Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Composants de 1'electronique logique 75 5 LOGIQUE ELECTRONIQUE. 5-1 de I'analog

Composants de 1'electronique logique 75 5 LOGIQUE ELECTRONIQUE. 5-1 de I'analogique au num6riaue. 5-1-1 introduction. Un circuit electronique est obtenu par association de dispositifs elementaires (dipoles ou quadripoles, passifs ou actifs, lineaires ou non, polarises ou non). Ces circuits peuvent etre utilises de fagon analogique pour traiter un signal electrique (evolution dans le temps du potentiel d'une electrode) par exemple pour son amplification, filtrage, transposition de frequence (modulation) mais dans tous ces systemes, et en dehors de I'utilisation d"'informations a priori" (de localisation de la bande spectrale utile), tous ces traitements ne peuvent que degrader le rapport Signal sur bruit (R(S/B)). La consequence de tout cela est que la complexite de traitements qu'un signal peut subir, avant de disparaTtre dans le bruit, est tres limitee. L'electronique integree a encore complique le probleme puisqu'elle rend impossible, a posteriori de la construction, les eventuels reglages de polarisation, de linearisation de caracteristique... etc... Dans certains cas, et au prix de compromis sur la densite informatique du support, on peut fiabiliser les traitements et les rendre "robustes" au bruit ambiant. Cette electronique reste analogique dans son fonctionnement mais ('interpretation se fait "par plage". Elle est encore appelee electronique multivalued, et a ('extreme limite (qui est le cas usuel), elle peut etre electronique binaire comme sur la figure 5-1. I—————I——P^ Signal analogique = 4.0 + 0.5 Volt 3 °' ' b , fl, ,1,° , ,10, Vojt * ^44 —///////y/Hv///////!^ Signal multi-value V(to)ea=[2.5 ,5.5] FauxO, , Vrai 5 10 \jr.-\\ /\///////.^ Signal binaire V(to) = Vrai (= 1) Figure 5-1 Interpretation "SURE" d'une information "bruitee" Dans ce cas, ('information sera supportee par 2 etats de "charge" distinctes des capacites (parasites ou non) associees a chaque equipotentielle (une equipotentielle est un sous ensemble de conducteurs en "court circuit" reliant, dans un circuit certaines entrees a certaines sorties...) 76 F. JDevos On va voir de plus que les non linearites necessaires ne sont pas forcement a introduire specifiquement et peuvent exploiter les non linearites propres des dispositifs mis en oeuvre... On peut done souvent en profiter pour simplifier les schemas et faire disparattre les blocs de compensation ou de polarisation en zone lineaire. 5-1-2 Materiel de base de I'electronique loaique. On peut definir la liste des dispositifs elementaires necessaires aux circuits numeriques et decrire leur caracteristique au niveau electrique ou logique (Figure 5-2). II y a la source de tension et la reference de masse qui permettent en general de definir les 2 etats de tension haut et bas, puis la resistance, le condensateur (voulus ou parasites), la diode que Ton peut reduire le plus souvent a sa fonction de redressement (I > 0) et les transistors, bipolaires ou MOS avec des variantes (npn, pnp, Canal n, Canal p, normaly on ou off). Ces elements sont d'abord j assembles en portes qui regroupent differentes fonctionnalites. Vcc Source de tension V = Vcc Resistance Condensateur 0 = C.V Diode Transistors ,D dc d - A s VBE = -A Y'GSX. id = g-(vos - vp) Figure 5-2 Composants elementaires de Velectronique numerique "En logique des entrees", des entrees sont d'abord "combinees" par un bloc combinatoire mais avant cascadage et "distribution" il faut "regenerer" le niveau electrique et preparer le signal a supporter I'action du bruit sans perte d'information, c'est a dire sans ambiguite d'interpretation. On se doute que ce bloc de regeneration doit augmenter la puissance des signaux de sortie (faible impedance) et produire des niveaux "au gabarit". II doit done contenir un amplificateur saturabie. En logique des entrees, la distribution se fait done directement apres amplification par application du potentiel de sortie aux differentes entrees qui doivent utiliser le signal issu de cette porte (I'aptitude d'une porte a supporter en puissance la gestion d'un certain nombre d'entrees s'appelle la sortance). En logique binaire, il existe deux types de circuits combinatoires simples : Composants de 1'61ectronique logique 77 \es circuits a diode et ceux a interrupteurs (figure 5-3), les premiers utilisant des diodes comme element non lineaire. De ce fait, etant purement passif, le gain en puissance d'un tel bloc ne peut etre qu'inferieur a 1, la sortance egalement. On peut le verifier en remarquant que la puissance disponible en sortie ne peut qu'etre inferieure a la puissance necessaire a sa commande puisque c'est precisement celle-ci qui absorbera la premiere pour modifier I'etat de sortie. En logique a diode, le