 3 and a high-pass filter arranged between the data transmission / reception means 3 and the line L.
  • the high-pass and low-pass filters are conventional L and C filters.
  • the high-pass filter is thus formed by the inductance MD-Lc and the capacitor C C _ BF (at low frequency, the inductance MD-Lc behaves like a closed switch and the capacitor C C _ BF as an open switch), while the low-pass filter is formed by the same elements (MD-Lc and C C _ BF ) with inverse behaviors.
  • This allows to have a negligible influence vis-à-vis the data transfer (broadband) and power (low frequency and / or direct current) without mutual pollution of different information.
  • the device P comprises a power receiver 2, preferably isolated to meet the aircraft manufacturers recommendations regarding resistance to the effects of lightning.
  • the structure of the device is for the rest similar to that of the central controller.
  • the peripheral P thus comprises a low-pass filter arranged between the power receiver 2 and the line L.
  • the peripheral P also comprises data transmission-reception means in baseband 4 as well as a high-pass filter. arranged between the data transmission-reception means and the electric line L.
  • These filters are formed by the inductance MD-Lp and by the capacitor Cp BF, which provide a filtering function similar to that implemented by the inductance MD-Lc and the capacitor C C _ BF of the central controller C.
  • the supply voltage is isolated from the data by means of passive high-pass and low-pass filters.
  • Line L is thus pooled for transmitting power from the controller to the remote device and for simultaneous bidirectional transmission of baseband data between the controller and the device.
  • the baseband data transmission / reception means 3 of the central controller C and the baseband data transmission / reception means 4 of the remote device P are each configured to transmit data "Data-ln" and to receive data-out data
  • the transmission-reception means 3, 4 make it possible to add two bitstreams to the supply voltage on a single electrical data exchange line (a rising stream corresponding to the data transmitted by the remote device P to destination of the central controller C, a downstream flow corresponding to the data transmitted by the controller to the remote device P).
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of a central controller C according to the invention, in particular transmission-reception means 3 of the controller C. It will be understood, however, that this description also applies to transmission-reception means 4 of the remote device P. As such, the similar elements bear the same references in FIGS. 1 and 2.
  • the transmission-reception means 3, 4 are configured to transmit the baseband data according to the NRZ coding.
  • the transmission-reception means 3 of the controller C are configured to transmit a binary message "NRZ-E" while the transmission-reception means 4 of the peripheral P are configured to transmit a binary message "NRZ-Ed”.
  • the data to be transmitted travels through a transmission circuit.
  • the transmission circuit comprises a high-pass filter 6 which receives the data to be transmitted "NRZ-E” in the form of a binary signal in the NRZ format, and which ensures a zero average component to these data in transmitting only the rising and falling edges of the NRZ binary message.
  • the resulting signal is represented under the label "EM" in FIG.
  • the transmission-reception means 4 of the peripheral P comprise a high-pass filter 6 for transmitting only the rising and falling edges of the binary message "NRZ-Ed" in the form of an "EMd” message represented by in Figure 3.
  • the resulting signal "EM" is transmitted on the electrical line L through a resistor 8 of value Zc equal to the characteristic impedance of the power line. L, then through a differential transformer 5 which ensures, as will be described hereinafter the function of differentiation of incoming and outgoing flows, and which also plays an isolation function.
  • the transmission circuit may further comprise, downstream of the high-pass filter 6, an emission amplifier 7 having a very low output resistance (considered to be almost zero). In this way, the output voltage only includes the message sent locally.
  • the data SL transiting on the electrical line correspond to the EM signal emitted by the central controller and to the EMd signal emitted by the device P.
  • a simultaneous bidirectional transmission on the electric line L correspond to the EM signal emitted by the central controller and to the EMd signal emitted by the device P.
  • FIG. 3 represents such a signal SL corresponding to the addition of the two flows EM (downward flow) and EMd (upstream flux) on the line L.
  • the transmission-reception means 3 of the controller C comprise a differential transformer 5 able to discriminate, among the data SL transiting on the electrical line L, the data transmitted locally (NRZ-E) data to receive (NRZ-Ed).
  • the differential transformer thus makes it possible to segregate the downward flow of the upstream flow.
  • the data are present on the line in a ratio V 1 with respect to the emitted voltage V EM (see FIG. 2) and the differential transformer 5 comprises two identical windings in series so as to multiply these voltages by two and to subtract them from the voltage emitted locally directly at the output of the emission amplifier 7.
  • V E M V E M
  • V EM d V E M d
  • the rising flux thus discriminated by the differential transformer travels through a reception circuit comprising a hysteresis comparator 9 adapted to reconstitute the message sent by the device.
