Electronique numérique
Introduction
Lois fondamentales
Eléments
Outils
Signaux variables
Régime sinusoïdal
Analyse en fréquence
Analyse transitoire
Electronique numérique
Une très grande majorité des appareils électriques et électroniques qui nous entourent travaillent avec des signaux de type binaire (vrai/faux ou 0/1). On parle alors d'électronique numérique, ceci par opposition à l'électronique analogique qui traite des signaux (tension/courant) compris dans une plage déterminée. Dans la plupart des applications, ces deux types de traitement sont présents. Par exemple, dans un téléphone portable, le signal produit par le microphone est une tension (analogique) comprise entre deux bornes définies (entre autres) par la tension d'alimentation. Cette tension est ensuite convertie en une valeur binaire (suite de 0 et de 1) qui correspond à sa valeur, avant d'être traîtée et envoyée sur le réseau mobile sous la forme d'une onde électromagnétique.
L'électronique actuelle se base principalement sur l'utilisation de transistors MOS à enrichissement (canal n et p), que l'on appelle technologie CMOS (Complementary MOS).
Convention
L'électronique actuelle se base principalement sur l'utilisation de transistors MOS à enrichissement (canal n et p), que l'on appelle technologie CMOS (Complementary MOS).
Convention
L’état logique (état binaire) zéro est représenté par un potentiel nul. L’état logique un est défini par la tension d’alimentation positive du circuit (notée VDD).
Transistors MOS à enrichissement
En électronique numérique, les transistors MOS doivent présenter deux états : conducteurs et non-conducteurs, ceci correspondant aux états binaires 0 et 1.
Pour le nMOS, l'état conducteur est obtenu en appliquant une tension suffisante sur sa grille (donc un état logique 1 selon la convention ci-dessus). L'état non conducteur est obtenu en appliquant une tension nulle sur sa grille (état logique 0 selon la même convention)
Pour le pMOS, le fonctionnement est inverse : un état logique 0 sur sa grille le rend conducteur. Un état logique 1 le met en état de non-conduction.
Opérateurs logiques
Un opérateur logique combine différentes variables logiques (entrées) et fourni une ou plusieurs variable(s) logique(s) en sortie selon les concepts de l'algèbre de Boole. Les principaux opérateurs logiques sont les suivants (l’appellation anglo-saxonne figure en italique, c'est cette appellation qui sera utilisée par la suite) :
Note :
- NON (NOT)
- ET (AND)
- OU (OR)
- NON-ET (NAND)
- NON-OU (NOR)
- OU-EXCLUSIF (XOR)
On appelle opérateur logique complet, un opérateur qui permet de réaliser tous les autres opérateurs logiques en n’employant uniquement celui-ci. L'opérateur NAND est un opérateur complet. Par contre l'opérateur OR ne l'est pas puisqu'il ne permet pas (entre autres) de réaliser l'opérateur NOT.
Logique combinatoire
La logique combinatoire traite des circuits dans lesquels le temps n’intervient pas. Par exemple : les différents opérateurs, un additionneur 4 bits.
Note :
En pratique, tous les circuits logiques présentent un temps de réaction non nul. La logique combinatoire n'est donc qu'un modèle idéal dont on peut se satisfaire, par exemple, dans les cas ou les signaux d'entrée varient lentement face aux temps de réaction des circuits.Logique séquentielle
La logique séquentielle traite des circuits dans lesquels le temps intervient (sous forme d’horloge ou de retard). Par exemple : les bascules, les registres à décalage.
Horloge
Les circuits séquentiels utilisent un signal appelé "horloge" ou "clock" ou encore "clk". Ce signal sert à rythmer les différentes opérations logiques, il est le plus souvent à fréquence fixe et à rapport cyclique constant.
