Le tampon numérique est la porte logique opposée d’un inverseur (porte NOT) que nous avons vu dans le tutoriel précédent, où nous avons observé que l’état de sortie des portes NOT est le complément, l’opposé ou l’inverse de son signal d’entrée.

Par exemple, lorsque l’entrée unique de la porte NOT est “HAUTE”, son état de sortie ne sera PAS “HAUT”. Lorsque son signal d’entrée est “BAS”, son état de sortie ne sera PAS “BAS”, en d’autres termes, il “inverse” son signal d’entrée, d’où le nom “Inverseur”.

Cependant, parfois dans les circuits électroniques numériques, nous devons isoler les portes logiques les unes des autres ou les rendre capables de commutater ou d’alimenter des charges plus élevées que la normale, telles que des relais, électrovannes et lampes sans avoir besoin d’inversion. Un type de porte logique à entrée unique qui nous permet de faire cela s’appelle le TAMPOUN NUMÉRIQUE.

Contrairement à l’inverseur à entrée unique et sortie unique tel que le TTL 7404, qui inverse ou complète son signal d’entrée sur la sortie, le “Tampon” ne réalise aucune inversion ni prise de décision (comme les portes logiques avec deux entrées ou plus), mais produit au contraire une sortie qui correspond exactement à celle de son entrée. En d’autres termes, un tampon numérique ne fait rien puisque son état de sortie est identique à son état d’entrée.

Les tampons numériques peuvent être considérés comme des portes idempotentes appliquant la loi idempotente de Boole, car lorsque l’entrée passe par cet appareil, sa valeur n’est pas changée. Ainsi, le tampon numérique est un dispositif “non-inversant” et nous donnera donc l’expression booléenne suivante : Q = A.

Nous pouvons définir l’opération logique d’un tampon numérique à entrée unique comme suit :

“Q est vrai, seulement quand A est vrai”

En d’autres termes, l’état de sortie ( Q ) d’un tampon est uniquement vrai (logique “1”) lorsque son entrée A est vraie, sinon sa sortie est fausse (logique “0”).

Le tampon numérique à entrée unique

Symbole	Table de vérité
Le tampon numérique	A	Q
	0	0
	1	1
Expression booléenne Q = A	Lire comme : A donne Q

Le TAMPOUN NUMÉRIQUE peut également être réalisé en connectant deux portes NOT ensemble comme montré ci-dessous. La première “inverse” le signal d’entrée A et la seconde le “réinversera” à son niveau d’origine en effectuant une double inversion de l’entrée.

Double inversion à l’aide de portes NOT

Vous pourriez penser que quel est l’intérêt d’un tampon numérique s’il n’inverse ni ne modifie son signal d’entrée d’aucune façon, ou s’il ne prend aucune décision logique comme le font les portes ET ou OU, alors pourquoi ne pas simplement utiliser un fil à la place, et c’est un bon point. Mais un TAMPOUN NUMÉRIQUE NON-INVERSEUR a de nombreuses utilisations en électronique numérique, son principal avantage étant qu’il fournit une amplification numérique.

Les tampons numériques peuvent être utilisés pour isoler d’autres portes ou étapes de circuit les unes des autres, empêchant l’impédance d’un circuit d’affecter l’impédance d’un autre. Un tampon numérique peut également être utilisé pour alimenter des charges à courant élevé, telles que des commutateurs à transistors, car leur capacité de sortie est généralement bien supérieure à leurs exigences de signal d’entrée. En d’autres termes, les tampons peuvent être utilisés pour l’amplification de puissance d’un signal numérique car ils ont ce qu’on appelle une grande capacité de “répartition”.

Exemple de répartition par tampon numérique

Le paramètre de répartition d’un tampon (ou de tout circuit intégré numérique) est la capacité de sortie ou la capacité de courant de sortie d’une porte logique offrant un plus grand pouvoir d’amplification du signal d’entrée. Il peut être nécessaire de connecter plus d’une porte logique à la sortie d’une autre ou de commuter une charge à courant élevé, comme une LED, dans ce cas, un tampon nous permettra de faire cela.