  • the hysteresis comparator 9 may in particular be made by two simple comparators followed by a RS flip-flop ensuring the storage of transient states (it is effectively recalled that the binary states are not transmitted, but only their transitions). At the output of the RS flip-flop there is the signal REC-F corresponding to the signal "NRZ-Ed" transmitted by the remote device.
  • hysteresis comparator 9 is also useful for clearing the received message of any "traces" of the transmitted signal which are not perfectly discriminated by the differential transformer 5.
  • the reception circuit further comprises means 10 for regenerating the clock which served to constitute the NRZ message.
  • these means for regenerating the clock form a phase-locked loop.
  • the loop realizes more precisely a simple servocontrol latching in phase (a stable position over 360 °) at the moment of the transitions when they take place, that is to say at predetermined temporal positions, but which may be absent during sequences. 0 or 1 in the transmitted message.
  • the signal REC-F (FIG. 3) at the output of the hysteresis comparator 9 is then sampled by the rhythm recovered by the regeneration means of the clock 10, so as to be correctly restored on the "Data-Out" output.
  • a possible embodiment of the exchanges of the bits between the central controller and the device to which it is connected is as follows. - The transmitting means 3 of the central controller are configured to continuously transmit data to the remote device; - The transmitting means of the P device are configured for transmitting data to the central controller C with a predetermined delay (perfectly deterministic) with respect to the corresponding interval of the master frame.
  • the development of the interface function of FIG. 4 for the low level layers processed by the transceiver means allows the system to support different avionic protocols (Arinc 429, MIL 1553, TTP, etc.).
  • the electrical layer associated with the Applicant's proprietary digital interface can be customized to interface different avionics standards such as Arinc 429 or others.
  • the solution proposed by the present invention provides a perfectly deterministic digital information exchange support enabling the creation of virtual communication channels.
  • the master coupler can provide an input and output interface for Arinc 429, and likewise for the remote coupler concerned.
  • Two classic Arinc 429 devices can be connected and used in a completely transparent way for them. It could be the same for other communication standards.
  • This interface function also has the advantage of being able to be implemented using standard programmable components (FPGA).
  • the incoming data is subjected to the following operations in succession.
  • the incoming data is first processed by a block 20 capable of cutting them into 16-bit words and adding synchronization elements (16-bit word delimitering signal transmitted by block 20 to block 21).
  • 5 additional bits corresponding to bits for error correction are generated, for example by implementing a Hamming coding.
  • a series of 21-bit words from block 21 are stored and thus a series of several words (the number of which is dependent on the parasitic elements present on the transmission line) is constituted.
  • they are re-issued according to a pseudo-random sequence (scrambling sequence) making it possible to spread the error sequences (false bit sequences) at the time of reception, thus increasing the efficiency of the self-corrector.
  • Block 30 is the generator of the frames transmitted on the Data-ln line. It generates a sequence of time spaces delimited by synchronization patterns.
  • the Rhythm differences between the data rate from the block 22 and the provision of time slots are managed by assigning them to filling patterns in the absence of available data.
  • the block 30 also transmits the synchronization patterns to the block 40, allowing it to synchronize on the incoming data (Data-Out).
  • the block 23 outputs the Master frames in the form of serial data in baseband, in particular in the NRZ format.
  • these baseband serial data are then filtered by a low-pass filter (not shown) making it possible to reduce the harmonics of the NRZ, before being sent to the transmitting-receiving means.
  • the low-pass filter is, for example the 6 th order, Bessel response to only affect a constant delay, whose cutoff frequency is keyed to 0.7 * Frequency Bits.
  • the "Data-Out" data obtained at the output of the transmitting-receiving means, as well as their regenerated clock, are for their part subjected to a block 40 forming a reception interface of the Coupler frames, connected to the block 30 for generating the Master frame. , to extract the serial data and the synchronization bit.
  • Block 41 synchronization and descrambling of the data is performed to reconstruct the 21-bit words. These are processed in block 42 by applying self-correctors to reconstruct the 16-bit error-corrected words.
  • Block 43 forms a user interface for rendering high level data.
  • the invention is not limited to a central controller or a remote device as described above, but also extends to a system, in particular an avionic system, comprising a controller connected to a remote device by the intermediate of a shared power line for transmission of power and bidirectional data.
  • a single shared two-wire line for transmission of power and bidirectional data (the line is designed to support a bidirectional bit rate of 100 Mbits / s in each direction and incidentally serve as a support for the transmission of electrical energy.
