Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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  La fonction OU Câblée    Bas de page  


La Fonction OU Câblée :


En ce qui concerne la TTL, la figure 28 explique clairement ce qui se passe au niveau des tensions et va vous permettre d'introduire de nouveaux paramètres.

Determination_des_seuils_dans_l_immunite_au_bruit.gif

Immunité au bruit.

Une norme a été établie (pour chaque technologie), elle définit les niveaux de tension, pour l'entrée et la sortie des opérateurs, qui symbolisent les deux états logiques, ceci dans le pire des cas (tolérance limite de fabrication, température ambiante et charge maximum).

Quand on connecte deux opérateurs, la sortie de l'un sur l'entrée de l'autre, il est nécessaire de connaître la marge qui subsiste pour chacun de ces états afin d'évaluer le risque d'un fonctionnement intempestif dû à des causes extérieures (parasites industriels, potentiel de masse fluctuant, ...) et prendre les mesures qui s'imposent dès le départ pour éviter tout échec.

Ceci se concrétise é l'état 0, ou niveau bas de tension, par l'écart entre la tension maximum que peut prendre la sortie de l'opérateur précédent, pour cet état, et le niveau maximum que l'entrée de l'opérateur suivant considèrera encore comme un niveau bas.

Au delà, il l'interprètera comme un changement d'état et son niveau de sortie sera modifié en conséquence.

A l'état 1, ou niveau haut de tension, ceci se concrétise par l'écart entre la tension minimum que peut prendre la sortie de l'opérateur précédent et le niveau minimum que l'entrée du suivant interprètera encore comme un niveau haut.

En deçà, il considèrera qu'il s'agit d'un changement d'état et son niveau de sortie sera modifié en conséquence.

Ces écarts de tension caractérisent les marges de bruit, à l'état bas et à l'état haut. Elles déterminent ce que l'on nomme : l'immunité au bruit (on appelle "bruit", dans ce cas, tout signal parasite étranger au signal utile).

La tension de sortie à l'état bas VOL est de 0,4 V.

La tension d'entrée VIL considérée comme un état bas est de 0,8 V.

L'écart entre ces deux tensions nous donne la zone repérée par Nombre_2.gif qui est la marge de bruit à l'état bas.

La tension de sortie mini à l'état haut VOH est de 2,4 V.

La tension d'entrée considérée comme un état haut est de 2 V.

L'écart entre ces deux tensions nous donne la zone repérée par Nombre_1.gif qui est la marge de bruit à l'état haut.

La zone Nombre_3.gif représente la zone d'amplification, en logique, c'est une région qu'il faut éviter.

L'immunité au bruit ou marge de bruit est très faible en TTL (0,4 V en théorie). En pratique, on considère cette marge comme étant de 1 V en partant du principe qu'il y a peu de risque qu'un circuit ayant une sortie aux valeurs limites soit connecté à d'autres dont les caractéristiques d'entrée auraient aussi des valeurs limites.

Cette immunité au bruit est importante dans le choix d'une technologie en vue d'une réalisation. Nous verrons dans un tableau récapitulatif que d'autres technologies peuvent avoir une meilleure immunité aux bruits (ou signaux parasites perturbateurs).

Un autre paramètre important, dans l'assemblage d'opérateurs est la sortance (ou fan-out = éventail de sortie) ou facteur pyramidal.

Il s'agit du nombre de circuits que l'on peut brancher en sortie sans altérer, de façon sensible, les paramètres du circuit.

La sortie avec montage totem-pôle est réalisée dans ce but.

Le courant d'entrée normalisé à l'état haut, IIH est de + 40 µA.

Le courant de sortie à l'état haut, IOH est de - 400 µA.

Ceci permet d'envisager, à l'état haut, le branchement de dix circuits sur la sortie.

Le courant d'entrée normalisé à l'état bas IIL est de - 1,6 mA.

Le courant de sortie à l'état bas pouvant être absorbé, est de + 16 mA.

On pourra donc brancher, dans ce cas, dix circuits sur la sortie.

Dans les deux cas, le branchement de dix opérateurs sur la sortie d'un seul est envisageable.

On dit que la sortance est de 10. Au delà, on dégrade, de façon sensible, les signaux et il y a risque de détérioration pour le circuit de sortie.

