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60
Remise à niveau en électronique - Documents Alexandre BOYER [email protected] www.alexandre-boyer.fr Septembre 2018

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Page 1: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Remise à niveau en électronique -DocumentsDocuments

Alexandre BOYER

[email protected]

www.alexandre-boyer.fr

Septembre 2018

Page 2: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Electronique pour les communications (I2MIEN11)

Ce cours de RAN adresse aussi certains des

concepts des UF suivantes :

Systèmes logiques et structures des

ordinateurs (I2MIIM11)

Cours concernés en 2MIC

Remise à niveau électronique

ordinateurs (I2MIIM11)

Analyse et signal (I2MIMT21)

2

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Electronique analogique vs. numérique

Processeurs (applications, bande

de base, multimédia)

MémoiresPériphériques (clavier, affichage,

caméra, TV, …) SIM

Interfaces (4G, Bluetooth, WiFi…)

Remise à niveau électronique

Signal numérique

3

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.

??

???

?

Traitement de signal numérique

CAN

CNA

FiltreCodage

voix

Décodage

voixFiltre

CNA

CAN

Traitement audio

Antenne

Etage RF

Filtre

Filtre

Emission

Réception

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Electronique analogique vs. numérique

Exemples de circuits intégrés

Remise à niveau électronique

64-bit microprocessor

Intel Hashwell 8 coresTexas Instruments OMAP5432

(Application processors)

4

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Tension & courant

Lois élémentaires pour l’analyse des circuits

Z1

Z2

Z3

Z4E U1

IC

A B C

DE

Sources tension/courant et impédances connectés par l’intermédiaire de nœuds

Convention générateur vs. récepteur

UAB = VA-VB

I1 I2

I3

UBC = VB-VC

+

Remise à niveau électronique

DErécepteur

Lois de Kirchoff :• Loi des nœuds: En chaque nœud, la somme des courants

entrants = somme des courants sortants. Ex: I1+I2 = I3• Loi des mailles : La somme des tensions dans chaque maille =

0. Ex : UAB+UBE+UEA = 0

Circuit à composants linéaires Théorème de superposition : la réponse d’un circuit à plusieurs excitations et la somme des réponses de ce circuit aux excitations appliquées individuellement..

5

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Z

U

Loi d’Ohm :

Résistance :

Condensateur :

Impédance

I

IZU ×=

IRU ×= RZ =

dUCI ×=

Remise à niveau électronique

Condensateur :

Bobine :

dt

dUCI ×=

Régime harmonique (ω = 2πf) : ( ) ( )ωωω UjCI ×= ωjCZ

1=

dt

dILU ×=

Régime harmonique (ω = 2πf) : ( ) ( )ωωω IjLU ×= ωjLZ =

6

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Impédance

Mise en série Mise en parallèle

U

ZA

ZB

I

UA

UB

U ZAZBIA

UUII

UI +=+==

IB

I

Remise à niveau électronique

ZB UB

( )IZZUUIZU BABAeq +=+==

BAeq ZZZ +=

Pont diviseur de tension :

UZZ

ZU

BA

AA +

= UZZ

ZU

BA

BB +

=

BA

BA

eq ZZII

ZI +=+==

BAeq ZZZ

111 +=

Pont diviseur de courant :

IZZ

ZI

BA

BA +

= IZZ

ZI

BA

AB +

=7

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Transformée de Fourier

Opération linéaire conduisant à la décomposition de tout signal s réel en

une somme (infinie) de fonctions trigonométriques.

