Électronique Numérique

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1 Électronique Numérique Plan de Cours 1 Circuits électroniques numériques: introduction Analogique/ numérique Technologie des transistors Transistor a effet de champ NMOS PMOS CMOS Opérateurs élémentaires Opérateurs logiques élémentaires booléens 2 1

2 Sstèmes de Numération Le sstème décimal Sstème binaire (code binaire naturel) Autres bases liées Transcodage d une base vers une autre Code DCBN Code non pondéré: le code binaire réfléchi ou code de Gra Code barre code ASCII American Standard Code for Information Interchange 3 Sstèmes de Numération Arithmétique binaire Addition Multiplication Soustraction Division Représentation des nombres négatifs Multiplication de nombre signés Codage des nombres réels (norme IEEE 754) Contrôle d erreurs Détection d erreur par CRC Code correcteur de Hamming 4 2

3 Snthèse Combinatoire Représentation algébrique d une fonction booléenne Propriétés de l algèbre de Boole Forme canonique d une fonction Booléenne Représentation minimisée d une variable booléenne Méthode Algébrique Méthode de Karnaugh Rappel sur les opérateurs Opérateurs étendus Opérateur combinatoire étendu: le multipleeur Circuit combinatoire spécifique: le transcodeur 5 Snthèse Combinatoire Unité Arithmétique et Logique (ALU) Snthèse en NAND Snthèse en NOR Réseau logiques programmables Les mémoires mortes (ROM) Méthodes de snthèse combinatoire Critères de compleité 6 3

4 Logique Séquentielle Bascules R S Bascules snchrone RSH Bascules D a déclenchement sur front ou niveau Bascules J-K, T 7 Logique Séquentielle monostable Circuit intégré NE555 Compteurs / décompteurs snchrones et asnchrones Registres à décalage séquenceurs 8 4

5 Conversion Analogique / Numérique CAN simple rampe CAN double rampe CAN parallèle CNA résistances pondérées CNA réseau en échelle 9 Circuits électroniques numériques: introduction 10 5

6 Analogique/ numérique Signal analogique: fonction de tpe courbe % temps Signal numérique (ou digital): histogramme (représentation discrète) Échantillonnage (sampling) prélèvement périodique Fréquence d échantillonnage Eemple: CD 44.1kH Quantification: Codage sur N bits CD: 16 bits (dont 8 utiles) stereo taille support CD: =780Mo 11 Signal numérique Qualité signal numérique: fréquence d échantillonnage et quantification Réduire la qualité: diminuer le coût de stockage diminuer le coût de la numérisation diminuer les temps de traitement tenir compte du nombre de valeurs nécessaires selon l'application tenir compte des limitations matérielles 12 6

7 Circuits numériques Fonctionnement discret: utilisation de «0» et de «1» emploi de transistors Pentium IV = fonctionnant en régime de commutation (tpe interrupteur commandé) Analogie hdraulique: une vanne commande une canalisation 13 Technologie des transistors Famille TTL ( transistor / transistor logique): 0 /5V Famille MOS (Metal Ode Semi conducteur) canal N ou P ou techno CMOS Fonctionnent en mode saturé Intérêt MOS Plage 3-18V Sortance élevée Densité d intégration sur une puce Immunité au bruit 0,4 Inconvénient: temps de commutation inférieur TTL (10ns contre 70ns) 14 7

8 Transistor a effet de champ NMOS Représentation grille drain source Passant entre drain et source si la grille est à (=1) 15 Transistor a effet de champ NMOS drain source drain source 16 8

9 Transistor a effet de champ PMOS: technologie duale drain source drain source 17 Un premier montage de circuit numérique R Déterminer l état de la sortie logique en fonction de l entrée binaire Intégration dans une puce: limitée à cause de la résistance 18 9

10 Amélioration du montage en vue de son intégration La résistance est remplacée par un transistor de charge dit à déplétion Ce transistor a un comportement de tpe résistif entre Drain et Source et est donc toujours passant Opérateur NOT Démontrer que si = 0, =1 si = 1, = 0 19 Eercice 1 Présenter sous la forme d un tableau l état de la sortie en fonction des entrées et 20 10

11 Eercice 2 Etablir la table de vérité =f(,) 21 Dualité PMOS NMOS 22 11

12 Technologie CMOS Disparition des transistors de charge Diminution de la consommation d énergie: Interrupteurs: P=0, conso. uniquement à la commutation Nbre de transistor 2n contre n+1 pour la même fonction 23 Eercice Proposer les montages en technologie CMOS permettant de réaliser les fonctions NAND2, NOR2, AND2 et OR