En général, la sortie d’une porte logique est généralement connectée aux entrées d’autres portes. Chaque entrée nécessite une certaine quantité de courant de la sortie de la porte pour changer d’état, de sorte qu’à chaque connexion de porte supplémentaire, cela augmente la charge de la porte. Ainsi, la répartition est le nombre de charges parallèles qui peuvent être alimentées simultanément par un seul tampon numérique d’une porte logique. Agissant comme source de courant, un tampon peut avoir une évaluation de répartition élevée allant jusqu’à 20 portes de la même famille logique.

Si un tampon numérique a une évaluation de répartition élevée (source de courant), il doit également avoir une évaluation “d’entrée” élevée (puits de courant). Cependant, le retard de propagation de la porte se détériore rapidement en fonction de l’entrée, donc les portes avec une entrée supérieure à 4 doivent être évitées.

Ainsi, il y a une limite au nombre d’entrées et de sorties qui peuvent être connectées ensemble. Dans les applications où nous avons besoin de découpler les portes les unes des autres, nous pouvons utiliser un TAMPOUN TRI-ÉTAT ou un conducteur de sortie tri-état.

Le “Tampon tri-état”

En plus du TAMPOUN NUMÉRIQUE STANDARD vu ci-dessus, il existe un autre type de circuit tampon numérique dont la sortie peut être “déconnectée électroniquement” de son circuit de sortie lorsque cela est nécessaire. Ce type de Tampon est connu sous le nom de Tampon à 3 États ou plus couramment un Tampon Tri-état.

Un Tampon Tri-état peut être pensé comme un commutateur contrôlé par l’entrée, avec une sortie qui peut être électriquement activée ou désactivée par le biais d’un signal d’entrée externe de “Contrôle” ou “Activation” ( EN ). Ce signal de contrôle peut être soit un signal logique “0” ou un signal logique “1”, entraînant ainsi que le Tampon Tri-état soit dans un état permettant à sa sortie de fonctionner normalement ou dans un autre état où sa sortie est bloquée ou déconnectée.

Un tampon tri-état nécessite donc deux entrées. L’une étant l’entrée de données et l’autre étant l’entrée de contrôle ou d’activation.

Équivalent commutateur pour tampon tri-état

Lorsqu’il est activé dans son troisième état, il désactive ou éteint sa sortie, produisant une condition de circuit ouvert qui n’est ni à un niveau logique “HAUT” ni “BAS”, mais qui donne au lieu de cela un état de sortie d’impédance très élevée, High-Z, ou plus couramment Hi-Z. Ainsi, ce type de dispositif a deux entrées d’état logique, “0” ou “1”, mais peut produire trois états de sortie différents, “0”, “1” ou “ Hi-Z ”, c’est pourquoi on l’appelle un dispositif “Tri” ou “3-états”.

Notez que cet troisième état n’est PAS égal à un niveau logique “0” ou “1”, mais représente un état d’impédance élevée dans lequel la sortie des tampons est électriquement déconnectée du reste du circuit. En conséquence, aucun courant n’est tiré de l’alimentation.

Il existe quatre types différents de Tampon Tri-état, un ensemble dont la sortie est activée ou désactivée par un signal de contrôle “Actif-HAUT” produisant une sortie inversée ou non inversée, et un autre ensemble dont la sortie du tampon est contrôlée par un signal de contrôle “Actif-BAS” produisant également une sortie inversée ou non inversée.

Tampon tri-état actif “HAUT”

Symbole	Table de vérité
Tampon tri-état	Activation	IN	OUT
	0	0	Hi-Z
	0	1	Hi-Z
	1	0	0
	1	1	1
Lire comme Sortie = Entrée si Activation est égal à “1”

Un Tampon tri-état actif-haut, tel que le tampon octal 74LS241, est activé lorsqu’un niveau logique “1” est appliqué à sa ligne de contrôle “d’activation” et les données passent de l’entrée à la sortie. Lorsque la ligne de contrôle d’activation est à niveau logique “0”, la sortie du tampon est désactivée et une condition d’impédance élevée, Hi-Z, est présente à la sortie.

Un tampon tri-état actif-haut peut également avoir une sortie inversée ainsi qu’un état d’impédance élevée, créant un tampon tri-état actif-haut inversé comme montré.