( ) ( )[ ] ( )∫+∞

∞−

−== dtetstsTFfS ftj π2 ( ) ( )∫+∞

∞−

+= dfefSts ftj π

π2

2

1Transformée de Fourier Transformée de Fourier inverse

Outil de conversion temps fréquence : du domaine temporel au

domaine fréquentiel

Intérêt pratique pour l’étude des systèmes linéaires (dont les systèmes

Remise à niveau électronique

Intérêt pratique pour l’étude des systèmes linéaires (dont les systèmes

électroniques linéaires) :

Analyse des signaux simplifiée dans le domaine fréquentiel

Période T = 100 ns, rapport cyclique = 50 %,

Tr = Tf = 0 ns8

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Transformée de Fourier

On applique le signal s(t) à l’entrée d’un circuit. L’expression temporelle de

la tension du signal est :

( ) ( ) ( )ttts 5.188sin8.62cos2 +×= Représenter graphiquement la transformée de Fourier de ce signal.

Remise à niveau électronique 9

F (Hz)0

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Transformée de Fourier

Intérêt pratique pour l’étude des systèmes linéaires (dont les systèmes

électroniques linéaires) :

Simplification de l’analyse des circuits électroniques en régime

harmonique (excitation sinusoïdale) :

Fonction de transfert H(f) :

h(t)

Réponse impulsionelle

e(t) s(t) H(f)E(f) S(f)TF

Remise à niveau électronique

h(t) s(t)

( ) ( ) ( )tethts ∗= ( ) ( ) ( )fefHfS ×=TF

Opérations telles que dérivées ou intégrales deviennent des opérations algébriques :

Exemple : condensateur

( ) ( )dt

tduCti ×=

TF ( ) ( )fUjCfI ω×=

10

Page 11: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

( ) ( )[ ] ( )∫+∞ −==

0dtetstsLpS pt ( ) ( )[ ] ( )∫

∞+

∞−

− ==j

j

ptdpepSj

pSLtsξ

ξπ2

11

Généralisation de la transformée de Fourier, permettant de prendre en

compte le régime transitoire, et pas simplement le régime harmonique :

Transformée de Laplace Transformée de Laplace inverse

Transformée de Laplace

Variable de Laplace p = α+jω Fréquence complexe

Remise à niveau électronique

Intérêt pratique : Calcul opérationnel sur des systèmes linéaires

résolution d’équations différentielles par des équations algébriques en

passant du domaine temporel au domaine de Laplace

11

Page 12: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Transformées de Laplace usuelles

Remise à niveau électronique 12

Page 13: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Transformées de Laplace usuelles (suite)

Remise à niveau électronique 13

Page 14: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Tracé fonction de transfert

Diagramme de Bode

(représentation module

– phase vs. Fréquence)

Filtre passe-bas d’ordre

1 (RC) : R = 1 kΩ et C

= 1 nF

Fréquence de coupure :

1

Remise à niveau électronique

kHzRC

FC 1592

1 ==π

14

Page 15: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Tracé fonction de transfert

Diagramme de Bode

(représentation module

– phase vs. Fréquence)

Tracé log/log

Filtre passe-bas d’ordre

1 (RC) : R = 1 kΩ et C

= 1 nF

Fréquence de coupureFC

-3 dB

Remise à niveau électronique

Fréquence de coupure

FC

-45°

kHzRC

FC 1592

1 ==π

15

Page 16: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Tracé asymptotique

Repérer les grandes

tendances et les fréquences

caractéristiques

FC

-3 dB

0 dB/dec

-20 dB/dec

Remise à niveau électronique

FC

-45°

16

Page 17: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Electronique analogique vs. numérique

Processeurs (applications, bande

de base, multimédia)

MémoiresPériphériques (clavier, affichage,

caméra, TV, …) SIM

Interfaces

(Bluetooth, USB)

Remise à niveau électronique

Traitement de

signal numérique

CAN

CNA

FiltreCodage

voix

Décodage voix

Filtre

CNA

CAN

Traitement audio

Antenne

Etage RF

Filtre

Filtre

Emission

Réception

Signal numérique

17

Page 18: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Représentation signal binaire

temps

tension

U0

U1

0 0 01 1 1

T T

Remise à niveau électronique

temps

Si la transmission des signaux binaires est cadencée à un rythme fixe de

période T, le signal numérique est dit synchrone, produit par un circuit synchrone.

