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Les circuits intégrés numériques

La technologie des CIN a subie une évolution importante partant de l’intégration à petite échelle (SSI) à l’intégration à ultra échelle (ULSI). Ces circuits intégrés offrent de nombreux avantages:

  • Encombrement.
  • Faible coût.
  • Fiable car le nombre d’interconnexion réduite.

Il existe plusieurs familles de circuit intégré numériques donc les plus importantes sont:

  • RTL: Résistance Transistor Logic
  • DTL: Diode Transistor Logic
  • TTL: Transistor Transistor Logic
  • ECL: Emetter Transistor Logic (Logique à Emetteur Couplé)
  • CMOS: Complemnty Metal Oxyde Semiconductor

Les familles les plus rependues sont les familles TTL et CMOS


Terminologie des CIN

Malgré le grand nombre de fabriquant des CIN, la terminologie reste commune.

Paramètre des tensions et courant

VIH(min): tension d’entrée minimale nécessaire pour avoir un niveau logique haut (1).
VIL(max): tension d’entrée max pour avoir le niveau bas.
VOH(min): tension de sortie minimale correspondante à l’état haut.
VOL(max) tension de sortie max correspondante au niveau bas.
IIH: courant d’entrée niveau haut (C’est le courant qui traverse une borne d’entrée lorsqu’une tension niveau haut est appliquée à cette entrée).
IIL: courant d’entré niveau bas (C’est le courant qui traverse une base d’entrée lorsqu’une tension niveau bas est appliquée à cette entrée).
IOH: courant de sortie niveau haut(C’est le courant qui traverse une borne de sortie placée au niveau haut placé dans les conditions de charge spécifiées).
IOL: C’est le courant qui traverse une borne de sortie placée au niveau bas dans les conditions de charge spécifiées.
SSI: Small Scale Integration.
VLSI: Very Large Scale Integration.
ULSI: Ultra Large Scale Integration  

Paramètre d’association

Entrance

Elle indique le nombre de sortie standard maximale qui peuvent être branchée sur les entrées d’une porte logique.
Elle couvre le nombre d’entrée possible par extension.

Sortante

Elle indique le nombre maximal d’entrée logique qui peuvent être branchée simultanément à la sortie d’une porte logique et que cette sortie peut alimenter correctement.

Consommations

ICCH: C’est le courant consommé par un CIN TTL quand toutes les sorties des portes sont à l’état haut.
ICCM: C’est le courant consommé par un CIN TTL lorsque toutes entré sont à l’état bas.
IDDH: C’est le courant consommé par un CIN CMOS quand toutes les sorties des portes sont à l’état haut.
IDDL: C’est le courant consommé par un CIN CMOS lorsque toutes entré sont à l’état bas.

Puissance dissipée dans un CIN

  • Pour un TTL:
    PDmoy = VCC.ICCmoy ; ICCmoy = ½(ICCH +ICCL)
  • Pour un CMOS:
    PDmoy = VDD.IDDmoy ; IDDmoy = ½(IDDH + IDDL)

Retard de propagation

C’est le temps entre l’instant où un signal est appliqué à l’entrée d’un dispositif et la réponse en sortie.
Il existe deux types de propagation:

  • TPLH: Le retard accusé lors du passage de la sortie du niveau bas au niveau haut
  • TPHL: retard accusé lorsque la sortie passe du niveau haut au niveau bas
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Immunité aux bruits

Un bruit est un signal parasite aléatoire qui vient s’ajouté à un signal utile.
Au-delà d’une certaine marge que nous allons définir, ces bruits perturbent le fonctionnement normal des systèmes.
La mesure quantitative de l’immunité au bruit est appelée marge de sensibilité au bruit.

Marge de sensibilité aux bruits:

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  • La marge de sensibilité aux bruits état haut est:
    VNH = VOH(min) – VIH(min)
  • La marge de sensibilité au bruit état bas est:
    VNL = VIL(max) – VOL(max)

Etude de quelques familles logiques

On appelle famille logique une catégorie de circuit logique fabriquée au moyen de la même technique de construction.

Famille logique TTL

Famille logique CMOS

Principe:

La technologie MOS (Metal Oxyde Semiconductor) tire son non de la façon donc sont constitués ses éléments. Une électrode métallique sur un oxyde qui sert d’isolant entre l’électrode et le substrat semi-conducteur. Les CIN MOS sont réalisés essentiellement avec des MOSFET.
Les principaux avantages des MOSFET sont:

  • Leur facilité de fabrication
  • Leur faible coût
  • Petite dimension
  • Faible consommation

Le principal inconvénient des CIN MOS est leur vitesse de fonctionnement relativement faible à celui des familles bipolaire (TTL)

Série de circuits intégrés MOS

Série 4000/14 000 ce sont les deux premières séries de CIN logiques MOS
Série 74C cette série CMOS est compatible au niveau du brochage à la série TTL de même numéros et réalise les mêmes fonctions.
Série 74HC: CMOS rapide, sa vitesse est compatible à celle des TTL (74LS)
Série 74CT: série rapide et compatible au niveau des tension avec les dispositifs TTL. On peut les raccorder directement.

Caractéristiques des circuits intégrés MOS standard alimenté à VDD

VIH(min)70% VDD
VIL(max)30% VDD
VOH(min)VDD
VOL(max)0V
SSO*(f<1MHz)
tp20 à 100ns
pd10mW
VNH30% VDD
VNL30% VDD

La sortance (S) d’un CIN MOS est fonction de la fonction de la fréquence du signal. Elle diminue lorsque la fréquence augmente.
NB1: Les entrées CMOS ont une résistance très grande (1012) qui n’absorbe pratiquement pas de courant.
NB2: Les entrées inutilisées ne doivent pas être laissées non connectées. Les connecter soit à VDD soit à la masse.
NB3: Les entrée TTL non connectées se mettent directement à VCC

Tension d’alimentation

Les CI CMOS sont généralement alimenté par des tensions allant de 3 à 18V


Association des familles

CMOS piloté par TTL

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CMOS haute tension piloté par un TTL

131

Utilisation d’un circuit transposeur de niveau logique (40 104)

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TTL piloté par CMOS

Utilisation d’un transposeur de niveau CMOS-TTL ; 4050B

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28 novembre 2021
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