Présentation
Auteur(s)
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Daniel ETIEMBLE : Ingénieur de l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Lyon - Professeur à l’Université Paris Sud
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Lire l’articleINTRODUCTION
Un premier article [] a présenté les fondements des opérateurs logiques, un deuxième [] les bascules et les automates.
Dans ce troisième article [], nous abordons les caractéristiques technologiques des circuits logiques. Si les circuits logiques ne connaissent que les valeurs 0 et 1, ils sont néanmoins implantés avec des circuits électroniques utilisant des courants et des tensions qui sont des grandeurs continues. Le paragraphe technologie et circuits logiques montre comment les composants logiques sont implantés avec des transistors. Si le fonctionnement de ces transistors n’est que grossièrement modélisé sous forme d’interrupteurs, la présentation permet cependant au lecteur de faire la transition entre le monde logique des 0 et des 1, et le monde de la technologie des circuits intégrés.
La connaissance des techniques de réalisation des mémoires à accès aléatoire (RAM) permet de comprendre certaines caractéristiques, notamment les temps d’accès et la capacité de mémorisation des deux types de mémoire RAM utilisées : les RAM dynamiques (DRAM) et les RAM statiques (SRAM).
Nous présentons enfin les différents types de réseaux logiques programmables, qui offrent une technique rapide et relativement peu coûteuse de réalisation de circuits intégrés. Ils prennent de plus en plus d’importance par rapport aux méthodes de réalisation plus anciennes (prédiffusés, précaractérisés, et optimisés à la demande).
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VERSIONS
- Version archivée 2 de août 2013 par Daniel ETIEMBLE
- Version courante de mai 2017 par Daniel ETIEMBLE
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1. Technologue et circuits logiques
Ce paragraphe a pour but de montrer comment les portes logiques de base sont implantées avec des circuits électroniques. Nous présenterons la manière de réaliser les inverseurs, les portes NAND, NOR et certaines portes implantant des fonctions logiques plus complexes avec des transistors MOS (familles logiques NMOS et CMOS), la technologie MOS étant la seule qui reste utilisée pour la réalisation de circuits intégrés numériques. Nous utilisons une modélisation du fonctionnement des transistors sous forme d’interrupteurs. Cette modélisation, bien que grossière, permet de comprendre le fonctionnement logique des circuits électriques.
1.1 Réalisation des inverseurs
Les transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor ) peuvent être modélisés par des interrupteurs. Il y a 2 types de transistors MOS : le MOS canal N (ou NMOS)[nbsp ]et le MOS canal P (ou PMOS). La figure 1 présente la modélisation utilisée, et le schéma équivalent à l’interrupteur « fermé » ou « ouvert ».
HAUT DE PAGE1.1.1 Logique par défaut : NMOS charge déplétée
La logique par défaut était utilisée dans la technologie NMOS appelée à charge déplétée. Elle utilise un seul type de transistor (NMOS) et une charge passive, qui peut être une résistance ou mieux un transistor NMOS déplété, qui fonctionne comme une résistance en fonctionnement normal. La figure 2 modélise le fonctionnement de cette logique. Lorsque l’entrée est à l’état bas, le transistor est équivalent à un interrupteur ouvert, et la charge passive connecte la sortie au niveau haut. Lorsque l’entrée est au niveau haut, le transistor est équivalent à un interrupteur fermé, et si la résistance équivalente à cet interrupteur, est négligeable devant la résistance de la charge, la sortie est proche de 0 V. L’inconvénient essentiel de cette approche est la consommation statique qui existe lorsque la sortie est à l’état bas. En effet, lorsque l’interrupteur est fermé, il circule un courant à travers la charge passive et l’interrupteur....
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