Technologie des circuits intégrés

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 1000000 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

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 10101 Porte Ou et Non Ou A chaque fois on a les sorties complémentées ECL10KH High Speed 10H101 MECL III Motorola ECL 3 générations ECL100K 100136 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%

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 = 2.4-0.4 = 2v La marge de bruit est pour un niveau logique bas VIL MAX VOL MAX = 0.8 0.4 = 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

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

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 2 3,5 2 3,85 2 2 2 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

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

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

Dans le cas ou E1 = E2 = 0v T1 : conduit : ICSAT = 0 donc T1 est saturé VB2 : E1 + 0.2v => 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

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

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