Caractéristiques des Circuits ntégrés Numériques Technologie TTL - Série 74 (Traistor Traistor Logic) Ou logique à traistor bipolaires Page 1 sur 15 Paramètres teio V Hmin : teion d entrée nieau haut Nieau de teion nécessaire pour aoir un 1 logique en entrée d un circuit logique Toute teion inférieure à ce nieau n est pas coidérée comme un état 1 (haut) Da cette série, il existe 7 grandes familles : TTL standard 74 x x TTL low power schottky 74 L S x x TTL low power 74 L x x TTL adanced schottky 74 A S x x TTL schottky 74 S x x TTL adanced low power schottky 74 A L S x x TTL fast 74 F x x Code de désignation : Exemple : SN 74 LS 00 N V Lmax : teion d entrée nieau bas Nieau de teion nécessaire pour aoir un 0 logique en entrée Toute teion supérieure à ce nieau n est pas coidérée comme un état 0 (bas) V OHmin : teion de sortie nieau haut Nieau minimal de teion en sortie d un circuit logique correspondant à l état logique 1 V OLmax : teion de sortie nieau bas Nieau maximal de teion en sortie correspondant à l Page sur 15 Pour un même numéro de type de circuit, la fonction et le brochage sont identiques. En général, c est la itesse (temps de propagation interne du signal) ou la puissance dissipée qui déterminent le choix d une famille. V OHmin V NH V Hmin teion V Lmax V NL V OLmax gammes des teio en sortie exigences des teio en entrée Cas d'un inerseur TTL Sorties d un circuit logique Page 3 sur 15 Structure de base Sortie normale (type totem-pôle) E R B Si E = Vcc traistor saturé S 0 Si E = 0 traistor bloqué S +Vcc Caractéristique de trafert V CC R C S Une sortie "totem-pole" est une sortie qui est capable de fournir les nieaux 0L et 1L. l est interdit, sous peine de court-circuit entre alimentation et masse, de relier ces sorties entre elles. Toutefois, si l'on souhaite augmenter la sortance d'une fonction, il est possible de connecter des sorties entre elles, à condition qu'elles fournissent chacune le même signal de sortie. Da le cas présenté ici, les états de sortie (0L ou 1L) sont obtenus par mise en conduction de T ou T3. Sortie collecteur ouert Une sortie "collecteur ouert" n'est capable de fournir que le nieau 0L... et rien d'autre. Le nieau 1L est fourni par une résistance externe dite résistance de rappel ou de "pull-up" (de l ordre de 1 kω à 10 kω). Ces sorties peuent être connectées entre elles et à une résistance de rappel afin de réaliser des fonctio - "ET câblé" et "OU câblé" - d'interfaçage (passage d'un nieau logique à un autre) - de multiplexage d'informatio et des connexio à un bus 3 Le montage à collecteur ouert, même en utilisant une résistance minimale, est beaucoup plus lent que les sorties TTL en totem-pôle. l ne faut pas utiliser ces circuits da les applicatio où la rapidité de commutation est un paramètre essentiel. Une aleur de R faible offrira un temps de montée plus court, au détriment d'une plus grande coommation 4
Sortie trois états (3-state output) Page 4 sur 15 Paramètres courants Page 5 sur 15 Une sortie "trois états" (three state) ou "3S" est une sortie qui est capable de fournir - le nieau logique "0" - le nieau logique "1"... et un état haute impédance qui permet la déconnexion, l'isolement de cette sortie du reste du système (T et T3 bloqués) Les sorties "trois états" sont faites pour être connectées entre elles sa résistance de "pull-up". Elles ont des temps de montée et de descente rapides et permettent les connexio à un bus de données ou d'adresses..., ce qui reient à un multiplexage temporel de ces signaux H : courant d entrée nieau haut (courant entrant) Courant qui traerse une borne d entrée quand une teion nieau haut est appliquée à cette entrée L : courant d entrée nieau bas (courant sortant) Courant qui traerse une borne d entrée quand une teion nieau bas est appliquée à cette entrée OH : courant de sortie nieau haut (courant sortant) Courant qui traerse une borne de sortie placée au nieau 1 da des conditio de charge spécifiées OL : courant de sortie nieau bas (courant entrant) Courant qui traerse une borne de sortie placée au nieau 0 da des conditio de charge spécifiées Cas des entrées non utilisées en logique TTL : H H H Une entrée non connectée (en l'air) est à l'état haut. l est toutefois coeillé de ne pas laisser une entrée en l'air, car elle deient seible aux bruits. Da la mesure du possible, elle doit être reliée à Vcc. On peut aussi la relier à une entrée utilisée ou à la masse, mais ceci augmente la coommation du circuit. Ne jamais réunir deux sorties normales eemble, risque de court-circuit! OH OL Etat haut Etat bas L L L V CC R C Seules les sorties à collecteurs ouerts peuent être reliées eemble. E S R B 5 6 mmunité aux bruits Page 6 sur 15 L immunité aux bruits d un circuit logique définit l aptitude du circuit à tolérer des teio parasites sur ses entrées. La mesure quantitatie de l immunité aux bruits est appelée la marge de bruit (noise margin). La marge de bruit à l état haut VNH est définie comme : V NH = V OHmin - V Hmin La marge de bruit à l état bas VNL est définie comme : V NL = V Lmax - V OLmax Temps de propagation (ou retards de propagation) Un signal logique