Circuit Intégré Logique


Circuit Intégré Logique

Circuit intégré logique

Les circuits intégrés logiques concernent les circuits intégrés numérique opérant en logique Booléenne aussi appelée logique tout-ou-rien (TOR).

Sommaire

Caractéristiques

Les caractéristiques des circuits intégrés logiques sont normalisées par des lettres:

  • I(Input) désigne une entrée,
  • O(Output) une sortie,
  • H(high) indique l’état haut d'une sortie,
  • L(low) indique l’état bas d'une sortie,
  • Z ou HZ indique l’état haute impédance d'une sortie 3 états,
  • X indique un état indéterminé.

Alimentation du boîtier

La plage d’alimentation dépend de la technologie utilisée. Elle est généralement de 5V pour les composants anciens (TTL), de 6V max pour les CMOS, de 18V max pour la famille CMOS CD4000 et est passé à 3,3V, 2,5V, 1,8V pour les technologies récentes (LV-CMOS ...).

La consommation

La puissance électrique consommée dépend de la technologie utilisée (finesse de la gravure du silicium), et augmente linéairement avec le courant moyen (fonction de la fréquence et de la charge appliquée aux sorties) et au carré de la tension d'alimentation.

C'est pourquoi les technologies les plus récentes utilisent des tensions d'alimentation de plus en plus faibles pour pouvoir augmenter la fréquence de fonctionnement sans risquer la destruction par échauffement.

Du point de vue de la physique du composant, on a plutôt tendance à penser que le temps de propagation de l'électron dans un transistor CMOS doit être le plus rapide possible pour augmenter la vitesse de fonctionnement (de commutation). Pour augmenter cette vitesse, on cherche à diminuer la largeur du canal de circulation des électrons (actuellement 65nm).

En réponse au fait que la tension de claquage (destruction) d'un transistor diminue proportionnellement à la largeur de gravure des conducteurs, on diminue la tension de fonctionnement.

Grandeurs d’entrée-sortie

Tensions

  • Tension d’entrée niveau haut
VIH est la tension requise pour être considérée comme un 1 logique en entrée. Une tension inférieure risque d’être mal interprétée par l’étage d’entrée.
  • Tension d’entrée niveau bas
VIL est la tension requise pour être considérée comme un 0 logique en entrée. Une tension supérieure risque d’être mal interprétée par l’étage d’entrée.
  • Tension de sortie niveau haut
VOH est la tension fournie pour être considérée comme un 1 logique en sortie. La valeur minimale est indiquée par le constructeur.
  • Tension de sortie niveau bas
VOL est la tension fournie pour être considérée comme un 0 logique en sortie. La valeur maximale est indiquée par le constructeur.

Courants

  • Courant d’entrée niveau haut
IIH est le courant traversant l’entrée lorsqu’une tension de niveau haut est appliquée.
  • Courant d’entrée niveau bas
IIL est le courant traversant l’entrée lorsqu’une tension de niveau bas est appliquée.
  • Courant de sortie niveau haut
IOH est le courant traversant la sortie lorsqu’une tension de niveau haut est fournie.
  • Courant de sortie niveau bas
IOL est le courant traversant la sortie lorsqu’une tension de niveau bas est fournie.

La sortance ou facteur de charge

La sortance ou facteur de charge est le nombre maximal d’entrées d’autres circuits intégrés logiques qui peuvent être pilotés par la sortie. Plus simplement la sortance est le terme qui désigne le courant maximum que peut fournir un CI sans risquer de destruction ou de chute de la tension de la tension de sortie ou un comportent "erratique".

Les retards de propagation

La propagation des signaux aux travers des transistors n'est pas instantanée. On distingue :

  • tPLH lors d’une transition du zéro logique vers le un logique ;
  • tPHL lors d’une transition du un logique vers le zéro logique;
  • tPZH lors d’une transition haute impédance vers le un logique;
  • tPZL lors d’une transition haute impédance vers le zéro logique.

Les transitions des signaux

Pour éviter la métastabilité, les signaux d'entrées (mais aussi de sortie pour les boîtiers suivants) doivent passer rapidement d'un état logique à l'autre.

  • tR temps de montée (rise time) mesurée entre 10% et 90% du front montant;
  • tF temps de descente(fall time) mesurée entre 10% et 90% du front descendant;

Le produit vitesse-consommation

Le produit du retard de propagation et de la puissance de consommation est un indice de performance du circuit.

L’immunité au bruit

Les champs électriques et magnétiques de l’environnement peuvent induire des signaux parasites, l’immunité au bruit est la capacité d’un circuit intégré à tolérer les signaux parasites sans pour autant avoir un comportement incontrôlé ou erratique.

Logique à injection et à absorption de courant

La technologie différencie les circuits intégrés qui fournissent ou absorbent un courant par leur(s) patte(s) de sortie(s).

Échelle d’intégration

L’échelle d’intégration défini le nombre de portes contenu dans le boîtier du circuit intégré.

Technologies

Les références des circuits intégrés logiques standard sont normalisé. Elles sont de la forme ID-74-HC-244-A-DGG-R-E4

  • ID  : est l'identification du fournisseur,
  • 74  : 74 (commercial) ou 54 (militaire),
  • HC  : la technologie, (ce champ peut prendre les valeurs HC, HCT, LS, ... comme définit après)
  • 244 : la fonction réalisée par le circuit,
  • A  : indice de la révision de circuit,
  • DGG : le type de boitier,
  • R  : le conditionnement,
  • E4  : la compatibilité RoHS ou non.

TTL

La technologie TTL (Transistor Transistor Logic) utilise des transistors à jonction.


Les diverses familles sont les suivantes :

  • L (low power) : série à faible consommation
  • S (shottky) : série rapide (utilisation de diodes schottky)
  • AS (advanced shottky) : version améliorée de la série S
  • LS (low power shottky) : combinaison des technologies L et S, c'est la famille la plus répandue. Alimentation de 4,75V à 5,25V.
  • ALS (advanced low power shottky) : version améliorée de la série AS.

Alimentation de 4,5V à 5,5V.

  • F (FAST : Fairchild Advanced Schottky Technology)
  • AF (advanced FAST) : version améliorée de la série F


ECL

La technologie ECL (Emitter Common Logic : Logique à émetteurs communs) a longtemps été la seule technologie permettant d'atteindre de des fréquences de fonctionnement élevées (supérieures à 100 MHz)

CMOS

La technologie complementary metal oxyd semi conductor utilise principalement des transistors à effet de champ CMOS.

  • FCT,
  • ACL,
  • CD4000, Alimentation de 3 à 18V
  • HC (high speed C-MOS), Alimentation de 2V à 6V.
  • HCT, Alimentation de 2V à 6V.
  • LVC, Alimentation de 1,65V à 3,6V.
  • LV, Alimentation de 2V à 5,5V.
  • CBT,
  • AHC,
  • GTLP,
  • VME,
  • ALVC,
  • little logic,
  • AVC,
  • CBTLV,
  • TVC,
  • CB3x,
  • PCA/PCF,
  • AUC, Alimentation de 0,8V à 2,7V.
  • LVCxT,
  • AUP1T,
  • AVCxT

Hybride

Il existe de nombreuses technologies hybrides entre TTL et CMOS et chaque année de nouvelles sont inventées.

BICMOS

  • BCT,
  • ABT,
  • LVT,
  • ALVT,

Voir aussi

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