ii- intérêts des circuits intégrés

TECHNIQUE DES CIRCUITS NUMERIQUES
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A- PRESENTATION / GENERALITES:
I- INTRODUCTION :
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) voir ULSI
II- INTÉRÊTS DES CIRCUITS INTÉGRÉS :
Les raisons qui expliquent la prépondérance des CI dans les systèmes numériques sont
évidentes :
- grande concentration de circuits donc réduction de des dimensions de tous les systèmes
numériques.
- diminution des coûts en raison des moyens de production en grande série pour un même
type.
- les circuits intégrés sont plus fiables car ils diminuent le nombre d’interconnexions entre les
éléments. Avant les CI, les interconnexions se faisaient enter composants discrets (diode,
transistor, résistance). Maintenant, l’essentiel des connexions se trouve à l’intérieur du circuit
intégré à l’abri d’une mauvaise soudure, de coupures et de la corrosion.
- la consommation due à leur faible dimension (intégration) entraîne la suppression de moyen
de ventilation spécifique.
III- INCONVÉNIENTS :
Il est concevable qu’il existe des choses qui ne sont pas à la portée des CI :
- 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 :
- le condensateur de forte valeur.
- l’inductance.
- le transformateur.
Mais cette tendance se modifie, on voit apparaître des composants hybrides.
IV- DOMAINE D’UTILISATION :
Les CI sont utilisés dans le traitement numérique de l’information
V- LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES :
Elles sont de deux ordres :
- TTL ou DTL ou ECL : elles utilisent le transistor bipolaire comme élément de base
- PMOS ou NMOS ou CMOS : elles utilisent comme technologie le transistor MOS
VI- TERMINOLOGIE DES CI NUMÉRIQUES
Malgré le grand nombre de fabricants de CI, la terminologie est utilisée presque de façon
normalisée (sauf les Japonais)
Elles sont toutes deux définies en fonction de critères tension/courant selon l’état des
entrées/sorties de la porte logique de la porte logique.

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Lettres principales : lettre « I » symbolise : _________________________
lettre « V » symbolise : _________________________
Lettres caractéristiques :
lettre « O » symbolise : _________________________
lettre « I » symbolise : _________________________
lettre « L » symbolise : _________________________
lettre « H » symbolise : _________________________
Les critères deviennent donc :
- 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
- 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
- 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
- VIL : ___________________________
- VIH : ___________________________
- IIL : ___________________________
- IIH : ___________________________
Tableau 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
VII- IMMUNITE 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.

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VIII- SORTANCE : facteur de charge
Elle est définie comme étant le nombre maximal d’entrées logiques standards qui peuvent être
pilotés sans problèmes par une sortie
IX- CONSOMMATION :
La consommation est le produit UxI avec I le courant moyen de fonctionnement d’une porte
I = (II+IH)/2
X- EXERCICE DE REFLEXION :
- Donner le nombre de circuits TTL que l’on peut alimenter à l’état bas à partir d’une TTL
- Donner le nombre de circuits TTL que l’on peut alimenter à l’état haut à partir d’une TTL
- Déterminer la marge de bruit pour une association de circuits TTL, puis pour une association
de circuits CMOS à l’état haut et à l’état bas
B- TECHNOLOGIE TTL :
LOGIQUE A COURANT :
Il est possible de classer les familles logiques suivant l’écoulement du courant entre la sortie
et l’entrée
- Injection de courant
C’est quand la sortie de la prote logique qui est à "un" alimente l’entrée de l’autre porte
logique avec un courant IIH cette entrée joue essentiellement le rôle d’une résistance
raccordée à la masse
- Absorption de courant :
C’est quand la sortie d’une porte est au "zéro" et qu’elle est alimentée par une entrée IIL.
Cette entrée joue le rôle d’une alimentation.
I- FAMILLE LOGIQUE TTL :
A l’heure actuelle la technologie TTL est de loin la plus répandue.
Soit la constitution de cette porte
E1
E2
Q1
R1 1.4k R2 1.6k R4 130
Q2
Q3
D1
Q4
R3 1k
Vcc
Gnd
Commentaire :
Ce montage est constitué d’un transistor qui possède plusieurs émetteurs (maximum 8) pour
un montage multi-entrées
Les transistors Q3 et Q4 sont montés en totem

