Technologie des circuits intégrés

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1 Technologie des circuits intégrés 1. Classification SSI : Single Scale of Integration Intégration à petite échelle Le nombre de porte est inférieur à 10 MSI : Middle Scale of Integration Intégration à moyenne échelle Le nombre de porte est comprit entre 10 et 100 LSI : Large Scale of Integration Intégration à grande échelle Le nombre de porte est compris entre 100 et 1000 VLSI : Very Large of Integration Intégration à grande échelle Le nombre de porte est supérieur à 1000 voir plus de pour les circuits mémoires 2. Les familles logiques TTL : Transistor Transistor Logic Logique tout transistor, en entrée comme en sortie Elle utilise des transistors bipolaires NPN et PNP ECL : Emiter Coupled Logic Logique a couplage d émetteur Cette logique est non saturé est utilise également les transistors bipolaires CMOS : Complementary MOS Logique utilisant des transistors NMOS et PMOS On note de se fait qu il n y a aucun courant d entrée 3. La famille TTL Série N : Normal 74xx 10mW 10ns 7400 : 4 portes NAND à deux entrées Série L : Low Power 74Lxx 2mW 15ns Basse puissance Série S : Schottky 74Sxx 20mW 3ns Utilise des diodes Schottky, beaucoup plus rapide et consomme plus Série LS : Low Power Schottky 74LSxx 2mW 10ns Série ALS : Advenced Low Power Schottky 74ALSxx 1.2mW 4ns Série AS : Advenced Shottky 74ASxx 8.5mW 1.5ms

2 Série F : Fairchild Advenced Schottky TTL 74Fxx 5.5mW 3ns Facteur de mérite : F = P x tpd P : puissance par porte Tpd : temps de propagation 4. Les familles ECL ECL10K Porte Ou et Non Ou A chaque fois on a les sorties complémentées ECL10KH High Speed 10H101 MECL III Motorola ECL 3 générations ECL100K compteur binaire 4 bits 5. Famille CMOS La technologie CMOS ne consomme rien, sauf lors d un changement d état, la puissance varie en fonction de la vitesse de commutation Ne Jamais Laisser Une ENTREE en L AIR, même si elle N EST PAS UTILISER Les premiers processeurs sont en CMOS Série normale : 40xx Série HCMOS : High Speed : Technologie CMOS plus rapide Série 74HC : Série 74HCT : Série 74AHC : 74HC xx Circuit qui remplace la technologie TTL 74LS 74HCT Technologie CMOS compatible avec la TTL Advenced High Speed CMOS 6. Caractéristique électrique a. Tension d alimentation En TTL : Vcc : Voltage Commun Collecteur 5v +/- 5% Série Militaire : 54xx : Vcc 5v +/- 10% En CMOS : Vdd : Voltage Commun Drain CMOS 40xx : Vdd de 3v à 15v HCMOS : Vdd de 2v à 6v HCT : Vdd 5v +/- 10%

3 En ECL : Vee : Voltage Commun Emetteur -5.2v b. Découplage des alimentations Il est nécessaire d ajouter un condensateur de découplage de type plastique de 100nF, à placer au plus près des circuits intégré. A partir d une dizaine de circuit intégré il faut découpler la carte avec un condensateur de type électrolytique d environ 10µF c. Tension d entrée et de sortie aux niveaux haut et bas Entrée Niveau Bas : V ILmax : Voltage Imput Low Logic Level (Valeur maximale) CMOS : 30% de VDD TTL : 0.8v Entrée Niveau Haut : V IHmin : Voltage Imput High Logic Level (Valeur minimale) CMOS : 70%VDD TTL : 2v Sortie Niveau Bas : V OLmax : Voltage Output Low Logic Level CMOS : ε = 100mV TTL : 0.4v Sortie Niveau Haut : V OHmin : Voltage Output High Logic Level CMOS : VDD ε TTL : 2.4v L immunité au bruit ces la différence entre la tension délivré par une sortie et la tension nécessaire au bon fonctionnement d une entrée. En TTL : En CMOS : La marge de bruit est pour un niveau logique haut VOH MIN VIH MIN = = 2v La marge de bruit est pour un niveau logique bas VIL MAX VOL MAX = = 0.4v La marge de bruit pour un niveau logique haut VOH MIN VIH MIN = (V DD ε) (70% V DD ) = 1.5v La marge de bruit pour un niveau logique bas VIL MAX VOL MAX = (30% V DD ) ε = 1.5v On constate que c est la CMOS qui présente la meilleure immunité au bruit

4 d. Courant d entrée et de sortie au niveau haut et bas -1.6mA: lire moins de 1.6mA Entrée Niveau Bas : I IL : Courant d entrée au niveau logique bas (Valeur maximale) CMOS : 0 TTL : -1.6mA TTL LS : -0.4mA Entrée Niveau Haut : I IH : Courant d entrée au niveau logique haut (Valeur minimale) CMOS : 0 TTL : 40µA TTL LS : 20µA Sortie Niveau Bas : I OL : Courant de sortie au niveau logique bas (Valeur maximale) CMOS : Varie en fonction de VDD : VDD = 5v alors 400µA TTL : 16mA TTL LS : 8mA Sortie Niveau Haut : I OH : Courant de sortie au niveau logique haut (Valeur minimale) CMOS : 400µA pour VDD = 5v TTL : 400µA TTL LS : 400µA e. Tableau de valeur