Sinon, il s’agit d’un signal asynchrone, produit par un circuit asynchrone.

18

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Conversion analogique -numérique

∩#

∩Système numérique

Entrée analogique

Sortie analogique

10011010

Infinité d’états possibles

Nombre fini d’états

Infinité d’états possibles

Remise à niveau électronique

∩# #

∩numérique

Voix « bruité »Filtrage

numérique

Voix filtréCAN CNA

Transformation avec erreurs (règles de dimensionnement)

19

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Conversion analogique -numérique

Quantification en amplitude

Umax

Valeurs

analogiquesP

lag

e d

e c

on

vers

ion

ou

P

lein

e E

ch

elle P

EEtats discrets

N-1

N-2

entiern,2N n=

Nombre d’états :

Remise à niveau électronique

Umin

Pla

ge

de c

on

vers

ion

ou

P

lein

e E

ch

elle P

E

0

1

2

……

n

PE

N

PE

2==∆

Pas de conversion

ou résolution :

20

Page 21: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Conversion analogique -numérique

Codage

Vmax

Valeurs

analogiquesP

lag

e d

e c

on

vers

ion

PE

Etats discrets

N-1

N-2 1110

1111

Codage

012n1n b2b2...b2b2N ++++= −−

Remise à niveau électronique

Vmin

Pla

ge

de c

on

vers

ion

PE

0

1

2

……

0000

0001

0010

Codage binaire

0

0

1

1

2n

2n

1n

1n b2b2...b2b2N ++++= −−

−−

LSB (Least

Significant Bit)MSB (Most

Significant Bit)

21

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Conversion analogique -numérique

Erreur de conversion

Plage de conversionétatcode

5

7

6

101

111

110

Analogique Numérique

Conversion par troncature

Remise à niveau électronique

0 51.25 2.5 3.75

Entrée analogique (V)

1

2

0

4

3

001

010

000

100

011

Entrée analogique (V)

Erreur de conversion

0

-∆

2∆0∆ 4∆ 6∆ 8∆

22

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Conversion analogique -numérique

Exercice – CAN FlashUCC = 5 V

R

R

R

R

+-

+-

+-

C0

C1

C2

ENCODEUR

S0

S1

Remise à niveau électronique 23

R

IN1. Donnez l'expression des tensions aux bornes de chaque résistance R.

2. Donnez l'état Ci en sortie du comparateur n°i en fonction de la tension Uin.

3. En quoi ce dispositif forme t-il un CAN ? Quelle est sa pleine échelle ? Son

pas de conversion ?

4. Quel est le rôle de l'encodeur ? Pourquoi a-t-il deux sorties ?

5. Proposez le circuit logique de cet encodeur.

6. Combien de composants élémentaires faudrait-il pour un CAN 8 bits ?

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Conversion analogique -numérique

Echantillonneur - bloqueur

+1

t

Te

AmplitudeAmplitude

Te

Remise à niveau électronique

+1

t

Signal analogiquet

C

échantillonnage blocage

Fréquence d’échantillonnage Fe doit respecter le

théorème de Nyquist-Shannon : max21

fT

Fe

e ×≥=

24

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+1

Te FC

Signal analogique

Flux binaire

∩#

Chaîne de conversion analogique numérique

Conversion analogique -numérique

Remise à niveau électronique 25

+1

CFiltre anti repliement Plage de conversion

n bits (précision) Fconversion max. Flux de données Sortie série/parallèle

#

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Conversion analogique -numérique

Convertisseur numérique-analogique

Plage de conversionétatcode

5

7

6

101

111

110

Numérique Analogique

Remise à niveau électronique 26

0 51.25 2.5 3.75 Sortie analogique (V)

1

2

0

4

3

001

010

000

100

011

( )0

0

1

1

2

2

1

1 22...22 bbbbU n

n

n

n

CNA ++++×∆= −−

−−

LSBMSB

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Conversion analogique -numérique

Flux binaire

Amplitude

Te

Amplitude

Filtre de lissage

FC

#∩

#∩

Chaîne de conversion numérique analogique

Remise à niveau électronique 27

t t

Signal analogique

Plage de conversion

n bits

Bande passante

Entrée série/parallèle

FC

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Conversion analogique -numérique

Exercice – Numérisation voix humaine

A E I O U

1. Fréquence d’échantillonnage

minimum ?

