Circuit intégré

Le circuit intégré (CI) est un composant électronique qui permet de réaliser une fonction logique.

Dans un circuit intégré, la valeur logique "faux" est représentée par une tension nulle et la valeur "vrai" par une tension positive, le plus souvent égale à +5V (notamment dans les circuits TTL). On parle également de niveaux hauts et de niveaux bas pour ces valeurs logiques.

Un circuit intégré renferme toujours plusieurs composants électroniques de base (transistor, résistance, etc.).

Chaque circuit intégré possède une table de vérité qui décrit les relations entre valeurs d'entrée et valeurs de sortie.

1 Numérotation des broches

Les broches (pin) d'un circuit intégré sont numérotées. Pour déterminer la position du pin n°1, il faut repérer une encoche sur le composant. Lorsqu'on regarde le composant avec cette encoche orientée vers le haut, le pin n°1 est toujours celui à gauche de l'encoche. Sur certains CI, il existe aussi un point qui identifie la position du pin n°1.

Comme le montre la photo ci-dessous, les pins sont numérotés dans le sens inverse de l'aiguille d'une montre.

2 Datasheet

Les fabricants de circuit intégré fournissent des documents nommés Datasheet qui décrivent le fonctionnement et les caractéristiques techniques de leurs produits.

Le Datasheet d'un CI contient généralement la table de vérité du composant et son schéma . Il est donc essentiel de récupérer ce document si on souhaite comprendre le fonctionnement du circuit.

Grâce à Google, on peut facilement trouver le Datasheet d'un CI.

3 Circuit TLL

Les circuits intégrés les plus utilisés dans les flippers sont ceux de la famille TTL (Transistor-Transistor Logic).

TTL est une technologie inventée dans les années 1960. Son nom "Transistor-Transistor Logic" vient du fait que toutes les fonctions logiques sont réalisées par des transistors.

Il existe plusieurs sous familles de circuits TTL avec des vitesses et des puissances variables : LS, F, ALS, HCT etc. La sous famille LS est la plus répandue.

3.1 Convention de nommage

Les circuits TTL respectent une convention de nommage bien précise.

Prenons l'exemple du circuit TTL nommé SN74LS00 :

• Les 2 premiers caractères indiquent le constructeur du composant. SN signifie que le constructeur est Texas Instrument
• Le chiffre suivant est soit 74, soit 54. 74 désigne les circuits intégrés grands publics qui supportent une température ambiante comprise entre 0 et 70 dégré. 54 désigne les CI à usage militaire, ils supportent des températures extrêmes, de -55 à 125 degrés
• Les lettres suivantes indiquent la sous famille du circuit TTL (LS, HCT etc.)
• Les derniers chiffres indiquent la fonction logique réalisé par le composant (00=Porte NAND, 02=Porte NOR, 08=Porte AND etc.)

Sur un CI, on trouve aussi parfois 4 chiffres qui indiquent l'année et la semaine de fabrication du composant. Par exemple 8012 signifie 12ème semaine de l'année 1980

3.2 Exemple du circuit TTL 7408

Ce circuit est composé de 4 portes AND. La première a pour entrée les pins 1 et 2, et pour sortie le pin 3. La seconde a pour entrée 4 et 5 et sortie 6 ... La masse doit être reliée au pin 7 et le voltage au pin 14.

4 Circuit CMOS

Il existe une autre famille de circuits intégrés utilisée dans les flippers : Les CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductors). Les flippers Stern Pinball produits à partir des années 2000 utilisent par exemple des CMOS.

Cette famille tend à remplacer les circuits TTL car elle consomme moins d'énergie. D'autre part, les circuits CMOS peuvent opérer avec des tensions plus importantes que celles gérées par les TTL.

Les circuits 74HCTxxx sont, malgré leur nom qui respectent la convention TTL, des circuits CMOS. Cependant ils possèdent une interface compatible avec TTL (voltage semblable aux TTL). Ils peuvent dans la plupart des cas remplacer des circuits TTL.

5 Tester un circuit intégré

Pour tester un CI, il faut avoir connaissance de son schéma. Celui-ci est fourni dans le datasheet du composant.

Reprenons l'exemple du circuit TTL 7408 dont voici le schéma :

On constate que ce CI est composé de 4 portes AND. Il faut vérifier que chacune de ces portes fonctionne.

Pour cela, on vérifie la cohérence entre les tensions d'entrées et de sorties de chaque porte. Pour la porte AND ayant pour entrée les pin n°1 et n°2 et pour sortie le pin n°3, on devrait constater :

• Si pin n°1 = +5V et pin n°2 = +5V alors pin n°3 = +5V
• Si pin n°1 = +0V et pin n°2 = +5V alors pin n°3 = +0V
• Si pin n°1 = +5V et pin n°2 = +0V alors pin n°3 = +0V
• Si pin n°1 = +0V et pin n°2 = +0V alors pin n°3 = +0V

Toute autre valeur signifierait que la porte AND est défectueuse.

Il faut ensuite faire les mêmes vérifications pour les 3 autres portes AND.