Plan du cours Introduction : création de circuits

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1 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

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

3 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)

4 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

5 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

6 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)

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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)

12 Principe CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
L1 MIPCSPI - EC163 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

13 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

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

15 Evolution des tensions

16 Evolution Tension Alimentation - Vitesse

17 Différents types de boitiers
L1 MIPCSPI - EC163 Différents types de boitiers Technologie des Circuits

18 Fabrication des circuits intégrés
Du sable au silicium - Fabrication d'un composant INTEL (2’10) ( Fabrication de circuits intégrés (CI) / Microprocesseurs / Puces Thomas Schwenke ( 6’) ( 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!