  • a shielded two-wire line or an asymmetrical (coaxial) link in all cases it is suitable links, ie having a known and characterized iterative impedance, typically 50 or 75W)

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Abstract

L'invention concerne selon un premier aspect à un dispositif formant contrôleur central (C) destiné à être relié à un périphérique distant (P) par l'intermédiaire d'une ligne électrique de transmission de données et d'alimentation (L), comprenant un émetteur de puissance (1 ) et un filtre passe-bas (MD-LC, CC_BF) agencé entre l'émetteur de puissance et la ligne électrique, ainsi que des moyens d'émission-réception de données (3) en bande de base et un filtre passe-haut (MD-LC, CC_HF) agencé entre les moyens d'émission-réception de données et la ligne électrique, la ligne électrique étant de la sorte mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour la transmission bidirectionnelle simultanée de données en bande de base en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant. L'invention concerne également un périphérique distant (P) ainsi que le système comprenant un contrôleur central relié à un périphérique distant par une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance et de données bidirectionnelles en simultané.

Description

SYSTEME AVIONIQUE COMPRENANT UN CONTROLEUR RELIE A UN PERIPHERIQUE PAR UNE LIGNE MUTUALISEE POUR LA PUISSANCE
ET LES DONNEES
Le domaine de l'invention est celui des équipements avioniques.
L'invention concerne plus précisément les systèmes avioniques comprenant un contrôleur central et un équipement périphérique distant relié au contrôleur central par l'intermédiaire d'une ligne électrique d'échange de données. Les systèmes avioniques comprennent aujourd'hui des périphériques distants de type concentrateurs de données. Il s'agit notamment d'équipements de mesure ou de petits actionneurs distants et répartis à divers endroits de l'aéronef.
La ligne électrique d'échange de données est typiquement un canal de communication bidirectionnelle simultanée entre le contrôleur central et un périphérique distant qui permet d'une part au contrôleur central de transmettre ses ordres et consignes au périphérique distant et d'autre part au périphérique distant de faire remonter ses rapports au contrôleur central.
Les échanges de données sont typiquement de l'ordre de 106 à 107 échantillons par seconde, de sorte qu'une bande passante de l'ordre de 2*100 Mbits/s s'avère nécessaire.
Dans de tels systèmes avioniques, un canal de transmission de l'énergie électrique est en outre nécessaire à l'alimentation du périphérique distant, en plus du canal de communication bidirectionnelle simultanée (« full duplex » selon la terminologie anglo-saxonne).
On souhaite ainsi d'une part alimenter en puissance électrique un périphérique distant (typiquement de 50 à 100 W transmis) et, d'autre part, assurer un canal de communication bidirectionnelle simultanée avec un périphérique distant (jusqu'à 50m typiquement) avec un débit d'informations utiles de 2 x 100 Mbits/s (100 Mbits/s dans chaque sens de communication). Par ailleurs, un système avionique est destiné à être utilisé dans un environnement avion composite qui présente des contraintes spécifiques, notamment pour ce qui concerne la conception des composants électroniques embarqués (respect de la norme DO254). Ainsi, pour assurer un isolement 1500 V (ou plus) répondant aux contraintes foudre spécifiques, il s'avère nécessaire d'opposer un chemin haute impédance aux passages de courants induits. Par ailleurs, les contraintes de Compatibilité Electro Magnétique (CEM) imposent que le référentiel CEM ne soit pas à la masse métallique (structure de l'avion), tout du moins pour les composantes basses fréquences des signaux transmis.
On connaît une technologie dite des courants porteurs en ligne (CPL) qui permet de mutualiser une seule ligne bifilaire pour la transmission de puissance et de données bidirectionnelles. Selon cette technologie, les informations numériques sont modulées et superposées au signal électrique de manière à pouvoir passer par les lignes électriques.
La technologie CPL est toutefois très polluante en termes de rayonnement et par conséquent incompatible avec les contraintes CEM d'un environnement avion. La justification DO254 de composants commerciaux
(composants COTS : Commercial Off The Shelf) complexes est par ailleurs très difficile à réaliser.
La technologie CPL s'avère donc impropre à une utilisation dans un système avionique.
Il n'en reste pas moins qu'il serait judicieux de pouvoir utiliser la ligne de transmission d'information à la fois pour porter des données transitant en mode bidirectionnel simultané entre le contrôleur et le périphérique et pour alimenter le périphérique en puissance électrique, cela tout en respectant les contraintes propres à l'environnement dans lequel ce système est destiné à être utilisé.
