Dernière mise à jour : 11/09/2011
Présentation
Un circuit intégré (souvent abbrégé CI,
à ne pas confondre avec CI de circuit imprimé) est un
composant dit actif. Il s'agit d'un composant possédant un
certain nombre de broches (deux à plusieures centaines), et qui
intègre en son sein un certain nombre de composants tels que
transistors, résistances, diodes, etc. Certains circuits
intégrés, comme le NE555, ne possède que quelques
dizaines de composants, alors que d'autres, comme les
micro-processeurs, peuvent
en intégrer plusieurs millions (voir paragraphe
Intégration).
Circuits intégrés linéaires (analogiques)
Il s'agit de circuits travaillant avec des tensions pouvant prendre
différentes valeurs entre deux valeurs limites min et max : régulateurs de tension genre
LM7812, amplificateurs opérationnels genre LM741 ou NE5532,
amplificateurs BF de
type LM386 ou TDA2030...
Circuits intégrés logiques (numériques)
Il s'agit de circuits travaillant en tout ou rien,
généralement avec des tensions d'entrée et de
sorties égales à (ou très proche de) leur tension
d'alimentation. Exemple : circuits de la famille SN74xx ou CD40xx,
familles dans lesquelles on trouve des circuits assurant des fonctions
très diverses :
simples portes logiques (NAND, OR, etc), diviseurs de
fréquences, (dé)multiplexeurs, mémoires vives
et
mémoires mortes, micro-processeurs...
- Séries
CD4000, HEF4000,
MC14000 -
Circuits
intégrés de technologie CMOS. Faible consommation
électrique,
fonctionnement entre 3 V et 15 V, assez sensibles à
l'electricité statique. Enfin quand on dit faible consommation
électrique, c'est surtout en régime statique, c'est
à dire quand les sorties ne changent pas d'état, et pour
une tension d'alimentation faible (5 V). Parce que quand on atteind une
vitesse de fonctionnement de quelque 1 MHz à 2 MHz sous une
tension d'alim de 15 V, la consommation n'est plus minime du tout et on
peut
largement faire la comparaison avec des circuits TTL pourtant réputés
être plus gourmands en énergie... Bien que d'un fonctionnement
garanti à partir de 3 V, une tension d'au moins 4,5 V est
recommandée car en-dessous de cette valeur on observe une nette perte
de vitesse (temps de propagation plus longs). On peut retenir qu'une
tension d'alim de 5 V est recommandée pour une utilisation à faible
vitesse, alors qu'une alimentation de 10 V à 12 V est recommandée pour
les hautes vitesses. Une tension d'alimentation de 15 V pour un
fonctionnement à haute vitesse est déconseillée du fait d'une
consommation et d'un échauffement accrus.
- Série
CD74HCTxx - Circuits
intégrés de technologie CMOS, plus rapides que les CMOS
classiques de la série CD4000.
- Série 74xx -
Circuits
intégrés de technologie TTL (Transistor and Transistor
Logic) standard.
- Série
74Lxx - Circuits
intégrés de technologie TTL basse consommation (L = Low
power).
- Série 74Sxx
- Circuits
intégrés de technologie TTL Schottky (S = Schottky).
- Série 74Fxx -
Circuits
intégrés de technologie TTL rapide (F = Fast).
- Série
74LSxx - Circuits
intégrés de technologie TTL Schottky basse consommation
(LS = Low power Schottky).
Consommation électrique toujours plus élevée que
celle des
circuits de la série
CMOS, mais aussi plus rapides que ces derniers. Fonctionnement sous 5V
(en fait 5V +/-10%, soit 4,5V à 5,5V, valeur maximale absolue de
7V),
ils sont peu sensibles à l'electricité statique. La
série 74LS est un peu plus
rapide que la série SN74xx et consomme un peu moins.
- Série 74ASxx -
Circuits
intégrés de technologie TTL Schottky avancé (AS =
Advanced Schottky)
- Série 74ALSxx -
Circuits
intégrés de technologie TTL Schottky avancé, basse
consommation (ALS = Advanced Low power Schottky)
- Série 74Cxx -
Version CMOS de la série SN7400. Ainsi, un 74C192 est
équivalent au CD40192.
