| Les premiers circuits intégrés sont sortis sur le marché dans
les années 70 en technologie DTL et TTL. Cette technique avait quelques inconvénients
comme nous allons le voir et les constructeurs se sont évertués à nous offrir des
circuits plus rapides, plus économes, plus fiables. Visite guidée... |
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Avant de commencer, voyons le marquage des composants :
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| SN |
74 |
HCT |
00 |
N |
Identification constructeur
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54 : militaire
gamme de température :
-55°C 125°C
74 : civil
gamme de température :
-40°C 85°C |
Famille technologique.
(S, LS, ALS, HC, HCT etc.) |
fonction réalisé par le circuit.
(NAND, OR, multiplexage etc.) |
Type de boitier
(DIL etc.) |
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Avertissement :
Les données chiffrées ci-dessous ne sont données qu'à
titre indicatif, il s'agit d'un ordre de grandeur |
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Quelques notions sur les niveaux hauts et bas:
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Comme
nous l'avons vu au chapitre précédent, nous allons faire fonctionner nos circuits avec
des tensions qui provoqueront le basculement ou pas de la sortie. Les entrées vont
réagir à un niveau de potentiel qui sera souvent déterminé par la technologie
utilisée.
Quelques définitions :
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- O = Ouput - Sortie
- I = Input - Entrée
- L = Low - Bas
- H = high - Haut
- Vol max = tension de sortie niveau bas
maximum à 8 mA
- Vil max = Valeur maximum du niveau bas en
entrée
- Vih min = Valeur du niveau haut minimum
en entrée
- Voh min = Tension de sortie niveau haut
minimum
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La
famille TTL :
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Technologie TTL standard |
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Cette
famille utilise des transistors bipolaires et son nom vient de "Transistor Transistor
Logic". Dans cette famille technologique, les transistors travaillent en saturation
blocage. L'inconvénient majeur est que cela influe sur la rapidité de commutation et
limite la fréquence d'utilisation, de plus la consommation est importante.
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| Tension
alimentation |
5V +/- 5% |
| Temps
de propagation |
10 ns |
| Consommation |
10 mW |
| Fréquence
max |
25 MHz |
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| Voh
Min |
2,4 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,4 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Ci-dessus voici la
structure d'une porte NAND en technologie TTL. Remarquez le transistor à deux
entrées. |
Remarquez
également que les entrées "en l'air" vont venir tout naturellement se porter
au niveau haut (-Vbe) |
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| Technologie
TTL L (Low Power) |
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| La
technologie standard se caractérise par une forte consommation de puissance sous 5V. Les
constructeurs vont augmenter la valeur des résistances de manière à diminuer le
courant. Ceci aura un effet induit gênant, la vitesse sera réduite |
| Tension
alimentation |
5V +/- 5% |
| Temps
de propagation |
30 ns |
| Consommation |
1 mW |
| Fréquence
max |
5 MHz |
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| Voh
Min |
2,4 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,3 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Technologie
TTL S ( Schottky) |
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| Les
transistors travaillent en saturation-blocage. Les bases des transistors accumulent des
charges, lors de la saturation, qu'il faut évacuer avant de changer d'état. La solution
trouvée consiste à intercaler en base et collecteur une diode Schottky qui limitera
cette accumulation ce qui naturellement améliorera le temps de commutation.
L'inconvénient de cette technologie est toujours une forte consommation de courant. |
| Tension
alimentation |
5V +/- 5% |
| Temps
de propagation |
3 ns |
| Consommation |
20 mW |
| Fréquence
max |
75 MHz |
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| Voh
Min |
2,7 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,5 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Technologie
TTL LS (Low Schottky) |
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| Cette
technologie utilisent des techniques du TTL L pour réduire la consommation et du TLL S
pour la rapidité de commutation, car la consommation est prohibitive dès lors que le
nombre de circuits intégrés augmente. |
| Tension
alimentation |
5V +/- 5% |
| Temps
de propagation |
9 ns |
| Consommation |
2 mW |
| Fréquence
max |
30 MHz |
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| Voh
Min |
2,7 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,5 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Technologie
TTL F (fast) |
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| Le
marché a besoin de circuits de plus en plus rapide, la réponse est apportée par la
technologie F (fast) |
| Tension
alimentation |
5V +/- 5% |
| Temps
de propagation |
6 ns |
| Consommation |
5 mW |
| Fréquence
max |
100 MHz |
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| Voh
Min |
2,7 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,5 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Technologies
AS et ALS |
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La
technique progresse y compris pour les transistors bipolaires, les technologies
"A" pour advanced apparaissent début 1990. Dans la technologie ALS, le L est
pour Low .