L'invention a pour objectif de répondre à ce besoin et propose à cet effet, selon un premier aspect, un dispositif formant contrôleur central destiné à être relié à un périphérique distant par l'intermédiaire d'une ligne électrique de transmission de données et d'alimentation, comprenant un émetteur de puissance et un filtre passe-bas agencé entre l'émetteur de puissance et la ligne électrique, ainsi que des moyens d'émission-réception de données en bande de base et un filtre passe-haut agencé entre les moyens d'émission- réception de données et la ligne électrique, la ligne électrique étant de la sorte mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour la transmission bidirectionnelle simultanée de données en bande de base en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant. Selon un second aspect, l'invention propose un dispositif formant périphérique distant destiné à être relié à un contrôleur central par l'intermédiaire d'une ligne électrique de transmission de données et d'alimentation, comprenant un récepteur de puissance et un filtre passe-bas agencé entre le récepteur de puissance et la ligne électrique, ainsi que des moyens d'émission-réception de données en bande de base et un filtre passe-haut agencé entre les moyens d'émission-réception de données et la ligne électrique, la ligne électrique étant de la sorte mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour la transmission bidirectionnelle simultanée de données en bande de base en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs des premier et second aspects de l'invention sont les suivants :
- les moyens d'émission-réception de données comprennent un transformateur différentiel apte à discriminer, parmi les données transitant sur la ligne électrique, les données émises en local des données à recevoir ;
- le transformateur différentiel comporte deux enroulements identiques en série pour multiplier la tension sur la ligne par deux et l'additionner à la tension émise en local, de manière à retrouver la tension correspondant au message reçu ; - les données à recevoir discriminées par le transformateur différentiel parcourent un circuit de réception comprenant un comparateur à hystérésis apte à reconstituer les états binaires du message reçu ;
- le circuit de réception comprend en outre des moyens de régénération de l'horloge du message reçu ;
- les données émises en local parcourent un chemin d'émission comprenant un filtre passe haut recevant les données à transmettre sous la forme d'un signal binaire et adapté pour assurer une composante moyenne nulle en ne transmettant que les composantes hautes fréquences du spectre du message ;
- le chemin d'émission comprend en outre un amplificateur d'émission présentant une résistance de sortie quasi nulle ;
- le chemin d'émission comprend en outre une résistance de valeur égale à l'impédance caractéristique de la ligne électrique ; - les moyens d'émission-réception sont configurés pour émettre les données en bande de base selon le codage NRZ ;
- les moyens d'émission-réception sont configurés pour mettre en œuvre des fonctions de brouillage et d'autocorrection ;
Selon un autre aspect, l'invention propose un système comprenant un dispositif formant contrôleur central selon le premier aspect de l'invention relié par l'intermédiaire d'une ligne électrique de puissance à un dispositif formant périphérique distant selon le second aspect de l'invention.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre un mode de réalisation possible d'un contrôleur central et d'un périphérique distant conformes à l'invention ; la figure 2 illustre un mode de réalisation possible d'un contrôleur central conforme à l'invention ; la figure 3 représente des chronogrammes correspondant aux différents signaux reportés sur les figures 1 et 2 ; la figure 4 représente un mode de réalisation possible d'un traitement haut niveau réalisé sur les données entrantes et sortantes. En référence à la figure 1 , on a représenté un contrôleur central C relié par l'intermédiaire d'une ligne d'échange de données L, typiquement une ligne bifilaire, à un périphérique P. Plus précisément, un périphérique P est relié à la ligne L via une interface de raccordement.
Comme cela sera détaillé par la suite, le contrôleur central (C) réalise : - L'alimentation de la ligne L, typiquement en tension continue bas niveau (par exemple 28 ou 42 Vdc), pour la transmission de puissance vers le périphérique distant P. La ségrégation des signaux de communication est assurée par l'ajout d'impédances en série dans la ligne de transmission (inductances de mode différentiel MD-Lc pour les composantes hautes fréquences), d'un condensateur CC_BF pour assurer un chemin basse impédance aux signaux hautes fréquences et d'une isolation galvanique de l'émetteur de puissance (convertisseur 1 ) pour les composantes basses fréquences. - Le couplage hautes fréquences pour la transmission des informations binaires bidirectionnelles. La ségrégation des tensions d'alimentations est réalisée par filtrage passe haut (condensateur CC_BF)-
- Le couplage et la différentiation des données entrantes et sortantes sont assurés dans des moyens d'émission-réception 3 par un transformateur différentiel haute fréquence 5, une résistance Zc 8, un amplificateur d'émission EM 7 et des moyens de réception 9, 10.
- Pour la partie émission, la composante continue est supprimée par un filtre passe haut 6. - En réception, le message est rendu exploitable par des moyens 10 de création d'une horloge «bit » et d'échantillonnage des données par cette horloge au moment de meilleure discrimination possible entre niveau logique 1 et niveau logique 0. - En résumé, les signaux entrants et sortants du contrôleur central
C (il en est de même pour le périphérique distant P) sont l'alimentation de puissance via l'émetteur de puissance 1 (la réception de puissance via un récepteur de puissance 2 pour le périphérique distant), les données entrantes Data-ln, les données sortantes Data-Out, et le signal de ligne SL.
