TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES
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1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES I - REFERENCE (CODE DE DESIGNATION) Il existe principalement deux types de références pour les circuits intégrés logiques. I - 1/ PREMIER TYPE DE REFERENCE Sur la carte de l’objet technique «LE COMPOSTEUR SNCF», on va examiner le premier type de référence de circuits intégrés logiques. Remarque : Dans ce paragraphe il faut vous reporter aux extraits de documentation technique mis à votre disposition. 1) Sur le schéma structurel de l’OT «LE COMPOSTEUR SNCF», identifier les différents circuits logiques que vous connaissez en les entourant. 2) Classer dans le tableau les différents circuits logiques selon leur fonction. (Utiliser la nomenclature des composants pour relever la référence de chaque circuit et la fiche de synthèse sur la norme de représentation des portes logiques pour relever la fonction de chaque circuit). Index U3A, U3B,U3C Référence Fonction SN74HCT32 OU U5B, U3C SN74HCT04 NON U4A, U4B, U8B, U8C, U8A SN74HCT08 ET U6A ; U6B SN74HCT20 NON ET U7A ; U7B SN74HCT74 BASCULE D 3) Surligner la partie de la référence commune entre les circuits de ce tableau. 4) Selon quel critère a t’on classé les circuits ? On a classé les circuits selon leurs fonctions. 5) Que représente donc la partie non surlignée de la référence ? Cette partie de la référence représente la fonction du circuit. 6) Surligner la différence que vous observez entre ces deux références : 1 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) SN74HCT08 SN54HCT08 7) Sur la documentation technique du SN74HCT08 ; SN54HCT08 surligner le paragraphe qui traite de la différence entre les circuits SN74HCT08 et SN54HCT08. 8) Énoncer cette différence : 54 : gamme de température d’utilisation comprise entre –55°C et 125°C 74 : gamme de température d’utilisation comprise entre 0°C et 85°C. Quand un circuit fonctionne, il consomme du courant, donc de la puissance. Il y’a alors échauffement de ce circuit ; d’où la nécessité de prendre en compte la température de fonctionnement. 9) Rechercher sur la documentation technique des circuits : M54HCT32, M74HC27, SN74ALS27, SN54ALS27, SN5432, SN7432, les noms des fabricants. TEXAS INSTRUMENT ; SGS-THOMSON 10) Regrouper dans le tableau qui suit les circuits appartenant à un même fabricant. TEXAS INSTRUMENT SGS-THOMSON Nom du fabricant Références des circuits SN74ALS27 SN54ALS27 SN5432 SN7432 M74HC27 M54HCT32 11) Dans un même groupe colorer les préfixes communs aux différentes références. 12) Que désigne ce préfixe ? Ce préfixe désigne le fabricant 13) Sur la documentation technique du SN74ALS27, identifier la différence entre les circuits SN74ALS27N et SN74ALS27FK. La différence entre les deux circuits est la forme du circuit (type du boîtier) 14) En utilisant les indications précédentes, décrire les différentes parties de ce type de référence. Pour ce type de référence nous avons : SN 74 ALS 32 N Le type de boîtier N° du circuit : définit la fonction du circuit 2 désigne la série 74 ou 54 définit la gamme de température Code du fabricant 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) I - 2/ DEUXIEME TYPE DE REFERENCE Pour ce type de référence nous avons : HEF 40 11 B P Le type de boîtier Désigne un circuit dont la sortie est amplifiée* N° du circuit : définit la fonction du circuit 140 ou 40 désigne la série (4000) Code du fabricant * B : sortie amplifiée sinon : pas d’indication II - CLASSIFICATION DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES La famille : correspond au type du principal composant électronique que l’on trouve dans le circuit (structure interne). La série : est une sous classification de la famille. Les différences entre les séries d’une même famille sont de nature électrique, comme la consommation ou les retards de propagation. Le brochage du boîtier, de même que la fonction logique