Tampon tri-état inversé actif “HAUT”

Symbole	Table de vérité
Tampon tri-état inversé	Activation	IN	OUT
	0	0	Hi-Z
	0	1	Hi-Z
	1	0	1
	1	1	0
Lire comme Sortie = Entrée inversée si Activation égale “1”

La sortie d’un tampon tri-état inversé actif-haut, tel que le tampon octal 74LS240, est activée lorsque un niveau logique “1” est appliqué à sa ligne de contrôle “d’activation”. Les données à l’entrée passent à la sortie mais sont inversées, produisant un complément de l’entrée. Lorsque la ligne d’activation est BASSE à niveau logique “0”, la sortie du tampon est désactivée et une condition d’impédance élevée, Hi-Z, est présente à la sortie.

Les deux tampons tri-état peuvent également être mis en œuvre avec une entrée d’activation active-basse comme montré.

Tampon tri-état actif “BAS”

Symbole	Table de vérité
Tampon tri-état	Activation	IN	OUT
	0	0	0
	0	1	1
	1	0	Hi-Z
	1	1	Hi-Z
Lire comme Sortie = Entrée si Activation est NON égale à “1”

Un TAMPOUN TRI-ÉTAT ACTIF-BAS est l’opposé de celui ci-dessus et est activé lorsqu’un niveau logique “0” est appliqué à sa ligne de contrôle “activation“. Les données passent de l’entrée à la sortie. Lorsque la ligne de commande d’activation est à niveau logique “1”, la sortie du tampon est désactivée et une condition d’impédance élevée, Hi-Z, est présente à la sortie.

Tampon tri-état inversé actif “BAS”

Symbole	Table de vérité
Tampon tri-état inversé	Activation	IN	OUT
	0	0	1
	0	1	0
	1	0	Hi-Z
	1	1	Hi-Z
Lire comme Sortie = Entrée inversée si Activation est NON égale à “1”

Un TAMPOUN TRI-ÉTAT INVERTEUR ACTIF-BAS est l’opposé de celui ci-dessus car sa sortie est activée ou désactivée lorsqu’un niveau logique “0” est appliqué à sa ligne de contrôle “activité“. Lorsqu’un tampon est activé par un “0” logique, la sortie est le complément de son entrée. Lorsque la ligne de contrôle d’activation est à niveau logique “1”, la sortie est désactivée et une condition d’impédance élevée, Hi-Z, est présente à la sortie.

Contrôle du tampon tri-état

Nous avons vu ci-dessus qu’un tampon peut fournir une amplification de tension ou de courant au sein d’un circuit numérique et il peut également être utilisé pour inverser le signal d’entrée. Nous avons également vu que les tampons numériques sont disponibles sous forme tri-état qui permet d’éteindre effectivement la sortie, produisant un état d’impédance élevée (Hi-Z) équivalent à un circuit ouvert.

Le Tampon Tri-état est utilisé dans de nombreux circuits électroniques et microprocesseurs car ils permettent à plusieurs dispositifs logiques d’être connectés au même fil ou bus sans endommagement ou perte de données. Par exemple, supposons que nous ayons une ligne de données ou un bus de données avec de la mémoire, des périphériques, une entrée/sortie ou un CPU qui y sont connectés. Chacun de ces dispositifs est capable d’envoyer ou de recevoir des données les uns des autres sur ce bus de données unique en même temps, créant ce qu’on appelle une contention.

La contention se produit lorsque plusieurs dispositifs sont connectés ensemble, car certains souhaitent élever leur sortie à un niveau haut et d’autres à un niveau bas. Si ces dispositifs commencent à envoyer ou à recevoir des données en même temps, un court-circuit peut se produire lorsque un dispositif sort sur le bus un “1” logique, la tension d’alimentation, tandis qu’un autre est fixé à un niveau logique “0” ou à la masse, entraînant une condition de court-circuit et possiblement des dommages aux dispositifs ainsi qu’une perte de données.