- Séries 74HCxx
et 74HCTxx - Ces
circuits combinent la faible consommation des circuits CMOS et la
rapidité des circuits TTL. Les circuits de la série 74HCT
s'alimentent
sous 5V comme les TTL classiques, et remplacent
aventageusement
les circuits de la série SN74xx. Les circuits de la série
74HC
s'alimentent quant à eux sous une tension comprise entre 2V et
6V, ce
qui leur permet une certaine compatibilité avec des circuits
CMOS
travaillant en basse tension (sous 3V par exemple).
- Séries
74HC4000 et
74HCT4000 -
- Séries
74ACTxx, 74HCUxx -
Dénomination des circuits logiques CMOS
Tout comme pour les transistors et diodes, il existe une norme pour la dénomination des circuits intégrés de type CMOS de la famille "HEx4000". En voici le détail.
HEF4xxxBXY
| || |||
| || ||+-- Sélection éventuelle (par exemple B = déverminage)
| || |+--- Code boîtier (P = plastique, D = Céramique)
| || +---- B = Bufférisé, UB = non bufférisé
| |+-------- 4xxxx = Numéro du composant, 4 ou 5 chiffres
| +--------- Plage temp. F => -40 à +85°C, C => -55 à +125°C
+----------- HE = famille
Remarques
- Le code boîtier peut aussi être représenté par la lettre T, qui signifie Microboîtier (boîtier miniature).
- La
notion de "bufférisé" (B = Buffered) ou "non bufférisé" (UB =
UnBuffered) concerne le type de sortie des circuits logiques de cette
famille. En règle générale il vaut mieux utiliser des circuits CMOS
dont les sorties sont bufférisées, surtout si on veut les faire
travailler à des vitesses élevées. Quelques rares applications imposent
l'emploi de circuits dont les sorties ne sont pas bufférisées, il
s'agit par exemple de montages dans lesquels les circuits intégrés
logiques sont utilisés en régime linéaire (amplification en tension).
- Si
la lettre B (Buffered) ou les lettres UB (UnBeffered) sont remplacées
par la lettre V, cela signifie qu'on a affaire à un circuit dont la
tension d'alimentation est réduite.
Compatibilité TTL / CMOS
Peut-on
combiner dans un même schéma / montage des circuits intégrés TTL
avec des circuits intégrés CMOS ?
Pas impossible que vous trouviez
quelques pistes ou réponses à la page Compatibilité TTL / CMOS.
Découplage d'alimentation de circuits intégrés
logiques
Il est de rigueur de placer un condensateur de découplage
d'alimentation (en parallèle sur l'alimentation, entre la borne
+ et la borne - du circuit intégré) de l'ordre de 10 nF
pour un boitier comportant quelques portes logiques basiques (pour un
SN7400 par exemple), valeur devant passer à quelques 100 nF pour
une vingtaine de portes. Pour des circuits complexes tels que compteurs
ou registres à décallage, un condensateur de 100 nF est
également requis. Dans tous les cas, le ou les condensateurs de
découplage d'alimentation doivent être placés au
plus près du circuit logique concerné. Les buffers et les
drivers de ligne sont particulièrement exposés aux
"grosses" consommations, il convient d'apporter un soin particulier au
découplage de leur alimentation. Les réalisations
complexes faisant appel à de nombreux circuits
numériques, ont tout interêt à disposer d'une
régulation d'alimentation locale, car les circuits
numériques produisent des pointes de courants qui se traduisent
par l'ajout de bruit sur les lignes d'alimentation, qui peuvent se
répercuter sur des sections sensibles et les perturber. Une
régulation locale présente l'avantage d'isoler le bruit
généré par les circuits logiques,
l'empêchant de remonter vers l'alimentation principale.