Le contrôleur central C comporte un émetteur de puissance (convertisseur 1 ), préférentiellement isolé pour respecter les recommandations avionneurs pour ce qui concerne la tenue aux effets du foudroiement et aux contraintes CEM. Deux inductances MD-Lc peuvent être utilisées afin de limiter le couplage haute fréquence en mode différentiel entre les équipements reliés par la ligne L.
Les inductances de Mode Différentiel ont pour rôle d'augmenter l'impédance série en mode commun de la ligne de transmission vis-à-vis des perturbations transmises (par le convertisseur 1 ) ou reçues par la ligne elle- même. Elles peuvent être de valeur élevée, donc d'impédance résultante aussi élevée, ce qui est de contribution favorable à la tenue des contraintes CEM (susceptibilité et émission).
Les inductances de Mode Différentiel ont pour rôle d'augmenter l'impédance de la ligne en mode différentiel au regard des composantes hautes fréquences issues du convertisseur 1. L'objectif final, en plus de l'amélioration globale vis-à-vis de la compatibilité CEM, est de limiter le plus possible le niveau de bruit transmis sur la ligne, ce dernier dégradant le rapport signal à bruit du message reçu et étant donc néfaste à la bonne capacité de réception des bits transmis par la ligne. Le contrôleur central C comporte un filtre passe-bas agencé entre l'émetteur de puissance 1 et la ligne électrique L.
Le contrôleur central C comporte par ailleurs des moyens d'émission- réception de données en bande de base 3 ainsi qu'un filtre passe-haut agencé entre les moyens d'émission-réception de données 3 et la ligne L.
Selon un mode de réalisation possible de l'invention, les filtres passe- haut et passe-bas sont des filtres L et C classiques. Comme cela est représenté sur la figure 1 , le filtre passe-haut est ainsi formé par l'inductance MD-Lc et le condensateur CC_BF (en basse-fréquence, l'inductance MD-Lc se comporte comme un interrupteur fermé et le condensateur CC_BF comme un interrupteur ouvert), tandis que le filtre passe-bas est formé par les mêmes éléments (MD-Lc et CC_BF) avec des comportements inverses. Ce qui permet de présenter une influence négligeable vis-à-vis du transfert des données (haut débit) et de l'alimentation (basse fréquence et/ou courant continu) sans pollution mutuelle des différentes informations.
Comme représenté sur la figure 1 , le périphérique P comporte un récepteur de puissance 2, préférentiellement isolé pour respecter les recommandations avionneurs pour ce qui concerne la tenue aux effets du foudroiement. La structure du périphérique est pour le reste similaire à celle du contrôleur central.
Le périphérique P comporte ainsi un filtre passe-bas agencé entre le récepteur de puissance 2 et la ligne L. Le périphérique P comporte par ailleurs des moyens d'émission-réception de données en bande de base 4 ainsi qu'un filtre passe-haut agencé entre les moyens d'émission-réception de données et la ligne électrique L.
Ces filtres sont formés par l'inductance MD-Lp et par le condensateur Cp BF, lesquels assurent une fonction de filtrage similaire à celle mise en œuvre par l'inductance MD-Lc et le condensateur CC_BF du contrôleur central C. Ainsi, dans le cadre de l'invention, la tension d'alimentation est isolée des données par le biais de filtres passe-haut et passe-bas passifs. La ligne L se trouve ainsi mutualisée pour la transmission de la puissance du contrôleur vers le périphérique distant et pour la transmission bidirectionnelle simultanée de données en bande de base entre le contrôleur et le périphérique. Les moyens d'émission-réception de données en bande de base 3 du contrôleur central C et les moyens d'émission-réception de données en bande de base 4 du périphérique distant P sont chacun configurés pour émettre des données « Data-ln » et pour recevoir des données « Data-Out »
Les moyens d'émission-réception 3, 4 permettent de réaliser l'addition de deux flux binaires à la tension d'alimentation sur une unique ligne électrique d'échange de données (un flux montant correspondant aux données émises par le périphérique distant P à destination du contrôleur central C ; un flux descendant correspondant aux données émises par le contrôleur à destination du périphérique distant P). On a représenté sur la figure 2, un mode de réalisation possible d'un contrôleur central C conforme à l'invention, en particulier des moyens d'émission-réception 3 du contrôleur C. On comprendra toutefois que cette description s'applique également aux moyens d'émission-réception 4 du périphérique distant P. A ce titre, les éléments similaires portent les mêmes références sur les figures 1 et 2.
Emission des données (figure 3)
Préférentiellement, les moyens d'émission-réception 3, 4 sont configurés pour émettre les données en bande de base selon le codage NRZ. Comme représenté sur les figures 1 à 3, les moyens d'émission- réception 3 du contrôleur C sont configurés pour émettre un message binaire « NRZ-E » tandis que les moyens d'émission-réception 4 du périphérique P sont configurés pour émettre un message binaire « NRZ-Ed ».