Les informations numériques sont envoyées via ces bus de données ou autoroutes de données soit de manière sérielle, un bit à la fois, soit jusqu’à huit (ou plus) fils ensemble sous une forme parallèle, comme dans un bus de données de microprocesseur, permettant de connecter plusieurs tampons tri-état au même bus de données sans endommagement ou perte de données comme montré.

Contrôle du bus de données du tampon numérique tri-état

Ensuite, le TAMPOUN TRI-ÉTAT peut être utilisé pour isoler des dispositifs et des circuits du bus de données et les uns des autres. Si les sorties de plusieurs tampons tri-état sont connectées électriquement ensemble, des décodeurs sont utilisés pour permettre à un seul ensemble de tampons tri-état d’être actif à tout moment pendant que les autres dispositifs sont dans leur état d’impédance élevée. Un exemple de tampons tri-état connectés à un bus de données à 4 fils est montré ci-dessous.

Contrôle du tampon numérique tri-état

Ce modèle de base montre comment un décodeur binaire peut être utilisé pour contrôler plusieurs tampons tri-état soit individuellement soit ensemble dans des ensembles de données. Le décodeur sélectionne la sortie appropriée qui correspond à son entrée binaire, permettant ainsi à un seul ensemble de données de passer, soit un état de sortie logique “1” soit “0” sur le bus. À ce moment-là, toutes les autres sorties tri-état connectées aux mêmes lignes de bus sont désactivées en étant placées dans leur état d’impédance élevée Hi-Z.

Ensuite, les données de l’ensemble de données “A” ne peuvent être transférées au bus commun que lorsqu’un signal haut actif est appliqué aux tampons tri-état via la ligne d’activation, EN_A. À tous les autres moments, cela représente une condition d’impédance élevée, étant effectivement isolé du bus de données.

De même, l’ensemble de données “B” ne passe des données au bus que lorsqu’un signal d’activation est appliqué via EN_B. Un bon exemple de tampons tri-état connectés ensemble pour contrôler des ensembles de données est le tampon octal TTL 74244.

Il est également possible de connecter des Tampons Tri-état “bout à bout” pour produire ce que l’on appelle un circuit Tampon bidirectionnel, avec un “tampon actif-haut” connecté en parallèle mais à l’envers avec un “tampon actif-bas”.

Ici, l’entrée de contrôle d’activation agit plus comme un signal de contrôle directionnel, provoquant ainsi que les données soient lues “depuis” et transmises “vers” le même fil de bus de données. Dans ce type d’application, un tampon tri-état avec une capacité de commutation bidirectionnelle, tel que le TTL 74245, peut être utilisé.

Nous avons vu qu’un TAMPOUN TRI-ÉTAT est un dispositif non-inversant qui ne donne une sortie (qui est la même que son entrée) que lorsque l’entrée du pin d’activation, ( EN ), est HAUTE, sinon la sortie du tampon retourne à son état d’impédance élevée, ( Hi-Z ). Les sorties tri-état sont utilisées dans de nombreux circuits intégrés et systèmes numériques et pas seulement dans les tampons tri-état numériques.

Les tampons numériques et les tampons tri-état peuvent être utilisés pour fournir une amplification de tension ou de courant en alimentant des charges beaucoup plus élevées telles que des relais, des lampes ou des transistors de puissance que avec des portes logiques conventionnelles. Mais un tampon peut également être utilisé pour fournir une isolation électrique entre deux circuits ou plusieurs circuits.

Nous avons vu qu’un bus de données peut être créé si plusieurs dispositifs tri-état sont connectés ensemble, et tant qu’un seul est sélectionné à un instant donné, il n’y a pas de problème. Les bus tri-état permettent à plusieurs dispositifs numériques d’entrer et de sortir des données sur le même bus de données en utilisant des signaux d’entrée/sortie et le décodage d’adresses.

Les Tampons Tri-état sont disponibles sous forme intégrée en formes quadruples, hexadécimales ou octales de tampon/drivers, à la fois unidirectionnels et bidirectionnels, les plus courants étant le TTL 74240, le TTL 74244 et le TTL 74245.

Les circuits intégrés Tampons numériques et Tampons tri-état disponibles incluent :

Tampon numérique 74LS07

Tampon tri-état octal 74LS244