Technologie des fonctions logiques TTL et CMOS  08/04/2002  André BONNET 
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    L'objectif de ce chapitre est de donner des ordres de grandeur et de mieux connaître les propriétés des fonctions logiques. Pour limiter le champ de l'étude nous étudierons de façon générale les deux grandes familles TTL et CMOS sans aborder les nuances entre les nombreuses sous-familles.

 1- Alimentation 

 En TTL 
L'alimentation doit être impérativement continue et stable. Vcc = 5V +/- 5%

 En CMOS 
Le choix de la tension d'alimentation est plus large de 3V à 18V. Mais les performances dynamiques se dégradent aux faibles niveaux d'alimentation.

 

 2- Niveaux d'entrée et de sortie 

Chaque entrée de fonction logique traduit le niveau de tension reçu en état logique.

niveau

L'immunité aux bruits correspond à l'amplitude de la tension parasite qui peut exister entre la sortie d'une fonction logique et l'entrée d'une autre fonction logique qui sont reliées.

 En TTL 
Vohmini = 2,4    V Volmaxi = 0,4 V
Vihmini = 2 V     Vilmaxi = 0,8 V          L'immunité aux bruits est de 0,4 V

 En CMOS 
Vohmini = 0,95.Vcc     Volmaxi = 0,05.Vcc
Vihmini = 0,55.Vcc      Vilmaxi = 0,45.Vcc        L'immunité aux bruits est de 0,4.Vcc

 

 3- Courant à l'entrée et à la sortie 

 En TTL 
A l'état bas une entrée de fonction TTL a besoin d'un courant sortant Iilmaxi = 1,6mA
A l'état haut le courant d'entrée est Iihmaxi = 40µA
La sortie peut délivrer Ioh maxi = 400µA au 1L et absorber Iolmaxi = 16mA au 0L
La sortance est donc de 10 en TTL. La sortance correspond au nombre d'entrées qu'une sortie peut commander.

 En CMOS 
Les courants d'entrée sont inférieurs à 1µA et les sorties peuvent véhiculer plus de 1 mA.
La sortance est limitée non pas par les courants d'entrée-sortie mais par les capacités parasites (5pF) d'entrée qui réduisent les temps de commutation.

 

 4- Paramètres dynamiques 

    Quand une fonction logique change l'état d'une sortie, celui-ci n'est pas instantané. Il faut considérer un temps de montée tm (passage du 0L au 1L) ou un temps de descente td (passage du 1L au 0L).
Le traitement de l'information n'est pas immédiat. Il existe un temps de propagation tp.
Pour une porte inverseuse :

dynamique

 En TTL 
Tp varie selon la sous-famille de 10ns (TTL  " N ") à 1,5ns (TTL " AS ")

 En CMOS 

cmos

Tp varie en fonction du niveau de l'alimentation Vcc. La vitesse augmente quand on fait croître Vcc.
Mais chaque entrée CMOS présente une capacité parasite de 5pF. La capacité vue par la sortie influe fortement sur le temps de réponse.

Comparaison de la consommation des fonctions TTL et CMOS par porte :

consommation

    La consommation des CMOS est quasi nulle aux basses fréquences. Mais elle atteint celle de la TTL autour de 1MHz.

    A chaque commutation la fonction appelle une impulsion de courant (di/dt) sur les broches d'alimentation. Pour que Vcc ne varie pas du fait des inductances de cablage (L.di/dt), on place des condensateurs de découplage (0,1µF) sur l'alimentation de chaque circuit intégré.

 

 5- Interfaçage 

 Sorties en collecteur ouvert 

collecteur ouvert

    La plupart des fonctions TTL ont des sorties " totempole " dont la tension évolue de 0 à Vcc. Mais pour faciliter l'élaboration d'interfaces ou pour réaliser une fonction " ET câblé ", certaines fonctions spéciales ont des sorties en " collecteur ouvert ".

 Capteur " tout ou rien " en entrée de fonction 

TOR

 En TTL 
R1 doit imposer 1L sur l'entrée quand l'interrupteur est ouvert. R1 = 10 komega par exemple.
La fermeture de l'interrupteur impose un 0L sans problème.
R2 doit imposer 0L sur l'entrée quand l'interrupteur est ouvert. R1 = 390omega par exemple.
La fermeture de l'interrupteur impose un 1L sans problème.

 En CMOS 
R1 = R2 = 10Komega par exemple.

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