Les données à transmettre (« NRZ-E » dans le cas du contrôleur central C) parcourent un circuit d'émission. De manière préférentielle, le circuit d'émission comprend un filtre passe-haut 6 qui reçoit les données à transmettre « NRZ-E » sous la forme d'un signal binaire au format NRZ, et qui assure une composante moyenne nulle à ces données en ne transmettant que les fronts montants et descendants du message binaire NRZ. Le signal résultant est représenté sous le label « EM » sur la figure 2.
De manière similaire, les moyens d'émission-réception 4 du périphérique P comprennent un filtre passe-haut 6 pour ne transmettre que les fronts montants et descendants du message binaire « NRZ-Ed » sous la forme d'un message « EMd » représenté sur la figure 3.
Revenant à la description des moyens d'émission-réception 3 du contrôleur central C, le signal résultant « EM » est transmis sur la ligne électrique L au travers d'une résistance 8 de valeur Zc égale à l'impédance caractéristique de la ligne électrique L, puis au travers d'un transformateur différentiel 5 qui assure, comme cela sera décrit ci-après la fonction de différenciation des flux entrant et sortant, et qui joue aussi une fonction d'isolement.
Le circuit d'émission peut, en outre, comprendre, en aval du filtre passe-haut 6, un amplificateur d'émission 7 présentant une résistance de sortie très faible (considérée comme quasi nulle). De telle sorte, la tension de sortie ne comprend que le message émis en local.
Réception des données
Les données SL transitant sur la ligne électrique correspondent au signal EM émis par le contrôleur central et au signal EMd émis par le périphérique P. On réalise ainsi une transmission bidirectionnelle simultanée sur la ligne électrique L.
La figure 3 représente un tel signal SL correspondant à l'addition des deux flux EM (flux descendant) et EMd (flux montant) sur la ligne L.
Les moyens d'émission-réception 3 du contrôleur C comprennent un transformateur différentiel 5 apte à discriminer, parmi les données SL transitant sur la ligne électrique L, les données émises en local (NRZ-E) des données à recevoir (NRZ-Ed).
Le transformateur différentiel permet ainsi de ségréguer le flux descendant du flux montant. Selon un mode de réalisation préférentiel, les données sont présentes sur la ligne dans un rapport Vi par rapport à la tension émise VEM (cf. figure 2) et le transformateur différentiel 5 comporte deux enroulements identiques en série de manière à multiplier ces tensions par deux et à les soustraire à la tension émise en local directement en sortie de l'amplificateur d'émission 7. La résultante est alors 2*(VEM/2 + VEMCI/2) - VEM = VEMd, où VEM représente la tension émise en local par le contrôleur central et VEMcι représente la tension émise à distance par le périphérique distant. On retrouve, de la sorte, la tension VEMd correspondant au message reçu REC (cf. figure 3).
Le flux montant ainsi discriminé par le transformateur différentiel parcourt un circuit de réception comprenant un comparateur à hystérésis 9 apte à reconstituer le message émis par le périphérique. Le comparateur à hystérésis 9 peut notamment être réalisé par deux comparateurs simples suivis d'une bascule RS assurant la mémorisation des états transitoires (on rappelle effectivement que les états binaires ne sont pas transmis, mais seulement leurs transitions). On retrouve alors en sortie de la bascule RS le signal REC-F correspondant au signal « NRZ-Ed » émis par le périphérique distant.
On relèvera que le comparateur à hystérésis 9 est également utile pour débarrasser le message reçu d'éventuelles « traces » du signal émis non parfaitement discriminées par le transformateur différentiel 5.
Récupération du message binaire reçu (figure 4) Le circuit de réception comporte en outre des moyens 10 de régénération de l'horloge qui a servi à la constitution du message NRZ.
Selon un mode de réalisation possible de l'invention, ces moyens de régénération de l'horloge forment une boucle à verrouillage de phase. La boucle réalise plus précisément un asservissement simple se verrouillant en phase (une position stable sur 360°) au moment des transitions quand elles ont lieu, c'est-à-dire à des positions temporelles prédéterminées, mais qui peuvent être absentes lors de suites de 0 ou de 1 dans le message transmis.
Le signal REC-F (figure 3) en sortie du comparateur à hystérésis 9 est ensuite échantillonné par le rythme récupéré par les moyens de régénération de l'horloge 10, de manière à être correctement restitué sur la sortie « Data- Out ». Un mode de réalisation possible des échanges des éléments binaires entre le contrôleur central et le périphérique auquel il est relié est le suivant. - les moyens d'émission réception 3 du contrôleur central sont configurés pour émettre en permanence des données à l'attention du périphérique distant ; - les moyens d'émission réception du périphérique P sont quant à eux configurés pour émettre des données à l'attention du contrôleur central C avec un retard prédéterminé (parfaitement déterministe) par rapport à l'intervalle correspondant de la trame maître.