Circuits intégrés spécifiques
Ces circuits ont été développé pour remplir
une tache particulière. Ils peuvent travailler dans le domaine
de
l'analogique et/ou du numérique. Exemple : les enregistreurs de
son
de type ISD1016, les convertisseur Numérique/Analogique et
Analogique/Numérique, les drivers de LED en bargraphe
genre U257 ou LM3914 ...
Intégration
L'intégration définie le nombre de composants que le
circuit intégré peut contenir. Elle est définie
par des initiales (SSI pour Small Scale Integration, VLSI pour Very
Large Scale Integration, ULSI pour Ultra Large Scale Integration, etc).
Il faut reconnaitre cependant que les circuits intégrés
comportent de plus en plus de composants (transistors notement), et que
ces termes sont de moins en moins utilisés. Il n'est en effet
plus "futuriste" de parler de plusieurs centaines de millions de
transistors dans un seul boitier (CPU et GPU en sont de bons exemples).
Précautions à prendre
Un circuit intégré est un composant fragile. Il craint
parfois les décharges électrostatique (ESD) et la
surchauffe. Il est conseillé de porter un bracelet conducteur
relié à la terre, pendant la manipulation de ce genre de
composant. Lorsqu'il est soudé, il ne doit pas être
chauffé excessivement, sous peine de déterioration ou de
destruction. Un conseil : utiliser un support
de
circuit intégré à chaque fois que cela est
possible, pour éviter de souder directement le circuit
intégré sur le circuit imprimé, celà
réduit le stress thermique et facilite l'échange en cas
de panne (dans certains contextes, on ne doit pas utiliser de support,
mais pour un usage amateur, mieux vaut ne pas se poser la question et
en mettre).
Boîtiers
Différents types de boîtiers sont proposés par les
constructeurs, mais la grande majorité se présente sous
la forme d'un rectangle noir en plastique, avec une ou deux
rangées de pattes de connection (appelées Broches en
français ou Pin en anglais), voire plus pour les circuits
à haute intégration. Certains CI ne sont disponibles que
dans un type de boîtier donné, pour d'autre, vous devrez savoir
les reconnaitre pour commander la bonne référence.
Souvent, des inscriptions sur le dessus du boitier permettent de
connaitre l'origine du composant (nom ou logo du constructeur), ou d'en
savoir un peu plus sur le composant (référence du
composant lui-même, code de révision ou de variante,
année de fabrication codée AASS). Parfois, un suffixe
dans la référence indique le type de boitier. Quelques
exemples ci-dessous.
Boitier DIL8
(deux rangées de 4
broches) - Exemple avec cet amplificateur
BF LM386. Un certain nombre
d'inscriptions sont visibles, mais en fait une seule nous interresse
vraiment ici : LM386N-4. LM386 indique clairement la
référence du circuit. Mais quid de N-4 ? Et bien
N-4 indique qu'il s'agit d'un modèle particulier du LM386,
et qu'il peut en exister d'autres (d'autres types de boitier, d'autres
valeurs de puissance, etc). Par exemple, le LM386N4 peut
délivrer 1W, alors que le LM386N3 peut délivrer 0,3W.
Autre exemple : le LM380N8 en boitier DIL8 et le LM380N14 en boitier
DIL14 (deux amplis BF pouvant délivrer chacun 2,5W)...
Boitier DIL14
- Même type de boitier
que le boitier DIL ci-avant. Même espace de 2,54 mm entre chaque
broche, et même écartement entre les deux rangées
de broches. Dans le même "format", il existe des boitiers DIL6,
DIL16, DIL18, DIL20, DIL24, etc. Le nombre qui suit le préfixe
DIL repérente directement le nombre de broches.
Boitier
CMS (CMS = Composant
Monté en Surface) SOIC8
(deux rangées de 4 broches) - Exemple avec cet AOP
hautes performances pour l'audio AD825. Ce composant se soude
côté
cuivre (côté soudure), ses pattes sont petites et ne
traversent pas le circuit imprimé, contrairement au LM386 en
boitier DIL8 présenté ci-avant.