réalisée sont identiques. II - 1 LES FAMILLES DE CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES Les circuits logiques peuvent être catégorisés selon le type du principal composant électronique que l’on trouve dans le circuit. Il existe principalement deux grandes familles de circuits logiques. II- 1 – 1 La famille logique T.T.L C’est l’une des familles les plus utilisées. On la désigne par les initiales T.T.L ( Elle utilise des transistors bipolaires). Le tableau suivant énumère chacune des séries T.T.L accompagnée du préfixe figurant sur la référence du circuit intégré. Séries TTL TTL standard TTL faible consommation TTL Schottky TTL Schottky faible consommation TTL Schottky avancée TTL Schottky avancée faible consommation 3 Préfixe Pas d’indication L S LS AS ALS 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) II –1 - 2 La famille logique CMOS Dans la famille CMOS, qui utilise des transistors dits MOS, il y a aussi plusieurs séries. Le tableau suivant énumère de la même manière que précédemment chacune des séries CMOS. Série CMOS CMOS à porte métallique CMOS à porte métallique, brochage compatible TTL Porte de silicium, rapide Porte de silicium rapide, électriquement compatible TTL Préfixe 40 ou 140 C HC HCT II –2 CARACTERISTIQUES D’UNE SERIE LOGIQUE : Pour bien saisir la signification des caractéristiques d’une série logique, nous allons prendre comme exemple le circuit intégré U6, qui appartient à la fonction secondaire FS21. 15) En utilisant la nomenclature du composteur SNCF, Donner la référence du circuit U6. SN74HCT20N 16) Donner alors le code et le non du fabricant de ce circuit, le N° du circuit et sa fonction, ainsi que la gamme de température d’utilisation. Code fabricant : SN Fabricant : National semi-conducteur. N° du circuit : 20 Fonction : 2 portes NON ET à trois entrées. Gamme de température : 0°C et 85°C Un circuit logique délivre en général une tension. Il faut donc faire une correspondance entre les deux niveaux de tension, appelés niveau haut(Haut) et niveau bas (L) et les états logiques 0 et 1. Rappel sur les états logiques et les niveaux de tensions En logique positive: L’état logique 1 correspond au niveau haut de tension(H). L’état logique 0 correspond au niveau bas de tension (L). Les valeurs des niveaux haut et bas de tension sont propres à chaque série. 17) Identifier la différence entre la référence du circuit U6 et la référence du circuit SN7420N. La différence entre les deux références (SN7420N et SN74HCT20N) est HCT. 4 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) 18) A quoi correspond cette différence ? Cette différence correspond à la série SN7420N Série standard SN74HCT20N Série HCT :Porte de silicium rapide, électriquement compatible TTL Remarque : Il faut se reporter à la documentation technique du SN7420N pour identifier les différentes rubriques où se trouvent les informations dont vous avez besoin pour répondre aux questions Vous devez surligner ces informations, au fur et à mesure, sur la documentation technique. Sur la documentation technique O signifie Output (sortie) H signifie High(haut) I signifie Input(entrée) L signifie Low (bas) CC :indice relatif à la tension et le courant d’alimentation pour la famille TTL. 19) Quel est le type et le nombre de broches du boîtier SN7420N ? Boîtier DIL (14 broches) Dans toutes les séries, les boîtiers les plus courants sont : a) Les boîtiers DIL : - Ce sont les boîtiers les plus fréquemment rencontrés aujourd’hui. - Ils ont de 8 à 64 connections, réparties en deux lignes. - Ils peuvent soit êtres soudés soit, mis sur des supports (pour faciliter l’échange lors d’une panne). b) Les boîtiers plats : Ce type de boîtier, de très faible épaisseur, soudé sur un circuit imprimé, est utilisé chaque fois qu’il existe un problème d’encombrement ou de poids. c) Repérage des broches : Les broches sont numérotées de 1 à n en tournant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. La broche n°1 étant repérée, soit par un point sur le dessus du boîtier, soit par une forme particulière de cette connexion ou du boîtier. 