2. On veut une erreur de

conversion < 0.5 % de la PE.

Sur quel nombre de bits doit-

on coder les échantillons ?

Remise à niveau électronique

on coder les échantillons ?

3. Quelle est la résolution

sachant que la PE du CAN est

compris entre 0 et 5 V ?

4. Le CAN renvoie le mot 0x1001 0110. Quelle tension était appliquée en entrée

du CAN ? Peut-on la connaître avec précision ?

5. Quel est le débit binaire en sortie du CAN ?

28

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Circuits numériques

Etats logiques

Circuit

E1

E2

S1

S200001

10000

…S2S1En…E2E1

00001

10000

…S2S1En…E2E1

Table de vérité

Remise à niveau électronique

Circuit LogiqueE3

E4

S2

S3

X1111

….

0X011

00001

X1111

….

0X011

00001

29

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Circuits numériques

Portes à logique combinatoire

E S

Inverseur

01

10

SE

01

10

SEES =

Porte NAND21 E.ES =

0

E2

10

SE1

0

E2

10

SE1

E S=1

Remise à niveau électronique

E1S

E2

1

0

1

0

10

11

01

10

1

0

1

0

10

11

01

10

Porte NOR

E1S

E2

21 EES +=

1

0

1

0

E2

00

01

01

10

SE1

1

0

1

0

E2

00

01

01

10

SE1

E1S

E2

&

E1S

E2

≥1

30

Page 31: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Portes à logique combinatoire

Ou

E1S

E2

21 EES +=

1

0

1

0

E2

10

11

11

00

SE1

1

0

1

0

E2

10

11

11

00

SE1

Et21 EES += E2 SE1 E2 SE1

E1S

E2

≥1

Remise à niveau électronique

E1S

E2

21

1

0

1

0

00

01

11

00

1

0

1

0

00

01

11

00

Ou exclusif (XOR)

E1

E2

S

1

0

1

0

E2

00

01

01

00

SE1

1

0

1

0

E2

00

01

01

00

SE121 EES ⊕=

E1S

E2

&

E1

SE2

=1

31

Page 32: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Portes à logique combinatoire

A

B S

Table de vérité de ce circuit ?

Identifier sa fonction

Que se passe t-il si on connecte en cascade ce circuit ?

Remise à niveau électronique

B

Rin

Rout

S

32

Page 33: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Portes à logique séquentielle – Bascules asynchrones

RS (Reset/Set)

R

S

Q

Q

Q’NQN

0

1

Interdit

QN+1

1

0

1

0

S

00

11

1

0

Q’N+1R

Q’NQN

0

1

Interdit

QN+1

1

0

1

0

S

00

11

1

0

Q’N+1RR

S

Q

Q’

D (Data)QN+1Valid Q’N+1D QN+1Valid Q’N+1D

(RS à NAND)

Remise à niveau électronique

D

Valid

Q

Q1111

Q’NQN0X

0

QN+1

1

Valid

00

Q’N+1D

1111

Q’NQN0X

0

QN+1

1

Valid

00

Q’N+1D

JK

J

K

Q

Q

QNQ’N

1

0

QN

QN+1

0

0

1

0

K

10

01

0

Q’N0

Q’N+1J

QNQ’N

1

0

QN

QN+1

0

0

1

0

K

10

01

0

Q’N0

Q’N+1J

33

Page 34: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Portes à logique séquentielle – Bascules synchrones

D à déclenchement

D Q 1

QN+1

H

00

Q’N+1D

1

QN+1

H

00

Q’N+1D

Remise à niveau électronique

H Q10↑1

Q’NQN↓X

10↑1

Q’NQN↓X

34

Page 35: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Structure circuit numérique synchrone