On détaille ci-après en référence à la figure 4 un mode de réalisation possible d'un traitement haut niveau réalisé au niveau du contrôleur central d'une part sur les données entrantes pour constituer les données série bas niveau « Data-ln » fournies en entrée des moyens d'émission-réception 3, et d'autre part sur les données série bas niveau « Data-Out » obtenues en sortie des moyens d'émission-réception 3 pour constituer les données sortantes. On relèvera que le périphérique réalise un traitement haut niveau similaire.
Le développement de la fonction d'interface de la figure 4 pour les couches bas niveau traitées par les moyens d'émission-réception permet au système de supporter différents protocoles avioniques (Arinc 429, MIL 1553, TTP, etc.). La couche électrique associée à l'interface numérique propriétaire de la Demanderesse peut être personnalisée pour interfacer différents standards avioniques tels que Arinc 429 ou autres. La solution proposée par la présente invention apporte un support d'échange d'informations numériques parfaitement déterministe permettant la création de canaux virtuels de communication. Par exemple, le coupleur maître peut fournir une interface d'entrée et de sortie pour Arinc 429, et de même pour le coupleur distant concerné. Deux équipements Arinc 429 classiques peuvent y être raccordés et utilisés d'une manière totalement transparente pour eux. Il pourrait en être de même pour d'autres standards de communication.
Cette fonction d'interface présente en outre l'avantage de pouvoir être mise en œuvre à l'aide de composants programmables standard (FPGA).
Comme représenté sur la figure 4, les données entrantes sont soumises aux opérations suivantes, en succession. Les données entrantes sont tout d'abord traitées par un bloc 20 apte à les découper en mots de 16 bits et à ajouter des éléments de synchronisation (signal délimiteur du mot de 16 bits transmis par le bloc 20 au bloc 21 ). Au bloc 21 , on génère 5 bits additionnels correspondant à des bits destinés à permettre la correction d'erreurs, par exemple en mettant en œuvre un codage de Hamming. Au bloc 22, on stocke une suite de mots de 21 bits issus du bloc 21 et on constitue ainsi une suite de plusieurs mots (dont le nombre est dépendant des éléments parasites présents sur la ligne de transmission). Enfin, on les réémets selon une séquence pseudo aléatoire (séquence de brouillage) permettant d'étaler les suites d'erreurs (suites de bits faux) au moment de la réception, ainsi d'augmenter l'efficacité de l'autocorrecteur.
Le bloc 30 est le générateur des trames émises sur la ligne Data-ln. Il génère une suite d'espaces temporels délimités par des motifs de synchronisation.
Les espaces temporels sont complétés régulièrement par les données élaborées dans le bloc 22. C'est la fonction du bloc 23.
Le bloc 24, quant à lui, assure le stockage temporaire (en mode FIFO) des données émises par le bloc 22, afin de pouvoir adapter les asynchronismes des deux automates (data et trame venant du bloc 30). Les différences de rythmes entre le débit de données issues du bloc 22 et la mise à disposition d'espaces temporels sont gérées par l'affectation à ces derniers de motifs de remplissage en cas d'absence de donnée disponible.
Le bloc 30 transmet aussi les motifs de synchronisation au bloc 40, permettant à celui-ci de se synchroniser sur les données entrantes (Data- Out).
Le bloc 23 fournit en sortie les trames Maître sous la forme de données série en bande de base, notamment au format NRZ.
Selon un mode de réalisation possible de l'invention ces données série en bande de base sont ensuite filtrées par un filtre passe-bas (non représenté) permettant de réduire les harmoniques du NRZ, avant d'être envoyées aux moyens d'émission-réception. Le filtre passe-bas est par exemple du 6eme ordre, à réponse de Bessel pour n'affecter qu'un retard constant, dont la fréquence de coupure est calée à 0,7 * Fréquence Bits. Les données « Data-Out » obtenues en sortie des moyens d'émission- réception, ainsi que leur horloge régénérée, sont quant à elles soumises à un bloc 40 formant interface de réception des trames Coupleurs, relié au bloc 30 de génération des trame Maître, pour extraire les données série et le bit de synchronisation. Au bloc 41 , la synchronisation et le débrouillage des données sont réalisés pour reconstituer les mots de 21 bits. Ces derniers sont traités au bloc 42 par application des autocorrecteurs pour reconstituer les mots de 16 bits corrigés des erreurs. Le bloc 43 forme une interface utilisateur permettant de restituer les données haut niveau.