Boitier Multiwatt15
(8 + 7 broches) -
Exemple avec cet ampli BF
MosFet 100W TDA7293. Ce type de boitier est
destiné à être placé sur un radiateur, le
trou visible sur la semelle permet sa fixation. Il s'agit en effet d'un
amplificateur BF de puissance, qui chauffe beaucoup quand on l'utilise
à pleine capacité. Ne pas adjoindre de radiateur à
ce circuit provoquerait
des disfonctionnements répétés et un
vieillissement prématuré (pas une destruction directe car
cet ampli est doté de protections efficaces).
Boitier
PLCC44
(quatre rangées
de 11 broches) - Exemple, ce microcontrôleur
MC68HC705C8ACFN. Ce type de circuit se
place sur un support spécifique PLCC (voir Supports
composants) et necessite une pince spéciale pour l'en
extraire.
Boitier SIL9
(une seule rangée de 9
broches) - Exemple : le BA6418N, un circuit dédié
à la commande de moteur bi-directionnel. Le nombre qui suit le
préfixe SIL repérente directement le nombre de broches.
Lien entre schéma et boîtier
Le lien entre schéma électronique et boîtier est
très simple : il s'effectue grâce aux numéros des broches
du circuit. L'exemple ci-dessous montre la représentation
schématique de deux amplificateurs opérationnel (AOP).
Chaque connexion du circuit schématique utilisé (mais
aussi parfois celles qui ne sont pas utilisées et le plus
souvent notées NC) est représentée par un
numéro unique, qui correspond à chaque fois à une
patte du composant physique. Deux pattes d'un même circuit ne
peuvent donc pas porter le même numéro. Dans les deux
dessins suivants, la relation est évidente, car le dessin
du boitier comporte le numéro des pattes et l'emplacement des
AOP.
Cela n'est malheureusement pas toujours le cas, et il faut alors savoir
comment reconnaitre les numéro des pattes. Et bien c'est
très simple : sur tous les circuits intégrés, il y
a un détrompeur, prenant la forme d'une encoche ou d'un point
dessiné. Ce détrompeur permet simplement de localiser la
patte N°1, sachant qu'ensuite il suffit de "tourner" autour du
circuit en incrémentant d'un point chaque patte. Pour ce faire,
placez donc votre circuit intégré sur une table, pattes
posées sur la table (chien debout) et non tournées vers
vous (chien qui attend qu'on lui carresse le ventre). Localisez le
détrompeur, et placez-le en haut. La première patte en
haut à gauche est la patte N°1. La patte tout de suite en
dessous (toujours à gauche) est la patte N°2. Une fois
arrivé tout en bas à gauche, vous continuez en bas
à droite et vous remontez jusqu'en haut à droite (rotation dans le sens
anti-horaire). Avec le
dessin du circuit à 8 pattes représenté
ci-dessous, vous devriez comprendre rapidement...
On trouve parfois des schéma électroniques sur lesquels
le numéro des pattes des circuits intégrés n'est
pas représenté. Dans ce cas, vous devrez effectuer une
recherche de documentation sur les circuits afin d'en connaitre les
brochages. Avec un peu d'expérience, vous pourrez reconnaitre
des circuits non nommés, simplement en regardant comment ils
sont raccordés. Et avec un peu plus d'expérience, vous
retiendrez par coeur les numéros de pattes des circuits les plus
fréquement utilisés.
Détrompeur et boitiers
ronds...
Attention, pour les circuits intégrés ronds (format physique TO99), le
détrompeur est situé en face
de la dernière patte du composant (patte N°8 pour un CA3080 ou LM709,
ou patte N°10 pour un SFC2723 par exemple). La lecture des numéros de
pattes s'effectue alors
en regardant le boitier par le dessus et en plaçant le
détrompeur en haut, comme pour les circuits rectangulaires
finalement. Exemple ci-dessous avec l'AOP de type LM709 doté de 8
broches.
La première patte à gauche du
détrompeur est la patte N°1, puis en comptant dans le sens
inverse des aiguilles d'une montre, on tourne jusqu'à la
dernière patte située vers le détrompeur.