5 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) 20) Rechercher sur la documentation la tension d’alimentation nominale VCC du circuit. VCC =5V. La tension d’alimentation nominale est la différence de potentiel qu’il faut appliquer au circuit pour que son fonctionnement soit correct. 21) Quelle est la tension maximale d’alimentation du circuit ? VCCmax = 7V. La tension maximale d’alimentation est une limite à ne pas franchir sous peine de destruction du circuit. 22) Quelles sont les valeurs nominales des courants d’alimentation consommées par le circuit à l’état haut et à l’état bas ? Traduire les définitions en symboles Détailler au tableau (courant d’alimentation nominale à l’état haut) I : courant CC : alimentation H : état haut ICCH = 4 mA ICCL = 12 mA 23) Calculer le courant moyen d’alimentation consommé par le circuit. ICCH+ICCL ICCmoyen = = 8mA 2 24) Calculer la puissance moyenne consommée par le circuit. PDmoy = ICCmoyen X VCC = 8 X 5 = 40mW La puissance dissipée par un circuit intégré est le produit : (tension d’alimentation) x ( courant consommé) le courant d’alimentation qui est fourni par le générateur délivrant la tension d’alimentation peut dépendre de l’état du circuit, il est défini par : Le courant lorsque la sortie est au niveau haut. Le courant lorsque la sortie est au niveau bas. 25) En utilisant les définitions des indices (O, H, I, L), relever sur la documentation technique les paramètres suivants : Commencer par définir les variables littérales associées aux différents paramètres. - Tension minimum d’entrée au niveau haut. Tension maximum d’entrée au niveau bas. 6 VIHmin VILmax 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) - Tension minimum de sortie au niveau haut. Tension maximum de sortie au niveau bas. VOHmin VOLmax VIHmin = 2 V VILmax = 0.8V VOHmin = 2.4V VOLmax = 0.4V Remarque : Une caractéristique importante des circuits logiques est la caractéristique de transfert, c’est à dire la relation entre la tension de sortie VO et la tension d’entrée VI. 26) Afin de déterminer la caractéristique de transfert du circuit SN7420N, On considère le câblage suivant de l’une des portes du circuit SN7420N, donner l’équation logique de cette porte sachant que : a : variable logique associée à la tension d’entrée VI. b : variable logique associée à la tension de sortie VO VI (a) & VO (b) b= a Compléter le schéma du gabarit Le gabarit est complété sur le tableau par le professeur avec l’aide des élèves. Utiliser un transparent avec l’équation logique, le schéma du gabarit non complété et la signification des indices (I, O, H, L, CC) Donner la définition de VILmax . Placer VILmax sur le gabarit. Q2) Quel est l’état logique de l’entrée VI ? R2) L’état logique « 0 » Placer le « 0 »sur le gabarit. Donner la définition de VIHmin . Placer VIH(min) sur le gabarit. Q3) Quel est l’état logique de l’entrée VI ? R3) L’état logique « 1 » Placer le « 1 » sur le gabarit. Q4) quel est l’état logique de la sortie VO quand l’entrée est à l’état bas ? R4) L’état logique « 0 »( placer le « 0 »sur le gabarit ). Q5) Quel est l’état logique de la sortie VO quand l’entrée est à l’état haut ? R5) L’état logique « 0 » Placer le « 0 »sur le gabarit. Donner la définition de VOLmax. Placer VOLmax sur le gabarit. Donner la définition de VOHmin Placer VOHmin sur le gabarit La tension de sortie au niveau haut est limitée par la tension d’alimentation du circuit VCC. (placer VCC.sur le gabarit) 7 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) GABARIT ET CARACTÉRISTIQUE DE TRANSFERT ”1” VO Vcc VOHmin VOLmin ”0” VILmax VIHmax ”0” VI ”1” Le graphique précédent est dit gabarit, pour chaque série il excite un gabarit propre. Tout circuit appartenant à la série doit avoir une caractéristique de transfert qui s’insert dans ce gabarit. Prendre comme