Portes logiques à sorties spéciales : complémentaires, tri-state et commutateurs bilatéraux

Portes à sorties complémentaires

Dans de nombreux designs, les ingénieurs ont besoin d'une porte qui délivre à la fois des sorties inversée et non-inversée à partir d'un seul élément logique. Un exemple classique est un tampon à une entrée qui agit aussi comme inverseur, fournissant des bornes séparées pour chaque fonction.

Des portes à deux entrées qui délivrent simultanément les résultats ET et NAND sont aussi disponibles. Ces dispositifs sont appelés portes à sorties complémentaires.

Le symbole standard pour une telle porte est la forme de base de la porte avec une barre et deux lignes de sortie. Un éventail de symboles complémentaires est montré ci-dessous :

Avantages des portes complémentaires

Les portes complémentaires sont inestimables dans les circuits denses où l'espace est limité. Elles éliminent le besoin d'ICs inverseurs supplémentaires, économisant de la place sur le circuit imprimé et réduisant le nombre de composants.

Parce que les sorties inversée et non-inversée commutent presque simultanément, il n'y a pas de délai de propagation significatif entre elles. Cette propriété est critique dans les applications sensibles au timing.

Portes tri-state

Les sorties tri-state peuvent prendre trois états distincts : piloter un logique bas (puits de courant), piloter un logique haut (source de courant), ou rester flottant (haute impédance). Elles sont communément ajoutées aux portes tampons via une broche de contrôle supplémentaire appelée « enable ».

Quand l'enable est haut (logique 1), le tampon se comporte comme un étage push-pull normal. Quand l'enable est bas (logique 0), la sortie passe en haute-Z, déconnectant efficacement la porte du circuit.

En notation schématique, un tampon tri-state est indiqué par un triangle à l'intérieur du symbole de la porte :

Certains fabricants fournissent une version à enable inversé, où l'état haute-Z se produit quand l'enable est haut :

Commutateurs bilatéraux

Les commutateurs bilatéraux sont des dispositifs SPST à semi-conducteurs construits à partir de MOSFET. Dans l'état ON, leur résistance n'est que de quelques centaines d'ohms ; dans l'état OFF, la résistance monte à plusieurs centaines de mégaohms.

Ces commutateurs apparaissent dans les schémas comme un rectangle avec une broche de contrôle et deux bornes, un peu comme un relais mais sans pièces mobiles. Parce qu'ils sont des dispositifs semi-conducteurs, ils évitent les problèmes mécaniques comme les rebonds, l'arc électrique et les vibrations.

Cependant, les commutateurs bilatéraux ont une capacité de courant limitée, et la tension du signal doit rester dans les rails d'alimentation du CI du commutateur.

Le CI 4066 contient quatre commutateurs bilatéraux indépendants :

Récapitulatif rapide

• Les portes complémentaires délivrent des sorties inversée et non-inversée avec un délai négligeable.
• Les portes tri-state offrent des sorties haut, bas et haute-Z, contrôlées par une broche enable.
• Les commutateurs bilatéraux sont des relais à semi-conducteurs qui peuvent commuter des signaux analogiques ou numériques, mais avec une capacité de courant modeste.

Fiche d'exercices associée

• Fiche d'exercices sur l'algèbre de Boole