5 Entrée Famille Alimentation v CMOS 74 STD 74 LS 74 HC 74 HCT 74 AHC 74 AS 74 ALS 74 LV 3v à 15v 5v 5v 2v à 6v 5v 2v à 6v 5v 5v 1 à 3,6v 5% 5% 10% 10% 10% VIH Valeur minimal v 3, ,5 2 3, VIL Valeur maximal v 1,5 0,8 0,8 1 0,8 1,65 0,8 0,8 0,8 Sortie Entrée Sortie VOH Valeur minimal v 4,95 2,4 2,7 4,9 3,7 3,8 2,7 2,7 3,1 VOL Valeur maximal v 0,05 0,4 0,4 0,1 0,33 0,44 0,4 0,4 0,4 IIH Valeur minimal A 1µ 40µ 20µ 1µ 1µ 1µ 2m 100µ 1µ IIL Valeur maximal A _1µ _1,6m _400µ _1µ _1µ _1µ _2m _100µ 1µ IOH Valeur minimal A _360µ _400µ _400µ _4m _4m _8m _2m _400µ _6m IOL Valeur maximal A 360µ 16m 8m 4m 4m 20m 4m 8m 8m Disipation 100kHz W 0,1m 10m 2m 0,17m 0,17m 0,06m 8,5m 1m TPHL, TPLH s 105ns 10ns 10ns 8ns 8ns 3,7ns 1,5ns 4ns 15ns

6 f. L entrance et la sortance On appel entrance l unité d intensité de courant électrique nécessaire au bon fonctionnement d une entrée Anglais : FAN IN Convention : En TTL : Niveau Bas : -1.6mA Niveau Haut : 40µA On appel sortance le nombre d entrée ayant une entrance de 1 que l on peut raccorder au maximum à une sortie. Sortance : Sortance : TTL : 1.6/1.6 => 10 à l état bas et à l état haut TTL LS : 20 à l état bas et à l état haut On peut remarquer qu il est préférable d utiliser pour comprendre une charge extérieure à l état bas et par rapport à l état haut. Le premier montage est recommandé IOL : 16mA tandis que le montage deux, IOH : 0.4mA g. Résistance de tirage et résistance de rappel Soit les deux montages suivant

7 Pour la 74 STD : TTL standard VIL 0.8 R = = = 500Ω I 1.6 ma IL VCC VIH 3 R ' = = = 75KΩ I 40µA IH Pour la 74 LS Typiquement : en 74 STD on prendra 470ohm dans le cas du montage 1, et 4.7kohm dans le cas du montage 2. VIL 0.8 R = = = 2kΩ I 0.4mA IL VCC VIH 3 R ' = = = 150KΩ I 20µA IH Typiquement : en 74 LS on prendra 1.8kohm dans le cas du montage 1, et 10kohm dans le cas du montage 2. Pour la technologie, on rappelle l absence de courant d entrée, dans les deux cas on emploi : 100kohm 7. Porte NON Et en TTL a. Le système avec sortie totem pole

8 Dans le cas ou E1 = E2 = 0v T1 : conduit : ICSAT = 0 donc T1 est saturé VB2 : E v => T2 bloqué T3 : bloqué T4 conduit donc Vs est relié à Vcc par l intermédiaire de D, T4, R4 Dans le cas ou E1 = E2 = Vcc T1 est bloqué, mais il se comporte comme une jonction basse collecteur ce qui a effet de faire conduire t2 et T3 VBE4 = VBE3+VCESAT2 :> VBE4 = 0 Donc T4 est bloqué. b. La sortie 3 états Grâce à ce type de sortie on dispose de trois états de sortie : Niveau haut, niveau bas, et haute impédance. Cette fonction disponible grâce à la commande : OE, permet de désactivé le niveau haut et bas, la sortie, et donc en l air (impédance très grande). Permet le multiplexage, ou la mise en parallèle de circuit en utilisant, un seul et unique fil, ou bus de donnée. c. Sortie, collecteur ouvert

9 Le collecteur du transistor est en l air, il est nécessaire de coder en tentions le niveau haut avec une résistance de tirage. On peut réaliser un ET câblé, en effet ci un des transistors viendrait à conduire, la sortie serai la tension VCESAT du transistor. 8. Interconnections a. Connections entre TTL et CMOS (5v) SORTIE TTL ENTREE CMOS POSIBILITE VOL : 0.4v VOH : 2.4v IOL : 16mA IOH : 400µA VIL : 30% VDD = 1.5v VIH : 70% VDD = 3.5v IIL : 0mA IIH : 0mA Impossible Il faut placer une résistance de tirage de 4.7kohm, à Vcc. b. Connections entre CMOS et TTL (5v) SORTIE CMOS ENTREE TTL POSIBILITE VOL : E = 100mV VOH : Vcc E : 4.9v IOL : 400µA IOH : 400µA VIL : 0.8v VIH : 2v IIL : 1.6mA IIH : 40µA Le raccordement direct est possible c. Connections TTL : 5v et CMOS : 12v

10 SORTIE TTL (sous 5v) ENTREE CMOS (sous 12v) POSIBILITE VOL : 0.4v VOH : 2.4v IOL : 16mA IOH : 400µA VIL : 3.6v VIH : 8.4v IIL : 0mA IIH : 0µA Impossible Il faut une résistance de 10kohm, relié à 12v d. Connexion CMOS 12v et TTL 5v SORTIE CMOS (sous 12v) ENTREE TTL (sous 5v) POSSIBILITE VOL : E = 100mV VOH : Vdd E : 11.9v IOL : 4mA IOH : 4mA VIL : 0.8v VIH : 2v IIL : 1.6mA IIH : 40µA Impossible Schéma