exemple le circuit SN720N, noter les valeurs suivantes sur le graphique: VIHmin =2V VILmax =0.8V VOHmin =2.4V VOLmax =0.4V Superposer sur le gabarit la caractéristique de transfert du circuit SN7420N Q6) Que constatez-vous ?. R6) La caractéristique rentre dans le gabarit. Q8) Ce circuit appartient il à cette série ? R8) Ce circuit appartient à cette série ? La caractéristique est notée par les élèves sur le graphique. Superposer sur le gabarit la caractéristique de transfert du circuit SN74HCT20N Q7) Que constatez-vous ? R7) La caractéristique ne rentre pas dans le gabarit ? Q8) Ce circuit appartient il à cette série ? R8) Ce circuit n’appartient pas à cette série ? Les deux caractéristiques sont notées par les élèves sur le gabarit avec la légende. Nous verrons au TP plus en détail la notion de fonction de transfert 8 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) GABARIT ET CARACTÉRISTIQUE DE TRANSFERT ”1” VO 5V Caractéristique de transfert d’un circuit appartenant à la série standard. Caractéristique de transfert d’un circuit n’appartenant pas à la série standard. 2.4V 0.5V 0.4V ”0” 0.8V 2V ”0” VI ”1” 27) Relever sur la documentation technique du SN7420N, les temps de propagation type nécessaire à une porte du circuit pour passer de l’état haut à l’état bas et inversement. tPLH=11ns tPHL=7ns 28) Calculer le temps de propagation moyen tPLH + tPHL Tpmoy = = 9ns 2 Mettre un transparent avec les temps de propagation. Ces temps sont mesurés à mi- hauteur des transitions d’entrées et de sortie. Un signal logique qui traverse un circuit subit toujours un retard. Deux retards de propagation sont définis : tPLH : retard pour passer du niveau logique 0 au niveau logique 1 (Bas à Haut ). tPHL : retard pour passer du niveau logique 1 au niveau logique 0 (Haut à Bas ) Le temps de propagation moyen sert de mesure pour la vitesse relative du circuit. Exemple :Un circuit logique dont le temps moyen de propagation est de 10 ns est plus rapide qu’un circuit dont le temps est de 20ns. 9 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) HEF 40 11 B P *B: Index Référence Fonction ……………………… …... ………………………… ………………… …… ……. ……………………… …... ……………………… …... ………………………… ………………… …… ……. ……………………… …... ……………………… ….. ………………………… ………………… …… ……. ……………………… ….. ……………………… ….. ………………………… ………………… …… ……. ……………………… …... 10 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) Nom du fabricant Références des circuits SN SN ……………………………….. ……………………………… ……………………………… ……………………………… ……………………………… ……………………………… ……………………………… ……………………………… ……………………………… ……………………………… 74 74 ALS 32 ALS 32 N N Le type de boîtier N° du circuit : définit la fonction du circuit désigne la série 74 ou 54 définit la gamme de température Code du fabricant Séries TTL TTL standard TTL faible consommation TTL Schottky TTL Schottky faible consommation TTL Schottky avancée TTL Schottky avancée faible consommation 11 Préfixe Pas d’indication L S LS AS ALS 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) HEF 40 11 B P Le type de boîtier Désigne un circuit dont la sortie est amplifiée* N° du circuit : définit la fonction du circuit 140 ou 40 désigne la série (4000) Code du fabricant * B : sortie amplifiée sinon : pas d’indication Série CMOS CMOS à porte métallique CMOS à porte métallique, brochage compatible TTL Porte de silicium, rapide Porte de silicium rapide, électriquement compatible TTL Préfixe 40 ou 140 C HC HCT Sur la documentation technique O signifie Output (sortie) H signifie High(haut) I signifie Input(entrée) L signifie Low (bas) CC :indice relatif à la tension et le courant d’alimentation pour la famille TTL. 12 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) VI (a) VO (b) & b=a VO VI 13 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) 14 1ère GE LGT Condorcet Système de validation des billets S.N.C.F. (TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES) RETARDS DE PROPAGATIONS D’UNE PORTE NON Entrée 1 t 0 Sortie 1 t 0 15