D Q Logique

combinatoire

D QDinA Dout

Données

Horloge

ClkAClkB

DinB

Remise à niveau électronique 35

Horloge

Verrous (latches)

Page 36: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Sorties totem pole vs 3 états

Alimentation +

Entrée Sortie

Alimentation +

Entrée Sortie

Remise à niveau électronique

Alimentation -

Sortie Totem pole

Alimentation -

Sortie 3 états

Enable

Z0X

111

010

SortieEnableEntrée

Z0X

111

010

SortieEnableEntrée

36

Page 37: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Structure générale d’un circuit numérique

SortiesAlimentation +

Données séries

Données parallèles

Données séries

Données parallèles

Entrées communes Bloc commun

Bloc 1

Bloc 2

Entrées

Remise à niveau électronique

Alimentation -

parallèles

Commandes

Horloge

parallèles

Commandes

Négation logique en entrée/sortie

Entrée dynamique (active sur front)

Bloc N

37

Page 38: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Structure générale d’un circuit numérique – exemples

Remise à niveau électronique 38

Définir la nature et le rôle de chaque broche de ce circuit.

Synchrone / asynchrone ?

Sur quel niveau les entrées de commande sont-elles actives ?

Logique de commandes des E/S A et B ?

Page 39: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Structure générale d’un circuit numérique – exemples

Remise à niveau électronique 39

Définir la nature et le rôle de chaque broche de ce circuit.

Synchrone / asynchrone ?

Sur quel niveau les entrées de commande sont-elles actives ?

Logique de commandes des E/S A et B ?

Page 40: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques

Structure générale d’un circuit numérique – exemples

Remise à niveau électronique 40

Mêmes questions ?

Rôle de circuit ?

Page 41: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques –Exemples

D

H

Q D

H

Q D

H

Q…

E1 E2 ENS1 S2 SN

Registre (entrées parallèles)

Remise à niveau électronique

CLK

Registre à décalage (entrée série)

D

H

Q D

H

Q D

H

Q…

CLK

Entrée

S1 S2 SN

41

Page 42: Remise à niveau en électronique - Documents · Electronique analogique vs. numérique Processeurs (applications, bande de base, multimédia) Périphériques Mémoires (clavier,

Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Niveaux logiques et marges de bruit

Circuit 1 Circuit 2sortie entrée

Vsortie Ventrée

0 1 0 0 1 01

Perturbations

Un signal numérique est associé à un état binaire si il appartient à une plage

de tension, dépendante de la technologie.

Remise à niveau électronique

t t

Valim+

Valim-

VOH

VOL

VIL

VIH

0 1 0 0 1 01

Niveau logique incertain

Valim+

Valim-

Marge bruit état haut

Marge bruit état bas

PRECAUTION ?

42

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OE

OE

Emetteur 1

Emetteur 2

Récepteur

R

Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Niveaux logiques et marges de bruitOn considère le bus digital ci-contre, sur

lequel sont connectés 2 émetteurs et 1

récepteur.

Les caractéristiques de ces circuits sont :

• alimentation Ucc = 5 V

• Vil = 0.8 V et Vih = 2 V

• Vol = 0 V et Voh = Vcc (si Iout = 0)

Remise à niveau électronique 43

R

• Courant de sortie max Iout = 20 mA

• Courant d'entrée Iin = 0 A

1. Pourquoi les sorties des émetteurs doivent-elles être trois états ?

2. Quel est le rôle de la résistance R ?

3. Quelle condition doit être vérifiée pour qu'un état logique bas transmis soit reçu sans erreur ?

Quelle est la marge de bruit ?

4. Même question pour un état logique haut ?

5. Proposez une valeur pour la résistance R.

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Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Temps de commutation et de propagation

sortieentrée

Les circuits numériques présentent une certaine inertie face au changement. Leur réaction n’est pas instantanée.

