Technologie des circuits Logiques
INTRODUCTION.
La manipulation des circuits logiques implique un minimum de connaissances de la technologie de tels circuits, en particulier, le respect des contraintes électriques alimentation, consommation, adaptation entre les différents circuits) et dynamiques (fréquence de travail, etc.).
NOTIONS DE FAMILLE DE CIRCUIT LOGIQUE.
Présentation.
Un circuit logique se présente sous forme de circuit intégré, car il intègre dans un même boîtier un maximum de composants électroniques dont le plus important est le transistor.
On intègre facilement 1 million transistors par cm2! Ce sont les circuits VLSI (Very Large Size Integration).
Les circuits intégrés logiques sont classés suivant leur technologie de fabrication en plusieurs familles logiques. Chaque famille logique a pour point commun la technologie employée ; ils sont alors compatibles entre eux : l'un d'entre eux se raccorde, dans sur n'importe quel autre.
Les constructeurs donnent toutes les informations nécessaires (datasheets), pour une meilleure utilisation. Dans ce chapitre, on étudiera les familles, actuellement, les plus populaires, à savoir :
Ø La famille TTL (Transistor Transistor Logic), constituée avec des transistors bipolaires.
Ø La famille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), constituée avec des transistors unijonction.
Comparaison TTL/CMOS.
La comparaison se fait principalement au niveau de la rapidité et de la consommation :
Ø La famille TTL est plus rapide que la famille CMOS.
Ø La famille CMOS consomme beaucoup moins que la famille TTL.
Les variantes technologiques.
Famille logique TTL :
Ø La série 74xx : Série standard.
Ø La série 74Lxx : Série à faible consommation (Low power).
Ø La série 74Hxx : Série rapide (High speed).
Ø La série 74Sxx : Série Schottky qui est 2 fois plus rapide que la 74Hxx pour la même consommation.
Ø La série 74LSxx : Compromis entre la 74L et la 74S.
Ø La série 74ASxx (Advanced Schottky), 74ALSxx (Advanced Low power Schottky) et 74Fxx (Fast).
Famille logique C-MOS.
Ø La série 4000B : Série classique de base.
Ø La série 74HCxx : Série CMOS avec le même brochage qu'une série TTL.
Ø Les série 74HCxx : La même que la 74CXX, mais plus rapide (High speed CMOS).
CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DES CIRCUITS LOGIQUES.
Tension d’alimentation.
Ø Famille logique TTL : L’alimentation doit être fixe et égale à 5V avec une tolérance de ± 5%.
Ø Famille logique CMOS : Le choix de la tension d’alimentation est plus large de 3V à 18V.
Les niveaux logiques.
Pour une famille donnée, les niveaux logiques « 0 » ou "L" (Low) et « 1 » ou "H" (High) ne correspondent pas à une tension précise, mais à une certaine « plage » de tension.
La terminologie utilisée pour les valeurs de la tension en entrée (Input):
Ø VIHmin : Tension minimale en entrée qui assure le niveau logique haut.
Ø VILmax : Tension maximale en entrée qui assure le niveau logique bas.
La terminologie utilisée pour les valeurs de la tension de sortie (Output) :
Ø VOHmin : Tension minimale de sortie à l’état logique haut.
Ø V0Lmax : Tension maximale de sortie à l’état logique bas.
Les caractéristiques de transfert.
INTERFACAGE DES CIRCUITS LOGIQUES.
Souvent, l’entrée d’un circuit logique TTL change d’état en fonction de l’état d’un contact (interrupteur, contact d'un capteur TOR, etc.). Dans ce cas, il faut prévoir un interfaçage pour assurer le bon fonctionnement :
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