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Inventés par
Kilby et Noyce ,(voir la fiche
précédente) les circuits intégrés ont vu le
jour en 1958. Concernés essentiellement par les origines de l'informatique, nous
nous intéresserons principalement aux circuit logiques
TECHNOLOGIE RTL
Les premiers circuits furent en technologie RTL c'est à dire
Logique à entrées sur Résistance et sortie sur Transistor
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Supposons que la sortie Q de la porte a (Qa) est
connectée à l'entrée A de la porte b (Ab), et Bb non connectée, si Q1a
est saturé , la base de Q1b va se trouver à un potentiel entre 0 , la
masse, et -V Q1 sera bloqué et Qb sera au potentiel haut, si les deux
entrées Ab et Bb sont à 0 Qb sera également haut, il n'y a pas
d'ambiguïté.
Si Ab reçoit du 1 à travers R2a et que Bb est à 0, le
circuit devient plus complexe si R2a + R3b << R1b , la base de Q1b est
au potentiel ≥ à Vbe Q1b est alors passant Qb est à 0 nous sommes
en présence d'une porte NOR
| A |
B |
Q |
| 0 |
0 |
1 |
| 0 |
1 |
0 |
| 1 |
0 |
0 |
| 1 |
1 |
0 |
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Nous voyons que ce type de porte va être très sensible au
calibrage des
potentiels appliqués sur les entrées, d'autre part elle nécessite une
alimentation +V et -V. Cette technologie sera vite abandonnée
TECHNOLOGIE DTL
logique à entrée sur diode et sortie sur Transistor
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Sur la
porte de gauche , tant que l'anode de D3 est à un potentiel inférieur à
2 tensions de déchet de diode, le transistor est bloqué et S est au
potentiel haut. Pour que S soit au potentiel soit bas il suffit que les
deux entrées e1 et e2 soient non connectées ( en l'air) ou connectées à
des potentiels supérieurs à 1 Vd . Nous sommes en présence d'une porte NAND
| e1 |
e2 |
S |
| 0 |
0 |
1 |
| 0 |
1 |
1 |
| 1 |
0 |
1 |
| 1 |
1 |
0 |
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La porte DTL ci dessus est simple et fonctionne bien. Cependant
elle ne commute pas très rapidement. Pour en comprendre la raison il faut faire
apparaître notamment, les capacité parasites. Pour qu'une diode passe de l'état
passant à l'état bloqué, il est nécessaire de favoriser les chemins pour
l'écoulement des charges contenues dans la jonction, de même une diode à l'état
bloqué se comporte comme un condensateur qui doit se charger.
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Sur la
porte de gauche (un inverseur pour simplifier le raisonnement) , on voit
que le condensateur parasite en parallèle sur la jonction base émetteur
du transistor ne voit que peu de variation de tension nous la
négligerons. Les capacité parasites des deux diodes D1 et D2 sont plutôt
favorables à la transmission des fronts appliqués en E par contre la
capacité entre base et collecteur du transistor doit, lorsque le
transistor se bloque , se charger au potentiel haut. Le chemin de la
charge se fait par R3 et R2 avec en parallèle la jonction base émetteur
du transistor. Si R3 et R2 sont de faible valeur le condensateur se
charge rapidement mais la consommation du circuit sera élevée notamment
lorsque la sortie est à l'état bas.
Nous arrivons au dilemme rapidité/consommation
L'étape suivante a permis d'améliorer les performances de cette porte
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TECHNOLOGIE TTL avec sortie dite Totem pole
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Un
transistor multiémetteur sur l'entrée permet lorsque les transistors T2
et T3 doivent se bloquer de charger rapidement les capacités parasites
base collecteur de T2 et T3 . Ce transistor ne fonctionne en transistor
qu'à ce moment là. La diode placée sur la sortie relève le
potentiel de l'émetteur de T3 afin d'assurer son blocage lorsque T4 se
sature
Cette technologie a été beaucoup utilisée beaucoup plus rapide que la
DTL et meilleure sortance mais au 1 logique le potentiel de sortie ne
peut dépasser
+V - (Vd+Vsat T3) soit 3,8V pour une alimentation de +5V.
Afin de permettre à la porte d'alimenter plusieurs entrées de ce même type
, l'alimentation des transistors de sortie est étudiée pour
qu'ils puissent se saturer dans les limites prévues
( fréquemment un fan out
de 10). Il s'en suit, lorsque la sortie n'alimente qu'une seule entrée
une sursaturation des transistors donc un temps de blocage exagérément
long.
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TECHNOLOGIE TTL
Schottky
Lorsqu'un transistor est sur saturé, le
potentiel de la base est plus élevé que celui du collecteur, et le transistor
est long à se bloquer. Si nous plaçons une diode shottky dont la tension de
déchet est de l'ordre de 0,4volt entre base et collecteur, le potentiel du
collecteur ne pourra pas descendre en dessous de (Vb-0,4V). Il s'en suit une
adaptation de la saturation du transistor à la charge et donc une amélioration
de la rapidité de blocage.
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Le besoin de vitesse dans les circuits logiques
s'oriente vers des circuits logiques dont les transistors bipolaires ne sont
jamais saturés , ce sont les logiques à couplage d'émetteurs ECL
TECHNOLOGIE ECL
(voir
le cours ECL)
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Le
transistor T3 reçoit sur sa base la tension Vz ce qui impose la tension
Vz-Vbe sur son émetteur ainsi que sur les émetteurs de T1 et T2. Si les
bases de T1 et T2 sont à un potentiel inférieur à Vz T1 et T2 sont
bloqués entraînant S1 au potentiel +V et S2 est au potentiel bas.
Si l'une des entrées E1 ou E2 ou les deux sont à un potentiel >Vz le
ctransistor concerné conduit, impose sur les émetteurs un potentiel >
Vz-Vbe, bloquant T3 S1
est à un potentiel bas et S2 un potentiel bas.
On voit
que dans ce montage, si l'on ne veut pas saturer les transistors les
états logiques 0 et 1 sont proches , quelques dixièmes de volt , il s'en
suit une faible immunité au bruit |
TECHNOLOGIE CMOS
L'emploi de transistor Mos complémentaires, c'est à dire des Mos canal N et
canal P, à enrichissement sur la même puce. Permet une extrême simplification
des portes logiques. Un Mos à enrichissement est bloqué en l'absence de
commande. Un transistor canal P est passant lorsque Vgs est négatif pour Vgs = 0
il est bloqué pour le canal N si Vgs est positif il est passant pour Vgs= 0 il
est bloqué. Un transistor Mos à enrichissement bloqué se comporte comme une
résistance de plusieurs MΏ, à l'état passant c'est une résistance de quelques
dizaines d'ohms. Si une porte CMOS alimente une entrée capacitive, ce qui est le
cas pour une entrée de porte CMOS , la fourniture d'un état logique après
quelques constantes de temps , cet état logique courrespond exactement aux
tensions d'alimentation des circuits, ce qui donne une bonne immunité au bruit.
Les étapes jusqu'aux CCD
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