Les propriétés des portes logiques [modifier | modifier le wiki
code]
Les portes logiques ont toutes diverses propriétés que l'électronicien doit connaitre. Par
exemple, elles mettent du temps à réagir quand on change leur entrée, de même qu'il existe
une relation entre la tension de sortie et celle d'entrée, etc. Dans ce qui va suivre, nous
allons voir ces propriétés dans le cas le plus simple : celui d'une porte NON, une simple porte
inverseuse. Tout ce qui sera dit dans cette section peut se généraliser, avec un petit effort,
aux autres portes logiques plus complexes. Si les portes NON sont plus simples à étudier,
c'est parce qu'elles n'ont qu'une seule entrée, alors que les autres portes logiques en ont
plusieurs. Nous allons d'abord voir la relation entre tension d'entrée et tension de sortie, puis
voir le délai de transmission entre entrée et sortie, avant de poursuivre par quelques
propriétés annexes comme le fan-out.
La caractéristique tension d'entrée-tension de
sortie[modifier | modifier le wiki ode]
Le rapport entre tension à l'entrée et tension de sortie d'une porte NON, aussi
appelée caractéristique en tension, est assez complexe, aussi il vaut mieux commencer par
étudier une version simplifiée de celui-ci. Pour simplifier, le rapport entre et est
illustré par le schéma ci-dessous. Pour caricaturer, on peut décomposer cette caractéristique
en trois parties : deux zones dites de saturation et une zone d'amplification. Dans la zone de
saturation, la tension est approximativement égale à la tension maximale ou minimale, ce qui
fait qu'elle code pour un 0 ou un 1. Les seuils pour coder un 0 ou un 1 ne sont pas les
mêmes entre l’entrée d'une porte NON et sa sortie. Ils sont beaucoup plus resserrés sur
l'entrée, la marge de sécurité entre 1 et 0 étant plus faible. Un signal qui ne correspondrait
pas à un 0 ou un 1 en sortie peut l'être en entrée. Entre ces deux zones extrêmes, la tension
de sortie dépend linéairement de la tension d'entrée (si on omet l'inversion). Dans cette zone,
la porte logique amplifie le signal d'entrée en plus de l'inverser.
Il existe deux tensions d'entrée qui servent de limites aux zones de saturation/amplification.
La première, notée (V Input Low), est la tension d'entrée maximale qui code un 0 en
entrée : toute tension inférieure code un 0. La seconde, notée (V Input High), est la
tension minimale pour coder un 1 : au-delà, toute tension code un 1. Entre les deux, on se
trouve dans la zone de saturation. A ces deux tensions d'entrée correspondent
respectivement la tension de sortie minimale et maximale, notées et (V output
Low et V Output High).
Une porte NON est d'autant meilleure qu'elle a une zone d'amplification la plus petite
possible. Le cas parfait est celui où la zone d'amplification est d'épaisseur nulle, celui où
la tension passe directement de 0 à 1 en passant une tension seuil. Ce cas parfait, celui
d'une porte NON idéale, est irréaliste et n'est jamais réalisé en pratique.
En réalité, la caractéristique en tension est plus lisse, moins droite que dans le schéma
précédent. Il n'y a pas de frontière nette entre les zones de saturation et d'amplification, mais une
transition progressive d'un régime à l'autre. La courbe réelle est illustrée ci-dessous et on voit
qu'elle ressemble approximativement à une sigmoïde. La frontière entre zones de saturation et
d'amplification est définie arbitrairement à partir de la pente de la courbe. On passe de l'un à
l'autre quand la pente vaut -1.