Les interconnexions entre circuits introduisent aussi un délai. Caractérise par un temps de propagation Tp.

Remise à niveau électronique

t

0

1

t

0

1

Tm Td

TpLH TpHL

PROBLEMES ?

44

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Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Temps de commutation et de propagation

Soit l’additionneur suivant. Les portes ont un temps de propagation Tp = 100 ps.

A t < 0, les signaux d’entrée sont :A = 0, B = 0, Rin = 1. A t = 0, le signal A passe

à l’état 1.

Tracez l’évolution temporelle de S et Rout.

Quel est le chemin critique ?

Comment stabiliser le résultat du calcul pour le circuit en aval ?

Quelle serait la fréquence maximale de fonctionnement d’un tel circuit ?

Remise à niveau électronique 45

A

B

Rin

Rout

S

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Circuits numériques –Exemples

Diviseur de fréquence

D

H

Q

Q’CLK

Remise à niveau électronique

CLK

Dt

t

tQ

FD = FCLK/2

46

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Circuits numériques –Exemples

Compteur asynchrone

D

H

Q

Q’CLK

D

H

Q

Q’

D

H

Q

Q’…

S1 S2 SN

CLK F

Qu’obtient-on si on chaine N diviseurs de fréquences ?

Remise à niveau électronique

CLK

S1

t

t

t

t

S2

S3

76543210

F

F/2

F/4

F/8

Mot binaire t

47

0

Comment réaliser un décompteur ?

Pourquoi est-il qualifié d’asynchrone ? Quelle est la conséquence ?

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Circuits numériques –Exemples

Compteur asynchrone - aléas

CLK

S1

t

t

t

t

S2

S3

Tp

2Tp

3Tp

Remise à niveau électronique

t

76543210Mot binairet

0 20 4 64 0

Etats métastables !

48

( ) p

maxT1N

1F

×−=Fréquence max. de fonctionnement pour un

compteur à N bascules :

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Circuits numériques –Exemples

Compteur synchrone

D Q D Q D Q

S1 S2 SN

1

Logique combinatoire pANDpXORpD

maxTTT

1F

++=

Remise à niveau électronique

D

H

Q

Q’

CLK

H Q’ H Q’…

CLK

S1

t

t

t

t

S2

S3

76543210

F

F/2

F/4

F/849

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Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Temps de stabilisation / de maintien

Les limitations temporelles des circuits numériques imposent le respect de délais à assurer entre les signaux afin d’éviter toute erreur logique :

Temps de stabilisation TS (setup time)

Temps de maintien TH (hold time)

Remise à niveau électronique

t

TS TH

Horloge

Donnée

Limitation fréquentielle des circuits

50

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Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Temps de stabilisation / de maintien D Q

Combinatory

logic

D QDin Dout

Data line

Clock tree

ClkAClkB

Data

ClkA

Data

Tck

Timing diagram:

Remise à niveau électronique 51

Data

ClkB

Δcknom

Tp+Δdatanom

Tholdnom

Tholdmin

Tsetupnom

Tsetupmin

0minmin >−∆−−∆+=−= setupnomPnomclksetupnomsetupnomsetup TdataTclkTTTM

Fonctionnement assuré si les 2

marges suivantes sont positives :

0minmin >−∆−∆+=−= holdnomnomPholdnomholdnomhold TclkdataTTTM

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Circuits numériques –Caractéristiques électriques

Temps de stabilisation / de maintien

On considère un circuit digital synchrone dont la profondeur logique max est égale à

10. La profondeur logique min est de 3. Le temps de propagation pour une porte

logique ou une bascule est de 400 ps.

Le temps de stabilisation minimum est de 400 ps, tandis que le temps de maintien

doit être d’au moins 300 ps. Le clock skew max. est estimé à 40 ps.

On fait fonctionner ce circuit avec une fréquence d’horloge de 100 MHz.

Remise à niveau électronique 52

On fait fonctionner ce circuit avec une fréquence d’horloge de 100 MHz.

