Cours Circuits Numériques 20 21

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Cours Circuits Numériques 2020/2021
Cours : Circuits
Numériques
Abdelhak MKHIDA
Filière GEM-CMI
Année universitaire 2020/2021

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Cours Circuits Numériques 2020/2021
Introduction
Le cours des circuits numériques est une description de l’électronique numérique appelée aussi
électronique digitale. Cette discipline s’est développée autour de la notion de l’expression de toute
information avec des digits binaires : 0 ou 1. L’électronique numérique présente plusieurs avantages
tels que la rapidité, la fiabilité, la forte intégration, le faible coût, …Le domaine de l’électronique
numérique a vu l’évolution et la sophistication de systèmes de traitement de l’information.
Nous allons présenter dans ce cours les circuits intégrés numériques, les circuits arithmétiques, les
circuits séquentiels et les circuits convertisseurs.

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Cours Circuits Numériques 2020/2021
Chapitre 1 : Circuits intégrés logiques
1. Généralités sur les circuits intégrés
Un circuit intégré permet d'intégrer, c'est à dire de miniaturiser, des opérations logiques, tel que les
fonctions NON, ET, OU, NON-ET
La technologie des circuits intégrés a fait des bonds prodigieux. On passe d’une échelle SSI à une
échelle ULSI.
SSI : Small Scale Integration (moins de 12 portes par puce) (MSI, LSI)
VSLI : Very Large Scale Integration (plus de 100.000 portes par puce)
Les techniques actuelles dépassent de loin ce niveau, de sorte que les microprocesseurs fabriqués
aujourd'hui comportent plusieurs milliards de portes.
Les logiques circuits sont classés selon leurs caractéristiques et leur domaine d’emploi.
Avantages de la Technologie des circuits intégrés
 Grande concentration de circuits donc réduction des dimensions de tous les systèmes
numériques.
 Diminution des coûts en raison des moyens de production en grande série pour un même type.
 Fiabilité accrue des circuits intégrés du fait que le nombre d’interconnexions entre les
éléments diminue. (Connexions se trouve à l’intérieur du circuit intégré, donc à l’abri d’une
mauvaise soudure, de coupures et de la corrosion).
 Faible consommation due à leur petite dimension (intégration) entraînant la suppression de
moyen de ventilation spécifique.

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Inconvénients de la Technologie des circuits intégrés
 Les CI ne soutiennent pas les courants forts ni de fortes tensions. La puissance engendrée par
ces grandeurs de forte valeur serait destructrice (chaleur à dissiper)..
 Les CI ne se prêtent pas à l’implantation de composants spécifiques tels :
 Condensateur de forte valeur.
 Inductance.
 Transformateur.
Opérateurs logiques de base
 NON
 BUFFER ou DRIVER (Un Buffer rehausse au niveau haut une tension de niveau haut
diminuée)
 ET
 OU
 NOR
 NAND
Le petit cercle représente la complémentation.
Logique positive et logique négative
 A toute grandeur physique ayant seulement deux valeurs possibles on peut associer une
variable booléenne. En électronique, les grandeurs considérées sont essentiellement le courant
et la tension. Par exemple, la tension collecteur d'un transistor NPN (T) alimenté sous 5 Volts
(cas de la famille logique TTL) et fonctionnant en régime de commutation (régime de
fonctionnement en logique) peut valoir :
 VCE = 0V si T est saturé
 VCE = 5V si T est bloqué
 Logique positive : S est la variable booléenne associée à la tension VCE. S=1 pour VCE = 5V
et S=0 pour VCE = 0V.
 Logique négative : S=0 pour VCE = 5V et S=1 pour VCE = 0V.
 La logique positive est celle utilisée.
Niveaux logiques :
A un niveau logique correspond une tension électrique. Nous distinguons le potentiel de sortie
disposant d’un niveau logique bas et d’un niveau logique haut et le potentiel d’entrée disposant aussi
d’un niveau logique bas et d’un niveau logique haut.
Niveau
Potentiel de sortie
Potentiel d’entrée
H
VOH
VIH
L
VOL
VIL
VOL: Tension de sortie niveau bas :Tension maximale de sortie d’un circuit logique à l’état bas
correspondant au "0" logique La valeur maximale de Vol est généralement spécifiée

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VOH: Tension de sortie niveau Haut: C’est le niveau de tension de la sortie d’un circuit logique
correspondant au "1" logique La valeur minimale de VOH est généralement spécifiée
IOL: Courant de sortie niveau bas : courant d’une borne de sortie placée au niveau logique "O" dans les
conditions de charge spécifiées.
IOH: Courant de sortie niveau Haut : courant qui traverse une borne de sortie placée au niveau logique
"1" dans les conditions de charge spécifiées
Table de correspondance :
TTL
CMOS (5V)
CMOS(15V)
IOL
16 mA
1 mA
6,8 mA
IOH
0,8 mA
-1 mA
-6,8 mA
VOL
0,4 v
0 v
0 v
VOH
2,4 v
5 v
15 v
VIL
0,8 v
1,5 v
4 v
VIH
2 v
3,5 v
11 v
IIL
-1,6 mA
IIH
-40 µA
2. Caractéristiques des circuits intégrés logiques
2.1. Immunité aux bruits
Les champs électriques et magnétiques parasites peuvent induire dans les fils des tensions. Ces
tensions indésirables sont appelées bruits qui peuvent amener la tension VIL au-dessus de sa valeur
max ou bien la tension VIH au-dessous de sa valeur min. L’immunité aux bruits définit donc l’aptitude
d’un Cl à tolérer des tensions parasites sur des entrées.
Bruit statique = perturbations dont la vitesse d’évolution est petite par rapport au temps de propagation
de la porte.
Immunité : tension parasite que l’on peut ajouter au signal tout en conservant un fonctionnement
normal (atout du numérique vs analogique)