Plan du cours Introduction : création de circuits 1. Codage de l’Information 2. Algèbre de Boole 3. Aspects technologiques des circuits 4. Les Circuits combinatoires : Transcodeurs , Aiguilleurs, Comparateurs Opérateurs arithmétiques 5. La Logique séquentielle Circuits de base : les bascules RS, JK, D Registres, registres à décalage, Compteurs 6. Les Circuits programmables

Plan du cours Aspects physiques Aspects temporels Famille Technologique Principe du CMOS Désignation des circuits Evolutions

Circuits électroniques à transistors Les transistors fonctionnent comme des interrupteurs (en saturé/bloqué) 2 niveaux VRAI/FAUX ou 1/0 => logique binaire Soit une porte NON V+ et V- sont les tensions d’alimentation VI est la tension présente à l’entrée VO est la tension présente à la sortie Tous les termes sont en anglais! I (Input) désigne une entrée, O (Output) désigne une sortie H (high) indique l’état haut (1 logique) L (low) indique l’état bas (0 logique) X indique un état indéterminé. (0 ou 1)

Circuits électroniques à transistors Les transistors fonctionnent comme des interrupteurs (en saturé/bloqué) 2 niveaux VRAI/FAUX ou 1/0 => logique binaire et sa fonction de transfert Soit une porte NON si VI < Vref => VO = VOH si VI > Vref => VO = VOL V+, V-, VOH, VOL et Vref dépendent de la technologie et de la famille utilisée

Circuits électroniques à transistors En réalité la commutation n’a pas lieu à Vref exactement Soit une porte NON Tension en entrée VI Niveau logique 1 V+ Bande indéterminée Niveau logique 0 VIL VIH V- Tension en sortie VO Niveau logique 1 V+ Bande indéterminée Niveau logique 0 VOL VOH V- si VI > VIH => l’entrée est vue à l’état haut si VI < VIL => l’entrée est vue à l’état bas Quand une sortie est à l’état haut => VO > VOH Quand une sortie est à l’état bas => VO < VOL

Assemblage de 2 portes VI Exemple: 2 portes NON VO Il faut : Aspect tension : en réalité pas Vref mais plage de tension Niveau de tension en sortie VO de la Porte 1 Niveau logique 1 V+ Bande indéterminée Niveau logique 0 VOL VOH V- Niveau de tension en entrée VI de la porte 2 Niveau logique 1 V+ Bande indéterminée Niveau logique 0 VIL VIH V- Il faut : VOH > VIH VOL < VIL VNH VNL VNH et VNL représentent la sensibilité aux bruits (N pour Noise)

Assemblage de plusieurs portes VI VI Il faut qu’une sortie soit capable de piloter plusieurs entrées VO VO VI La sortance = c’est le nombre de d’entrées qu’une sortie peut piloter. Elle est fonction du courant fourni et consommé. VO Elle est souvent différente à l’état haut et à l’état bas

Aspects temporels : temps de commutation Dans la réalité le temps de commutation est ≠ 0 tr = tm : temps de montée (rise) tf = td : temps de descente (fall) Le temps est calculé entre 10% et 90% du changement de niveau V OL v I t 50% 90% 10% r f V + V OH OL 2 OH

Aspects temporels : temps de propagation f v O V OH 50% 90% 10% PHL OL IL I PLH V + V OH OL 2 IH 1 3 4 (a) (b) Aspects temporels : temps de propagation tP: temps de propagation tPHL: temps de propagation pour passer du niveau Haut au niveau Bas tPLH: temps de propagation pour passer du niveau Bas au niveau Haut tPHLet tPLH sont souvent différents

Différentes familles technologiques But : aller plus vite et consommer moins Compromis consommation – vitesse A adapter aux applications ( mobile, miniaturisation, environnement parasité …) Circuits souvent conçus en logique négative (signaux actifs à l’état bas) car nécessite moins de transistors , et consomme donc moins d’énergie. Il faut plus d’énergie pour mettre un signal à 0 qu’à 1: IIL > IIH

Différentes familles technologiques Tension d’alimentation : 5V en TTL et de 18V à moins d’1V en Cmos Exemple : porte NAND Transistors à effet de champ (FET) Transistors MOS complémentaires (CMOS) Transistors à jonctions : Bipolaires (TTL)

Principe CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) L1 MIPCSPI - EC163 2015 - 2016 Principe CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) porte NON transistor CMOS = interrupteur PMOS : fermé si entrée = 0 NMOS : fermé si entrée = 1 PMOS Fonctionnent en opposition(complémentaire): Si entrée = 1, PMOS ouvert, NMOS fermé => sortie connectée à la masse ( 0 ) Si entrée = 0, PMOS fermé, NMOS ouvert => sortie connectée à l’alimentation ( 1) NMOS Technologie des Circuits

Principe CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) porte NAND PMOS : fermé si entrée = 0 NMOS : fermé si entrée = 1 Pour que la Sortie soit connectée à la masse, il faut que les 2 NMOS soient fermés c’est-à-dire A = 1 et B = 1 PMOS Pour que la Sortie soit connectée à l’alimentation, il faut que l’un des PMOS soit fermé c’est-à-dire A = 0 ou B = 0 NMOS S B 1 A

Identification des composants De la forme SN 74 HCT 00 N Type de boitier Préfixe fabricant Famille technologique Gamme 74: commercial 54 : militaire Fonction du circuit 00 : NAND

Evolution des tensions

Evolution Tension Alimentation - Vitesse

Différents types de boitiers L1 MIPCSPI - EC163 2015 - 2016 Différents types de boitiers Technologie des Circuits

Fabrication des circuits intégrés Du sable au silicium - Fabrication d'un composant INTEL (2’10) (https://www.youtube.com/watch?v=aCOyq4YzBtY) Fabrication de circuits intégrés (CI) / Microprocesseurs / Puces Thomas Schwenke ( 6’) (https://www.youtube.com/watch?v=skKGxPZQmlw) Wafer = Tranche de silicium comprenant une matrice de circuits intégrés (Ici : Bull DPS7 1984) 7Millions de transistors par circuit intégré Diamètre 7,62cm - Poids:13g  die d’un 7404 : 6 portes inverseuses le composant le plus simple …ou presque!