Fonctions logiques

Les fonctions logiques sont des opérateurs logiques. C’est à dire qu’en fonction d’une ou plusieurs variables données (entrées), ils vont répondre par une sortie particulière.

Symbolisation des fonctions logiques (norme IEEE)

voir document Explanation of Logic Symbols

Afin de faciliter la lecture de schéma structurel en électroniques, l’IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) à développé dans les années 1970 un nouveau standard de symbolisation logique. Cette symbolisation permet de montrer la relation entre chaque entrée d’un circuit et ses sorties sans qu’il soit nécessaire d’expliciter la composition interne de ce circuit.

Symbolisation

Un symbole comprend un contour ou une combinaison de contours avec un ou plusieurs symboles de qualification (Fig. 1). Le but des symboles de qualification générale est de décrire avec précision la fonction logique de l'élément, et les plus utilisés sont listés dans la table 1. la direction privilégiée du flux de signal à travers les symboles et les circuits associés est de la gauche vers la droite; les entrées sont à gauche et les sorties à droite.

Les exceptions à cette convention sont indiquées par des flèches sur les lignes de signaux montrant la direction du flux du signal.

Symboles de qualification générale (Table 1)

Symboles de qualification des entrées - sorties (Table 2)

Caractéristiques électriques

Niveaux de tension des entrées et des sorties

Un 1 logique et un 0 logique ne peuvent représenter une valeur unique de tension : il s'agit forcément d'une zone de tension. Ainsi on trouvera systématiquement entre O et la tension d'alimentation (Vcc) trois zones : la zone correspondant au 1 logique, celle du zéro et entre les deux une zone où la valeur logique ne peut pas être considérée comme sûre.

Ces zones définissent 4 tensions : VIHmin, VILmax, VOHmin et VOLmin (on garde ici la notation anglo-saxonne I=input et O=output). Pour être compatible, c'est-à-dire que l’on puisse relier une entrée à une sortie, il faut respecter un certain nombre de conditions sur ces tensions. Commençons par définir ces tensions :

Définition

VIH (High Level Input Voltage) tension d'entrée de niveau haut

→ VIHmin, permet de spécifier la plage de tension en entrée qui sera considérée comme un 1 logique (entre VIHmin et Vcc),

VIL (Low Level Input Voltage) tension d'entrée de niveau bas

→ VILmax, permet de spécifier la plage de tension en entrée qui sera considérée comme un 0 logique (entre VILmax et 0),

V0H (High Level Output Voltage) tension de sortie de niveau haut

→ VOHmin, permet de spécifier le domaine de tension qu'un circuit aura en sortie s'il est sensé réaliser un 1 logique,

V0L (Low Level Output Voltage) tension de sortie de niveau bas

→ VOLmin, permet de spécifier le domaine de tension qu'un circuit aura en sortie s'il est sensé réaliser un 0 logique,

La fonction de transfert Vo = f(Vi) doit donc s’intégrer, selon la fonction, dans l'un des gabarits suivant:

Gabarit d'un Non-Inverseur	Gabarit d'un Inverseur

La compatibilité en tension signifie que les inégalités suivantes doivent être respectées :

VIHmin < VOHmin et VILmax > VOLmax

Mais la compatibilité en tension n’est pas suffisante. Il faut aussi être compatible en courant.

Courants de sortie et d'entrée

Définition

IIH (High Level Input Current) courant d'entée de niveau haut
IIL (Low Level Input Current) courant d'entée de niveau bas
I0H (High Level Output Current) courant de sortie de niveau haut
I0L (Low Level Output Curent) courant de sortie de niveau bas

Les problèmes de courant sont liés aux problèmes de tension. Si une entrée consomme trop de courant la tension de sortie risque de se trouver dans la zone indéterminée. Des conditions sur les courants doivent donc être respectées.

Comme il est courant de relier une sortie à plusieurs entrées on définit un moyen simple de calculer le maximum de portes que l’on peut relier ensemble. On pose pour cela la convention suivante : l'entrance (fan-in) vaut 1 pour une porte ET-NON.

La sortance (fan-out) est le nombre maximal d'entrées qu'une sortie peut piloter : c’est le plus petit des rapports IOH/IIH et IOL/IIL.

L'assemblage des circuits suit une règle très simple : il suffit que la la sortance d’un circuit soit supérieure ou égale à la somme des entrances des circuits qu’il commande. Pour cela il faut aussi avoir à l'esprit que l'entrance varie d’un composant à l'autre.

Caractéristiques temporelles (dynamiques)

Les temps de propagation

Valeurs mini et Maxi (données constructeur)

Technologie

TTL (Transistor-Transistor Logic) est une famille de circuits logiques utilisée en électronique inventée dans les années 1960. Cette famille est réalisée avec la technologie du transistor bipolaire et tend à disparaître du fait de sa consommation énergétique élevée (comparativement aux circuits CMOS).

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) est une technologie de fabrication de composants électroniques et, par extension, les composants fabriqués selon cette technologie. Ce sont pour la plupart des circuits logiques (NAND, NOR, etc.) comme ceux de la famille Transistor-Transistor Logic (TTL) mais, à la différence de ces derniers, ils peuvent être aussi utilisés comme résistance variable.

ECL (Emitter Coupled Logic ou Logique à émetteurs couplés) est une technologie de circuits logiques permettant un niveau de performances supérieur à la technologie TTL moyennant une consommation bien plus importante. Pour la conception de circuits logiques, la technologie ECL est aujourd'hui totalement dépassée ; elle a eu son heure de gloire à l'époque du supercalculateur Cray, entièrement réalisé en logique ECL. Elle constitue cependant encore la seule alternative crédible pour la réalisation de portes logiques très rapides, typiquement au-delà de 10 Gbit/s, et trouve de nombreuses applications dans le cadre des télécommunications sur fibre optique.

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