Circuit Intégré Logique

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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) dĂ©signe une entrĂ©e,
  • 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 impĂ©dance d'une sortie 3 Ă©tats,
  • X indique un Ă©tat indĂ©terminĂ©.

Alimentation du boĂźtier

La plage d’alimentation dĂ©pend de la technologie utilisĂ©e. Elle est gĂ©nĂ©ralement de 5V pour les composants anciens (TTL), de 6V max pour les CMOS, de 18V max pour la famille CMOS CD4000 et est passĂ© Ă  3,3V, 2,5V, 1,8V pour les technologies rĂ©centes (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 plutĂŽt tendance Ă  penser que le temps de propagation de l'Ă©lectron dans un transistor CMOS doit ĂȘtre le plus rapide possible pour augmenter la vitesse de fonctionnement (de commutation). Pour augmenter cette vitesse, on cherche Ă  diminuer la largeur du canal de circulation des Ă©lectrons (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’entrĂ©e-sortie

Tensions

  • Tension d’entrĂ©e niveau haut
VIH est la tension requise pour ĂȘtre considĂ©rĂ©e comme un 1 logique en entrĂ©e. Une tension infĂ©rieure risque d’ĂȘtre mal interprĂ©tĂ©e par l’étage d’entrĂ©e.
  • Tension d’entrĂ©e niveau bas
VIL est la tension requise pour ĂȘtre considĂ©rĂ©e comme un 0 logique en entrĂ©e. Une tension supĂ©rieure risque d’ĂȘtre mal interprĂ©tĂ©e par l’étage d’entrĂ©e.
  • Tension de sortie niveau haut
VOH est la tension fournie pour ĂȘtre considĂ©rĂ©e comme un 1 logique en sortie. La valeur minimale est indiquĂ©e par le constructeur.
  • Tension de sortie niveau bas
VOL est la tension fournie pour ĂȘtre considĂ©rĂ©e comme un 0 logique en sortie. La valeur maximale est indiquĂ©e par le constructeur.

Courants

  • Courant d’entrĂ©e niveau haut
IIH est le courant traversant l’entrĂ©e lorsqu’une tension de niveau haut est appliquĂ©e.
  • Courant d’entrĂ©e niveau bas
IIL est le courant traversant l’entrĂ©e lorsqu’une tension de niveau bas est appliquĂ©e.
  • 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’entrĂ©es d’autres circuits intĂ©grĂ©s logiques qui peuvent ĂȘtre pilotĂ©s par la sortie. Plus simplement la sortance est le terme qui dĂ©signe 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 instantanĂ©e. On distingue :

  • tPLH lors d’une transition du zĂ©ro logique vers le un logique ;
  • tPHL lors d’une transition du un logique vers le zĂ©ro logique;
  • tPZH lors d’une transition haute impĂ©dance vers le un logique;
  • tPZL lors d’une transition haute impĂ©dance vers le zĂ©ro logique.

Les transitions des signaux

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

  • tR temps de montĂ©e (rise time) mesurĂ©e entre 10% et 90% du front montant;
  • tF temps de descente(fall time) mesurĂ©e 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’immunitĂ© au bruit

Les champs Ă©lectriques et magnĂ©tiques de l’environnement peuvent induire des signaux parasites, l’immunitĂ© au bruit est la capacitĂ© d’un circuit intĂ©grĂ© Ă  tolĂ©rer les signaux parasites sans pour autant avoir un comportement incontrĂŽlĂ© ou erratique.

Logique Ă  injection et Ă  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’intĂ©gration

L’échelle d’intĂ©gration dĂ©fini le nombre de portes contenu dans le boĂźtier du circuit intĂ©grĂ©.

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 dĂ©finit aprĂšs)
  • 244 : la fonction rĂ©alisĂ©e par le circuit,
  • A  : indice de la rĂ©vision de circuit,
  • DGG : le type de boitier,
  • R  : le conditionnement,
  • E4  : la compatibilitĂ© RoHS ou non.

TTL

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


Les diverses familles sont les suivantes :

  • L (low power) : sĂ©rie Ă  faible consommation
  • S (shottky) : sĂ©rie rapide (utilisation de diodes schottky)
  • AS (advanced shottky) : version amĂ©liorĂ©e de la sĂ©rie S
  • LS (low power shottky) : combinaison des technologies L et S, c'est la famille la plus rĂ©pandue. Alimentation de 4,75V Ă  5,25V.
  • ALS (advanced low power shottky) : version amĂ©liorĂ©e de la sĂ©rie AS.

Alimentation de 4,5V Ă  5,5V.

  • F (FAST : Fairchild Advanced Schottky Technology)
  • AF (advanced FAST) : version amĂ©liorĂ©e de la sĂ©rie F


ECL

La technologie ECL (Emitter Common Logic : Logique Ă  Ă©metteurs communs) a longtemps Ă©tĂ© la seule technologie permettant d'atteindre de des frĂ©quences de fonctionnement Ă©levĂ©es (supĂ©rieures Ă  100 MHz)

CMOS

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

  • FCT,
  • ACL,
  • CD4000, Alimentation de 3 Ă  18V
  • HC (high speed C-MOS), Alimentation de 2V Ă  6V.
  • HCT, Alimentation de 2V Ă  6V.
  • LVC, Alimentation de 1,65V Ă  3,6V.
  • LV, Alimentation de 2V Ă  5,5V.
  • CBT,
  • AHC,
  • GTLP,
  • VME,
  • ALVC,
  • little logic,
  • AVC,
  • CBTLV,
  • TVC,
  • CB3x,
  • PCA/PCF,
  • AUC, Alimentation de 0,8V Ă  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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Wikibooks propose un ouvrage abordant ce sujet : la logique combinatoire.

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Wikibooks propose un ouvrage abordant ce sujet : la logique sĂ©quentielle.

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Wikibooks propose un ouvrage abordant ce sujet : les circuits des ordinateurs.

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