CIRCUITS LOGIQUES INTÉGRÉS

Comme son nom d’indique, le circuit intégré permet d’intégrer, c’est à dire de miniaturiser, des opérations logiques, tel que les fonctions NON, ET, OU, NON-ET … Suivant l’évolution permanente des technologies, on arrive à intégrer de plus en plus d’opérateurs en un minimum de place. Les circuits proposés ici sont des circuits simples, mais d’autres circuits, de taille similaire, sont courants dans des applications informatiques (microprocesseurs). Ils se caractérisent alors par une grande complexité interne, et une densité d’intégration (nombre de transistors au cm²) très importante voir remarquable. Remarque : L’INTÉGRATION La technologie des circuits intégrés à fait des bonds spectaculaires depuis la technique de l’intégration à petite échelle (SSI) qui permettait de mettre moins de 13 portes logiques par puce ; maintenant grâce à la technique de l’intégration à très grande échelle (VLSI) ce sont plusieurs milliers de composant que l’on intègre dans une puce. Entre ces deux pôles, il y a la technique de l’intégration à moyenne échelle (MSI) grâce à laquelle on met entre 13 et 99 portes logiques par puce et l’intégration à grande échelle (LSI). 2. Familles Logiques L’utilisation presque universelle des CI rend maintenant nécessaire la connaissance des caractéristiques des familles logiques les plus courantes. Il est possible de classer toutes les familles logiques en deux catégories générales selon le dispositif utilisé dans la fabrication du circuit.

D’une part, il y a les familles bipolaires, telles que TTL et ECL, qui utilisent des transistors bipolaires (NPN, PNP) comme principal élément de circuit. D’autre part, il y a les familles MOS qui gravitent autour des transistors à effet de champ (PMOS, NMOS et CMOS) Actuellement les familles logiques TTL et CMOS dominent les secteurs d’applications. 3. Caractéristiques communes des circuits intégrés : D’un point de vue électrique, un circuit intégré est caractérisé par : – Sa tension d’alimentation – Sa puissance consommée – Sa vitesse de commutation – Sa protection interne contre les parasites externes – Ses paramètres relatifs aux règles d’association avec d’autres circuits, du même type ou non. 3.1. Les niveaux logiques Étant entendu que ces opérations logiques traitent des informations binaires (Tout Ou Rien), chaque état logique correspondra à une valeur de tension très précise. On distinguera : – L’état Haut (High), symbolisé par H – L’état Bas (Low), symbolisé par L Ces états H et L sont donc des niveaux de tension On définit, en réalité 4 niveaux de tensions : 2 pour l’entrée de l’opérateur, 2 pour sa sortie. 3.1.1. Tensions d’entrées (Input) VIL : Voltage Input Low.

C’est la tension d’entrée, niveau bas, correspondante au niveau de tension nécessaire pour avoir un 0 logique en entrée. Toute tension supérieure à ce niveau ne sera pas considérée comme un état Bas par le circuit logique. VIH : Voltage Input High. C’est la tension d’entrée, niveau Haut, correspondante au niveau de tension nécessaire pour avoir un 1 logique en entrée. Toute tension inférieure à ce niveau ne sera pas considérée comme un état Haut par le circuit logique. 3.1.2. Tensions de sortie (Output) VOL : Voltage Output Low. C’est la tension de sortie, niveau Bas, correspondante au 0 logique, en sortie d’un circuit logique. La valeur maxi de VOL est généralement spécifiée. VOH : Voltage Output High. C’est la tension de sortie, niveau Haut, correspondante au 1 logique, en sortie d’un circuit logique. La valeur mini de VOH est généralement spécifiée. Remarques : Alimentation des circuits Technologie TTL : 5 V Technologie CMOS : de 3 à 15 V Les états, ou niveaux, sont caractérisés par des valeurs de tensions dont les limites sont précisées. ÉTAT 1 : Niveau Haut (High), présence de tension : H ÉTAT 0 : Niveau Bas (Low), absence de tension : L Exemple pour un circuit TTL porte NANDIH et IL sont les courants circulant entre 1 entrée en 1 sortie, compté positif lorsqu’il sort d’une porte.

A partir de ces valeurs de courant, on peut déterminer la sortance d’un composant. La sortance est le nombre d’entrée de circuit logique qui peut être alimenté sur une seule sortie logique. Exemple : – de TTL vers TTL, la sortance est de 10 – De TTL vers HCTMOS, la sortance est théoriquement illimité, la limite est fixée par la vitesse de propagation. – de CMOS vers TTL, la sortance est nulle, on ne peut pas connecter un circuit CMOS vers un circuit TTL – De TTL vers CMOS, il n’y a pas de sortance, les portes sont incompatibles. Pour éviter une incompatibilité de portes, il faut un circuit intermédiaire pour pourvoir rendre ces portes compatibles. 3.2. Vitesse de commutation C’est le temps que met une information pour franchir un opérateur logique. On l’appelle aussi temps de propagation. Pour ces éléments logiques à circuits intégrés, ce temps est situé entre 2 et 100 ns 3.3. Immunité aux bruits On l’appelle aussi immunité aux parasites. Lorsqu’une tension parasite (indésirable) se superpose à un signal logique, elle peut perturber le fonctionnement des opérateurs logiques. A la conception, les circuits intégrés doivent donc être prévus pour résister à ces parasites, dans une certaine limite.