Dans cette configuration, le circuit peut-il fonctionner sans violation des contraintes

temporelles ?

Quelle est la fréquence maximale de fonctionnement ?

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Circuits numériques –Mémoires

Types de mémoire

Type Volatile Réinscriptible Rafraichissement Vitesse Volume

DRAM Oui Oui Oui + ++

SRAM Oui Oui Non +++ +

DDR-

SDRAM

Oui Oui Oui ++ ++

Remise à niveau électronique 53

EEPROM Non Oui (105 – 106)

par secteurs

Non + 0

Flash Non Oui (105 ) Non ++(+) ++

HDD Non Oui Non 0 +++

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Circuits numériques –Mémoires

Hiérarchie de mémoires

Microprocesseur

RegistresMémoires

caches

CPU

Mémoire principale

(vive)

Mémoire de masse

Bus de données

Remise à niveau électronique

Bus de commandes

Bus d’adresse

54

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Circuits numériques –Mémoires

Mémoire

Une mémoire est une matrice de cellules de mémorisation.

L’emplacement des données dans la mémoire est repérées par des adresses.

Bu

s d

’ad

resse

Organisation en mots de K bits

Remise à niveau électronique 55

Bu

s d

’ad

resse

Bus de données

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Circuits numériques –Mémoires

Adressage mémoire

Soit une mémoire pouvant stockée 65536 mots de 16 bits. L’adressage se fait

par mot. La lecture et l’écriture se font par bloc de 16 mots. Elle présente en

outre une contrainte d’alignement : seules des adresses multiples de 16 sont

accessibles.

1. Combien de bits sont nécessaires pour l’adressage ?

2. Quelles sont les valeurs min et max de l’adresse ?

Remise à niveau électronique 56

2. Quelles sont les valeurs min et max de l’adresse ?

3. Quel est l’intérêt de lire/écrire par blocs ? De la contrainte d’alignement ?

4. Peut-on écrire 2 blocs à partir de l’adresse 0x45EF ? 0xFFF0 ?

5. On souhaite écrire 16 blocs à partir de l’adresse 0xFF00. Quelle est

l’adresse du dernier mot ?

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Circuits numériques –Mémoires

Multiplexeur (Mux) / démultiplexeur (Demux)

Rôle d’aiguilleur dans les circuits numériques : N 1 voie ou 1 N voies,

où N=2M

Exemple :

Remise à niveau électronique 57

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Circuits numériques –Mémoires

Architecture d’une mémoire

co

deu

r d

e l

ign

es

Décodeur de colonnes

2N colonnes

1 cellule mémoire = 1 bit

Bu

s d

’ad

res

se DEMUX

N bits

M b

its

Mémoire

ch

iss

em

en

t

Remise à niveau électronique

Matrice de cellules mémoires

Déco

deu

r d

e l

ign

es

2M

lig

ne

s

= 1 bit

Tampon d’E/S

K bits

Bus de données

Bu

s d

e

co

mm

an

de

s R/W

CS

OE

Co

ntr

ôle

CAS

RAS

Co

ntr

ôle

R

afr

aîc

his

se

me

nt

58

Rôle des différentes commandes ?

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Circuits numériques –Mémoires

Exemple

Remise à niveau électronique 59

Quelle est la taille exacte de la mémoire ?

Combien y a-t-il d’octets par ligne ? Par colonne ?

Ecrire la table de vérité des états de la mémoire en fonction des signaux de

commande.

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Circuits numériques –Mémoires

Exemple

Remise à niveau électronique 60

TWCWrite cycle time THA

Address Hold from Write End (0 ns min)

TAWAddress Set-up to Write End (60 ns min) THZOE

OE HIGH to High-Z (25 ns max)

TSAAddress Set-up to Write Start (60 ns min) TSD

Data Set-up to Write End (30 ns max)

TPWE/WE Pulse Width (50 ns min) THD

Data Hold from Write End (0 ns min)

Temps d’écriture minimum (/CE est laissé à 0) ?