Circuits logiques majoritaires

Les tampon numérique, les portes logiques et les IC logiques

Un type de système logique peu connu mais utile est la logique majoritaire, dans laquelle le dispositif logique a un nombre impair (3, 5, 7, etc.) d'entrées et donne une sortie active uniquement lorsque la majorité de ces entrées sont élevées, indépendamment du fait que dont les intrants sont élevés.

Ce type de logique est utile dans les alarmes pseudo-intelligentes et les dispositifs robotiques, etc., et peut (par exemple) déclencher une alarme uniquement si au moins deux des trois détecteurs indiquent une condition de défaut, ou permettre à un robot de se déplacer uniquement s'il y a un problème, il y a plus de motivation à bouger qu'à rester immobile, etc.

Le circuit intégré logique majoritaire CMOS le plus connu est l'unité à double entrée 4530B (Figure ci-dessous), dont chaque moitié contient un élément logique majoritaire à 5 entrées dont la sortie alimente une entrée d'une porte EX-NOR qui a son autre entrée (W) disponible en externe, lui permettant d'être câblé comme un étage inverseur ou non inverseur.

Schéma fonctionnel du circuit intégré à porte logique majoritaire à 5 entrée double 4530B

 Ainsi, lorsque W est lié à la logique 1, l'étage EX-NOR donne une action non inverseuse et la sortie de l'élément ne passe au niveau haut que lorsque la majorité des entrées sont au niveau haut. Cependant, lorsque W est lié au 0 logique, l'étage EX-NOR donne une action inverse et la sortie de l'élément passe à l'état haut lorsque la majorité des entrées sont faibles.

Notez que le nombre effectif d'entrées d'un élément 4530B peut être réduit en câblant la moitié des entrées indésirables au logique 1 et l'autre moitié au logique 0, comme dans la figure ci-dessous.

Alternativement, le nombre effectif d'entrées peut être augmenté par des éléments en cascade, la sortie d'un élément alimentant une entrée de l'élément en cascade, comme dans la figure ci-dessous.

En pratique, le CI 4530B est souvent difficile à trouver. Dans ce cas, un circuit logique majoritaire peut facilement être construit en câblant un amplificateur opérationnel CMOS 3140 dans la configuration de base de la figure 8, qui montre un circuit à cinq entrées.

Porte logique majoritaire d'ampli opérationnel simple à cinq entrées

Ici, l'ampli-op fonctionne comme un comparateur de tension dans lequel R6-R7 applique la moitié de la tension d'alimentation à la broche 2 de l'ampli-op et aux cinq résistances d'entrée (qui doivent chacune être connectées à la terre ou au rail d'alimentation positif), forment un diviseur de potentiel qui applique une fraction de la tension d'alimentation à la broche 3.

Cette tension de la broche 3 est inférieure à celle de la broche 2 si la majorité des entrées sont basses, mais supérieure à celle de la broche 2 si la majorité des entrées sont hautes. Dans cette dernière condition, la sortie de l'ampli-op passe à l'état haut, ce qui donne une action logique majoritaire.

Notez que si 5 % de résistances sont utilisées, le circuit de la figure ci-haut peut recevoir n'importe quel nombre impair d'entrées jusqu'à un maximum de 11 en ajoutant simplement une résistance supplémentaire de 1 Mo pour chaque nouvelle entrée.

La sortie de ce circuit passe presque entièrement à zéro volt lorsque la sortie est faible, mais ne monte qu'à quelques volts du rail positif lorsque la sortie est élevée.

Dans la plupart des applications, ce défaut est de peu d'importance ; cela signifie cependant que les éléments ne peuvent pas être mis en cascade pour augmenter le nombre total d'entrées.

Ce défaut peut être surmonté en utilisant la configuration alternative de la figure ci-dessous, dans laquelle la sortie est inversée et décalée de niveau de Q1, et les entrées de l'ampli-op sont transposées. La sortie de ce circuit commute à moins de 50 mV de l'un ou l'autre rail d'alimentation, permettant aux unités d'être mises en cascade sans limite.

Porte logique majoritaire d'amplificateur opérationnel à cinq entrées composées