L'amélioration a porté sur la réduction de la taille des transistors. |
| Tension
alimentation |
5V +/- 5% |
| Temps
de propagation |
7 ns |
| Consommation |
5 mW |
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| Voh
Min |
Vcc |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,4 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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La
famille CMOS :
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La
première famille CMOS apparue sur le marché était la série 4000. Elle se
caractérisait par une consommation incroyablement faible comparativement au TTL, la
tension d'alimentation comprise entre 3 et 18V laissait une incomparable liberté au
concepteur mais grave inconvénient, elle était lente et incompatible avec les TTL.
Si une entrée " en l'air" d'un circuit TTL se positionne au niveau haut
automatiquement, il est impératif en technologie CMOS de relier les entrées inutilisées
au potentiel d'inactivation. Comme les impédances de ces portes sont très élevées,
n'importe quel signal s'y développe et peut provoquer un fonctionnement erratique.
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| Série 4000 |
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| La
première apparue suivie par la série B comme bufférisée. On change complètement de
technologie puisque l'on passe des bipolaires au CMOS. |
| Tension
alimentation |
3 à
15 V |
| Temps
de propagation |
40 ns |
| Consommation |
0,1 mW |
| Fréquence
max |
12 MHz |
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| Voh
Min |
4,9 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,1 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Séries HC et
HCT |
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La
série 74HC s'alimente entre 2 et 6V ce qui la rend compatible avec les TTL pour
l'alimentation tout en conservant les qualités des MOS en regard de la consommation, de
plus ce sont des séries rapides avec des temps de transit très faibles.
La série HCT a été développée plus particulièrement pour la compatibilité avec les
TTL surtout pour ce qui concerne les seuils d'entrée.
Toute la série T est compatible TTL |
| Tension
alimentation |
5V +/- 10% |
| Temps
de propagation |
14/15 ns |
| Consommation |
0,1 mW |
| Fréquence
max |
50 MHz |
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| Voh
Min |
4,9 V |
| Vih
Min |
3,5 V |
| Vol
Max |
0,1 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Séries AC et
ACT |
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| Ac pour
"advanced CMOS" Le T indique la compatibilité avec le TTL |
| Tension
alimentation |
2-6 pour Ac
et 6 Pour ACT |
| Temps
de propagation |
5 ns |
| Consommation |
0,1 mW |
| Fréquence
max |
70 MHz |
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| Voh
Min |
4,76 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,44 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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| Séries LV,
LVC, LVT,ALVC |
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LV pour
"Low Voltage". Ces circuits s'alimentent avec une tension de 3,3V, cette
technologie est apparue en 1993 et est compatible TTL pour les LVT.
Les AVC travaillent sous 1,8V |
| Tension
alimentation |
3,3 V |
| Temps
de propagation |
2,5 ns |
| Consommation |
0,1 mW |
| Fréquence
max |
150 MHz |
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| Voh
Min |
2,2 V |
| Vih
Min |
2 V |
| Vol
Max |
0,55 V |
| Vil
Max |
0,8V |
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La
famille ECL :
C'est une technologie rapide (Emitter coupled Logic), elle a l'inconvénient d'être
grande consommatrice de courant
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La
famille BiCMOS :
Nous constatons la complémentarité des technologies
bipolaire et CMOS. Les transistors bipolaires permettent un courant important
(relativement), un CMOS a une impédance élevé d'entrée et ne consomme pas.
La technologie BiCMOS , partant de ce constat utilise des transistors bipolaires pour
piloter les charges et des CMOS pour réaliser les fonctions logiques, le tout étant
intégré sur un même substrat. |
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Tableau comparatif entre la technologie bipolaire et CMOS |
| Bipolaire TTL |
CMOS |
- tension d'alimentation stricte à 5V
- Immunité au bruit inférieure à celle du CMOS
- plus de courant transitant
- basse impédance d'entrée
- possibilité de laisser les entrées inutilisées en l'air
- utilisation décroissante.
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- tension d'alimentation comprise entre 3 et 18V
- Immunité au bruit > au TTL
- pas de courant
- Forte impédance d'entrée
- obligation de polariser les entrées en l'air
- Préférence des concepteurs
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Quelques conseils d'utilisation :
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- Respectez les données constructeurs et la technologie
employée. Un 7400 TTL pourra survivre alimenté à 8V mais pas longtemps
- Découplez chaque alimentation de circuit intégré par un
condensateur de 10 nF.
- Veillez à alimenter vos montages à CI par une
alimentation propre, exempte d'oscillations et/ou d'ondulations, ceci provoque des
comportements erratiques difficilement discernables.
- En TTL vous pouvez laisser des entrées en l'air bien que
quelques résistances de tirage à la masse ou au +VCC ne coûtent pas cher, jamais en
CMOS.
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