Un autre paramètre, l'entrance (ou fan-in = éventail d'entrée) ou facteur pyramidal d'entrée, un peu différent du précédent en ce sens qu'il indique le nombre de circuits pouvant attaquer le module en question.

Autrement dit, il s'agit du nombre d'entrées que possède un opérateur.

Certains circuits ont une entrée d'expansion permettant d'accroître leur entrance.

Vous avez pu constater que le courant d'entrée à l'état haut était précédé d'un signe +, alors que le courant d'entrée à l'état bas était précédé de signe -, nous y avons déjà fait allusion.

Il a été décidé, par convention, que les courants entrant dans le module seraient positifs (donc précédés d'un signe +) alors que ceux qui en sortent seraient négatifs (précédés du signe -) que ce soit en entrée ou en sortie.

Il faut maintenant aborder le problème des temps de réactions et de transit de ces montages.

Revenons au circuit NAND. Plaçons une de ses entrées au niveau haut et voyons ce qu'il advient en sortie, quand sa seconde entrée passe d'un état à l'autre.

Pour plus de facilité, reportez-vous à la figure 29-a.

Temps_de_retard_td_et_tf.gif


En partant d'un état stable en sortie (ici un état haut) et après l'apparition du niveau haut à l'entrée Ve, nous constatons un temps de retard td (delay-time) avant que le signal de sortie ne réagisse. Ce retard correspond au temps de modification des charges au niveau des jonctions.

Ensuite, le signal en sortie évolue de façon exponentielle pendant le temps tf qui correspond au temps de descente (fall-time). Cette évolution est caractéristique d'un circuit RC qui se décharge (résistance du matériau semi-conducteur et capacités parasites). Cette zone correspond au passage sur la droite de charge d'un point de repos à l'autre. C'est la zone d'amplification et d'instabilité.

Suit un palier qui correspond au second état stable. Tant que l'entrée Ve ne subit pas de modification, la sortie conserve cet état.

Après suppression du signal d'entrée, on constate un temps de retard ts (storage-time) dû au temps de modification des charges au niveau de la jonction.

Enfin, la remontée vers l'état haut de départ tr (rise-time) qui s'effectue selon une variation exponentielle correspondant à la charge du circuit RC précédemment cité.

Les zones tr et tf correspondent au déplacement sur la droite de charge du point de fonctionnement de A vers B ou l'inverse (c'est-à-dire du blocage à la saturation ou vice-versa).

Nous avons vu que la vitesse de transit d'un point à l'autre était limitée par les capacités des jonctions (plus les capacités parasites), ce qui apparaît clairement sur les figures 29-a et 29-b. Ces temps (tf et tr) sont mesurés entre 10 % et 90 % de la valeur du signal.

La figure 29-b représente le signal de sortie pour un circuit ET.

Par simplification, les constructeurs indiquent :

  • le temps de propagation à la décroissance du signal de sortie : tpHL.

  • le temps de propagation à la croissance du signal de sortie : tpLH

La figure 30 illustre ces temps qui sont mesurés à partir d'une variation égale à 50 % du signal d'entrée ou de sortie et avec une charge en sortie qui est définie (en principe pour la TTL, est constituée d'une capacité de 15 pF en parallèle avec une résistance de 100 à 400 W.

Temps_de_propagation.gif

Pour le circuit NAND pris en exemple, nous trouverions :

  • tpHL compris entre 7 et 15 ns (ns = 10-9 seconde).

  • tpLH compris entre 11 et 22 ns.

Ceci pour une charge en sortie de 15 pF et 400 W.

Enfin, la puissance maxi consommée par l'ensemble du boîtier, qui peut contenir plusieurs opérateurs, est indiquée sur les notices. Cette donnée n'est pas à négliger, car elle permet de déterminer la puissance de l'alimentation.

Il faut garder à l'esprit que le bon fonctionnement des ensembles électroniques est étroitement lié aux qualités de leurs alimentations. En ce qui concerne les circuits logiques, celles-ci devront pouvoir supporter des variations importantes de courant en des temps très brefs (changement d'état des montages totem-pôle). Des découplages, près de boîtiers, devront être mis en place.

Il est intéressant, dans les montages, de minimiser le nombre de modules, soit pour des raisons de coût, soit pour des raisons de fonctionnement (afin d'équilibrer des temps de transfert entre deux cheminements).