On précise que l'invention n'est pas limitée à un contrôleur central ou à un périphérique distant tels que décrits précédemment, mais s'étend également à un système, notamment un système avionique, comprenant un contrôleur relié à un périphérique distant par l'intermédiaire d'une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance et de données bidirectionnelles. Les avantages de ce système sont en particulier les suivants : - une seule ligne bifilaire mutualisée pour transmission de la puissance et de données bidirectionnelles (la ligne est prévue pour supporter un débit binaire bidirectionnel de 100Mbits/s dans chaque sens et accessoirement servir de support au transport d'énergie électrique. Le support physique peut, au choix, être une ligne bifilaire blindée ou une liaison asymétrique (coaxiale). Dans tous les cas, il s'agit de liaisons adaptées, c'est à dire ayant une impédance itérative connue et caractérisée, typiquement de 50 ou 75W)
- Protections foudres communes (fusion des protections foudre pour puissance et signal)
- Différents standards de communication possibles (canal déterministe banalisé pouvant supporter différents standards avionique moyennant l'ajout d'une surcouche numérique d'interface)
- Transmission numérique bidirectionnelle simultanée (chaque flux est indépendant)
- Minimisation de l'occupation spectrale (par opposition à une transmission à porteuses multiples, transmission en bande de base - NRZ - avec spectre limité par filtrage)
- Isolation galvanique de la ligne de données (par transformateurs de couplage)
- Possibilité d'isolation galvanique de la ligne de puissance (par le convertisseur DC/DC ou AC/DC placé dans les coupleurs Maître et Périphérique)
- Compatibilité CEM et Foudre (CEM par la minimisation du spectre occupé par les données transmises : NRZ + Filtrage, pas de porteuse
Haute Fréquence ou de Multi Porteuses, type COFDM par exemple. Foudre par les différentes isolations galvaniques proposées).
- Justification DO254 possible, même pour les niveaux les plus critiques par la maîtrise de l'ensemble des fonctions complexes, donc justification possible, par opposition à des composants COTS, dont les justifications ne sont pas disponibles et quasiment non réalisables.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif formant contrôleur central (C) destiné à être relié à un périphérique distant (P) par l'intermédiaire d'une ligne électrique de transmission de données et d'alimentation (L), comprenant un émetteur de puissance (1 ) et un filtre passe-bas (MD-Lc, CC_BF) agencé entre l'émetteur de puissance et la ligne électrique, ainsi que des moyens d'émission- réception (3) de données en bande de base et un filtre passe-haut (L0, CC HF) agencé entre les moyens d'émission-réception de données et la ligne électrique, la ligne électrique étant de la sorte mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour la transmission bidirectionnelle simultanée de données en bande de base en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant.
2. Dispositif formant périphérique distant (P) destiné à être relié à un contrôleur central (C) par l'intermédiaire d'une ligne électrique de transmission de données et d'alimentation (L), comprenant un récepteur de puissance (2) et un filtre passe-bas (MD-Lp, CP BF) agencé entre le récepteur de puissance et la ligne électrique, ainsi que des moyens d'émission- réception de données (4) en bande de base et un filtre passe-haut (MD-Lp, CP HF) agencé entre les moyens d'émission-réception de données et la ligne électrique, la ligne électrique étant de la sorte mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour la transmission bidirectionnelle simultanée de données en bande de base en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens d'émission-réception de données (3, 4) comprennent un transformateur différentiel (5) apte à discriminer, parmi les données transitant sur la ligne électrique, les données émises en local (EM) des données à recevoir (REC).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le transformateur différentiel (5) comporte deux enroulements identiques en série pour multiplier la tension sur la ligne par deux et l'additionner à la tension émise en local, de manière à retrouver la tension correspondant au message reçu.
5. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel les données à recevoir discriminées par le transformateur différentiel parcourent un circuit de réception comprenant un comparateur à hystérésis (9) apte à reconstituer les états binaires du message reçu (REC-F).
6. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de réception comprend en outre des moyens de régénération de l'horloge (10) du message reçu.
7. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les données émises en local parcourent un chemin d'émission comprenant un filtre passe haut (6) recevant les données à transmettre sous la forme d'un signal binaire et adapté pour assurer une composante moyenne nulle en ne transmettant que les composantes hautes fréquences du spectre du message.
8. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le chemin d'émission comprend en outre un amplificateur d'émission (7) présentant une résistance de sortie quasi nulle.
9. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le chemin d'émission comprend en outre une résistance (Zc) de valeur égale à l'impédance caractéristique de la ligne électrique.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'émission-réception sont configurés pour émettre les données en bande de base selon le codage NRZ.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'émission-réception sont configurés pour mettre en œuvre des fonctions de brouillage et d'autocorrection.
12. Système comprenant un dispositif formant contrôleur central (C) selon la revendication 1 relié par l'intermédiaire d'une ligne électrique de puissance (L) à un dispositif formant périphérique distant (P) selon la revendication 2.
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