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II- CARACTERISTIQUES DE LA SERIE TTL STANDARD :
En 1964 la société TEXAS lance la première série de circuits intégrés TTL la série 54/74
Série 54 : 4,5 v < Vcc < 5,5 v – 55°C < T° <125°C
Série 74 : 4,75v < Vcc < 5,25v 0°C < T° < 79°C
La série 54 a un domaine d’application spatial et militaire.
L’uniformisation des circuits est acceptée au point de vue brochage et numérotation, mais
chaque constructeur y appose son signe tels DM pour National Semi-conducteur, SM pour
Texas Instrument, et S pour Signetics
III- TENSIONS MAXIMALES NOMINALES :
Le dépassement de la tension 5,5v sur une entrée peut détruire la jonction BE du transistor Q1
polarisé en inverse
On impose aussi une limite en tension négative au niveau d’entrée logique bas qui est
de -0,5V
Au delà on risque de faire entrer en conduction des diodes de protection de la porte et on
absorbe un courant important
IV- CONSOMMATION :
A partir des documents calculer la puissance dissipée par un CI, par une porte
V- RETARD DE PROPAGATION :
Donner le temps de propagation moyen d’une porte TTL
VI- AUTRES SERIES TTL :
Série TTL L : 74L00 :
Série périmée, de faible consommation, où les résistances sont beaucoup plus élevées.
D’où l’augmentation des temps de propagation. On les utilise dans les calculatrices de poche
elle a été remplacée par la LS et l’ALS
Série TTL H 74S00 :
Cette série aussi périmée était plus rapide car les résistances de la série standard ont été
diminuées le temps de propagation est très court 6 ns mais cela se fait au détriment de la
puissance consommée par la porte
Série TTL S 74S00 :
Les séries précédentes utilisaient des transistors qui sont à saturation quand ils conduisent qui
provoquent un retard Ts quand on passe de l’état bloqué à l’état saturé et vis et versa
On place alors une diode DAS ou schottky entre la base et le collecteur
Série TTL LS 74L00 :
Cette série faible consommation doit ses performances à l’augmentation des résistances ; elle
devient donc moins rapide Tp = 9,5 ns Pd = 2mW elle est le standard de base actuel
Série TTL ALS 74ALS00 :
Cette série est la plus performante de toutes les séries avec Tp = 1,7 ns et Pd = 8mW

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VII- CARACTERISTIQUES DES CIRCUITS TTL :
- Toutes les entrées des circuits TTL non raccordées se comportent comme des entrées au
niveau "1"
- Quand une entrée est non connectée on dit qu’elle est flottante
- La résistance de rappel à la masse est définie par Rmax = VILmax/IIL
- Lors de la commutation de la sortie TOTEM il se produit un pic de courant important plus
de 40mA (par x circuits l’alimentation s’écroule) c’est pourquoi on utilise des
condensateurs de découplage de 10 à 100 nF placés entre Vcc et le Gnd
VIII- AUTRES TECHNOLOGIES :
TTL à collecteur ouvert :
Problème : réaliser le logigramme de la fonction S = AB . CD . EF
Si on réalise cette fonction avec des portes NAND il nous faut rajouter "2" portes en plus
On obtiendrait le même résultat si on réalise un "ET" en logique câblé.
Que se passe-t-il si les portes sont constituées d’étage TOTEM ?
Le courant traverse Q3a et Q4b la diode et une résistance interne de 130 ohms la porte
logique peut être endommagée (plus de 38 mA)
Pour remédier à ce problème on réalise des portes à collecteur ouvert. Q3, D, R ont disparu.
Il nous appartient de choisir la résistance Rc. Cette résistance doit être choisie pour qu’on ne
dépasse pas le seuil de 16 mA à l’état bas. On fixe généralement 5 mA car il faut alimenter les
autres circuits.
TTL trois états :
La base de Q3 est reliée à une borne de validation à travers une diode.
Si E = 1 aucun effet la porte fonctionne normalement
Si E = 0 la diode est passante et on bloque Q3. Q3 et Q4 bloqués donc grande impédance.
On utilise ce genre de circuit lors du contrôle d’un passage de signal comme tampon
C- LES CIRCUITS NUMERIQUES MOS :
I- TERMINOLOGIE:
Métal Oxyde Semi-conducteur. Tire son nom du procédé de fabrication (une électrode sur un
oxyde qui sert d’isolant entre l’électrode et le substrat semi-conducteur.
Les transistors de la technologie MOL sont des transistors à effet de champ. La plupart des
circuits intégrés MOS sont réalisés exclusivement à partir de transistors.
Avantages :
Faible coût
Petite dimension
Faible consommation
Facilité de fabrication
Les CI MOS n’utilisent pas d’éléments résistifs
Inconvénient :
Faible vitesse de commutation