HAUT DE PAGE Pour cela, on a quelquefois recours aux fonctions logiques câblées.

Par exemple, si l'on réunit la sortie de deux opérateurs, par câblage, on obtient la fonction : OU câblée.

Avec le montage totem-pôle, cette réunion n'est pas possible.

La figure 31 illustre pourquoi cette façon de procéder n'est pas possible (court-circuit de l'alimentation).

La_fonction_OU_cablee_n_est_pas_realisable.gif

Les constructeurs réalisent des opérateurs conçus à cette fin et qui prennent l'appellation d'opérateurs à collecteurs ouverts.

Ceux-ci permettent la fonction OU câblée. La figure 32-a représente un circuit NAND à collecteur ouvert (open-collector).

NAND_a_sortie_collecteur_ouvert.gif

La figure 32-b illustre la façon de procéder et la figure 32-c schématise le fonctionnement en substituant les transistors de sortie par des interrupteurs (S1 et S2).

Realisation_de_la_fonction_OU_cablee.gifSchema_equivalent_du_OU_cable.gif

La résistance commune aux collecteurs des transistors de sortie doit être placée extérieurement.

Dans ce cas, il n'y a plus de court-circuit sur l'alimentation, quelle que soit la position de S1 ou S2.

Leur branchement en parallèle montre bien qu'il s'agit de la fonction OU.

En technologie TTL, il faut bien se souvenir que cette fonction n'est possible que lorsque les opérateurs sont à sortie : collecteur ouvert (et en câblant extérieurement la résistance commune de collecteur R).

Symbolisation_du_OU_cable.gif

Il est quelquefois nécessaire de commander plus de dix opérateurs avec une sortie.

Dans ce cas, on a recours à des opérateurs dont la sortie peut injecter ou absorber plus de courant. On dit que ces opérateurs sont à sortie bufférisée. Certains ne remplissent que cette fonction, dans ce cas, ils s'appellent des buffers.

Cette sortie peut être à montage totem-pôle avec une résistance série de 30 W  au lieu de 130 W et les transistors de sortie sont susceptibles de supporter un courant plus élevé. Leur polarisation est un peu différente et la diode est supprimée.

Elle peut aussi être à collecteur ouvert avec un transistor de sortie plus puissant (courant collecteur plus puissant et VCE plus élevé).

Les figures 33-a et 33-b représentent ces deux montages.

Sortie_bufferisee.gif

Il existe plusieurs variantes de la TTL. Elles ont pour but, soit une diminution de la consommation (TTL - L, L = Low-power) mais au détriment de la vitesse de fonctionnement (3 MHz seulement), soit une augmentation de cette vitesse (120 MHz) ainsi que de la consommation (TTL - S, S = Schottky).

Une autre variante de la TTL est la technologie TTL - LS (Low power Schottky). Celle-ci a la même vitesse de fonctionnement que la TTL classique (environ 45 MHz) mais une consommation 5 fois moindre. Elle est en train de supplanter la TTL.

Il faut signaler, en outre, la TTL tri-state (3 états). En plus des deux états logiques, un troisième intervient pour déconnecter l'opérateur du reste du montage en mettant les deux transistors de sortie du totem-pôle à l'état bloqué (état OFF) ou haute impédance.

Cette façon de procéder est née à la suite de la technique des bus de transmission de données.

Un grand nombre d'opérateurs branchés sur ces lignes, conduisait à l'utilisation du OU câblé, donc d'opérateurs à collecteurs ouverts.

Ce dernier étant nettement moins rapide que le montage totem-pôle, on eut l'idée de conserver ce dernier mais en déconnectant de la ligne, tous les opérateurs non concernés par les signaux transmis, à l'aide d'un signal appliqué sur une entrée spéciale et qui bloque les deux transistors de sortie de chacun de ces opérateurs.

Avec la réalisation des fonctions logiques en technologie TTL, s'achève cette dernière TECHNOLOGIE 2.

Le suivant traitera de ces fonctions mais en technologie MOS.

Nous parlerons également des différentes autres technologies ainsi que des processus de fabrication de ces circuits.

Ces rubriques ne sont peut-être pas parmi les plus attrayantes mais nous insistons sur le fait que la technologie revêt, pour l'électronicien, une grande importance, tant sur le plan du choix du matériel que pour la compréhension des phénomènes transitoires.



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