qui traerse un circuit subit toujours un retard. Deux retards de propagation sont définis : t PLH : retard pour passer du nieau BAS au nieau HAUT t PHL : retard pour passer du nieau HAUT au nieau BAS Les retards sont mesurés entre les points à mi-hauteur des traitio d entrée et de sortie. Exemple d un inerseur : entrée V OHmin V NH V Hmin t PHL t PLH teion sortie V Lmax V OLmax V NL Généralement, t PHL et t PLH sont différents et arient tous les deux selon les conditio de charge. Ces temps de propagation serent généralement de mesure pour la itesse relatie des circuits logiques. gammes des teio en sortie exigences des teio en entrée Coommation 7 Tous les C en fonctionnement coomment une certaine quantité d énergie électrique. Cette énergie est délirée par une ou plusieurs teio d alimentation raccordées aux broches d alimentation du boîtier. Généralement il n y a qu une borne d alimentation par boîtier, appelé V CC (pour les TTL) ou V DD (pour les MOS). Si CC est le courant absorbé par le C, alors la puissance réelle coommée P D est le produit CC x V CC. En général, CC arie selon les états du circuit. On définit CCH lorsque toutes les sorties sont à 1, et CCL lorsque toutes les sorties sont à 0. Alors CCmoy = + CCH CCL ET P Dmoy = CCmoy x V CC 8
Sortance, Entrance Page 7 sur 15 Normalement, la sortie d un circuit logique doit piloter plusieurs entrées logiques. Lors des associatio de circuits, la somme des courants d entrée ne doit pas être supérieure au courant de sortie du circuit qui les commande. La sortance (fan out) est le nombre maximal d entrées que l on peut connecter à une sortie. Elle s exprime en Unité de charge Logique (U.L.). La définition d une charge unitaire est la suiante : 40 µa à l état HAUT et 1,6 ma à l état BAS. Ces aleurs correspondent à la série TTL standard. Autrement dit, le courant maximal qui entre par une entrée TTL standard da l état HAUT est Hmax = 40 µa, et le courant maximal qui quitte une entrée TTL standard da l état BAS est Lmax = 1,6 ma. OL max OL max Sortance à l état bas = = (en U.L.) L max 1,6 ma OH max OH max Sortance à l état haut = = (en U.L.) 40 µ A H max Comparaison des paramètres de différentes familles de logique TTL Teion d alimentation = 5 V Température ambiante = 5 C Capacité de charge = 15 pf V OHmin,4,4 TTL Page 8 sur 15 CMOS 74 74L 74F 74S 74AS 74LS 74ALS 74HC 4000B,4,7,7,7,7 V Hmin V OLmax 0,4 0,3 V Lmax 0,8 0,8 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 Même si ces facteurs de charge sont ceux de la série standard, on les utilise quand même pour exprimer les exigences d entrée et les capacités d attaque de la sortie de toutes les séries TTL. Entrance (fan in) : L max Entrance à l état bas = (en U.L.) 1,6 ma H max Entrance à l état haut = (en U.L.) 40 µ A Retard de propagation 10 Coommation 10 Marge de bruit à l état haut à l état bas 33 1 6 3 1,5 19 0 9,5 4 7 40 1 << << Sortance 40 0 50 50 50 0 0 10 Première génération - 74 : normale ou standard, la première introduite sur le marché - 74L : low power, faible coommation, applicatio lentes - 74F : high speed, itesse de commutation éleée 9 10 Deuxième génération les traistors ne fonctionnent plus en saturation grâce aux diodes Schottky (faible seuil 0,5) placées entre base et collecteur, ce qui réduit les temps de commutation. - 74S: applicatio rapides - 74LS : destinée à remplacer la série normale Troisième génération amélioratio par réduction des capacités de jonction. - 74AS : adanced Schottky ou F ( Fairchild adanced Schottky technology) - 74ALS : adanced low power Schottky Série 4000 CRCUTS NTÉGRÉS CMOS Principe : utilisation des traistors CMOS (PMOS ET NMOS) Page 9 sur 15 Caractéristique de trafert d'un inerseur CMOS 11 1
CMOS : Série 4000 Page 10 sur 15 Caractéristiques des circuits Page 11 sur 15 Les circuits CMOS (série 4000) sont moi rapides que les circuits TTL mais ils ont une coommation beaucoup moi importante. A l'heure actuelle, ces différences tendent à s'estomper puisqu'on fabrique des TTL à faible coommation et des CMOS rapides. Entrées inutilisées : Les entrées CMOS ne doient jamais rester non branchées, mais raccordées au 0 V, au VDD, à une autre entrée utilisée ou mises à la masse ou à VDD à traers une résistance. En effet, une entrée non connectée capte les signaux parasites, ce qui peut se traduire par une plus grande coommation et une surchauffe importante. 13 14 Page 1 sur 15 Page 13 sur 15 CMOS : Série 74 CMOS rapides (high speed CMOS) 74 H C x x et 74 H C T x x CMOS classiques 74 C x x (technologie identique à la série 4000) Les familles 74 HC et 74 HCT sont des circuits CMOS rapides et coommant trés peu comme toutes les familles CMOS. Elle se différencie de la famille CMOS 4000B par: une teion d'alimentation comprise entre V à 6 V une grande rapidité un plus grand courant de sortie, sortance plus éleée. La famille 74 HC est caractérisée par une grande immunité aux bruits contrairement au TTL et 74 HCT. La famille 74 HCT est née d'un besoin de compatibilité des signaux entre les TTL et les CMOS. 15 16
Page 14 sur 15 COMPATBLTÉ D ASSOCATON DES CRCUTS TTL ET CMOS Page 15 sur 15 17 18 19