bloc combinatoire est done suivi explicitement d'un amplificateur de regeneration. La combinatoire est realisee de la fagon suivante: eh ('absence d'entree a I'etat bas aucune diode ne peut conduire, aucun courant ne peut traverser la resistance (Figure 5-3a), I'etat de sortie est haut (sauf si I'amplificateur est inverseur...); la fonction logique realisee est le ET logique (le NAND si I'amplificateur est inverseur); nous verrons que ce schema est a la base de la famille TTL. Vcc Vcc a) Logique a diode b) Logique a interrupteur commande Figure 5-3 Circuits de logique combinatoire. En logique a diode, il faut completer explicitement le bloc combinatoire par un "buffer" regenerateur On peut egalement realiser d'autres fonctions par exemple un NOR (Figure 5-3a) compose d'un OU et d'un amplificateur "inverseur" (il suffit d'une entree a 1 (haut) pour que le point commun des deux diodes soit a un potentiel haut, done que le transistor soit sature avec S2 a I'etat bas). Ce simple transistor semble capable de realiser la fonction de regeneration (Ce montage fut a la base d'une logique aujourd'hui abandonnee, la DTL). En "logique a interrupteur", le composant de base presente habituellement du gain puisqu'il faut moins d'energie pour le commander qu'il peut en liberer. Une porte composee d'interrupteurs pourra done etre auto regeneratrice. Remarquons que si la porte n'est composee que d'interrupteurs, il n' a pas de "charge" a proprement parler. Dans ce cas, I'assortiment des commandes doit etre capable, (quelle que soit la combinaison) de fermer un chemin et un seul, soit de la sortie vers la masse, I'etat de sortie vaut alors 0, soit de la sortie vers la source de tension, I'etat vaut alors 1. 78 F. Devos 5-1-3 Fonction de r6a6n6ration La cascadalite a grande echelle des portes logiques passe par une regeneration de la quantite des signaux a chaque etage. Soit un signal de sortie interprete comme un 1 logique. Ce signal doit etre applique sur une ou plusieurs entrees sans incertitude d'interpretation. Or, le bruit ambiant se traduira forcement par un certain etalement de la plage des tensions possibles (Figure 5-4). II faut done que la plage d'interpretation d'une entree soit plus grande que la plage de sortie, et la fonction de regeneration consistera en une reconcentration du signal de sortie pour une plage d'entree donnee. tPs +Pe Plage de sortie d'etat i Plage d'entree d'etat i pour la porte suivante Plateau de pente faible Pe(i) > Ps(i) Figure 5-4. Une fonction de transfert non lineaire a deux plateaux de gain aussi faible que possible peut servir de regenerateur d'etat logique. Le morceau de caracteristique qui mettra en correspondance cette plage d'entree avec cette plage de sortie, doit done etre de gain inferieur a 1 et meme aussi faible que possible. La caracteristique globale doit malgre tout rester alignee sur une droite de pente 1 (ou - 1 dans le cas inverseur) pour qu'une plage de sortie soit centree par rapport a la plage d'entree correspondante. Elle ressemblera done par exemple a la courbe de la figure 5-4b et sera composee de 2 plateaux aussi horizontaux que possible, fatalement relies par une zone de pente superieure a 1 en valeur absolue (zone de gain). Sur ce dessin, on a de plus une representation graphique de la marge de bruit en tension, c'est a dire de I'amplitude du bruit supportable sans risque de deterioration de ('information; cette marge de bruit vaut la moitie de la difference entre les plages d'entree et de sortie. Nous avons deja vu une telle caracteristique a propos des montages de base a transistor, par exemple (Figure 5-5) avec le montage amplificateur a emetteur commun fonctionnant en grands signaux (de 0 V a la tension d'alimentation Vcc). De part et d'autre d'une zone lineaire de gain negatif, les modes de bloquage et saturation introduisent des plateaux tout a fait utilisables pour "regenerer" les signaux logiques. Ce montage tres simple est utilise dans les logiques MOS. Le principal inconvenient en logique bipolaire est que I'un des etats correspond a un mode sature du transistor, Composants de 1'electronique logique 79 or nous avons vu qu'a cet etat correspondait une certaine lenteur devolution Nee au temps de recouvrement de la charge stockee dans la base. On peut d'ailleurs ameliorer le fonctionnement en detournant la charge de saturation dans une diode Schottky (famille TTL-S). Dans le montage collecteur commun, (Figure 5-6a), si la tension d'entree reste comprise entre masse et Vcc, le transistor ne peut plus se saturer puisque Vbc ne peut devenir positive. Dependant la caracteristique ne presente plus qu'une non linearite et un plateau. Le montage suivant (Figure 5-6b) est appele dephaseur car il fournit dans certaines conditions deux signaux en opposition uploads/Philosophie/ logique-2.pdf