porte NAND

Une porte NAND est un circuit logique numérique qui produit un signal bas (logique 0) uniquement lorsque toutes ses entrées sont simultanément hautes (logique 1). Pour toute autre combinaison d'entrées, la sortie passe à l'état haut. Le nom vient directement de sa fonction : elle effectue le NON d'une opération ET. Avec deux entrées, une porte NAND produit une sortie basse uniquement lorsque les deux entrées sont hautes ; avec trois entrées, uniquement lorsque les trois sont hautes ; et ainsi de suite.

Les portes NAND sont à la base de l'électronique numérique car elles sont fonctionnellement complètes. En utilisant uniquement des portes NAND, vous pouvez construire n'importe quelle autre porte logique, bascule, additionneur, multiplexeur ou circuit de processeur. Cela rend les portes NAND extrêmement précieuses pour les concepteurs de puces, qui peuvent standardiser la fabrication autour d'un seul type de porte tout en construisant n'importe quelle fonction logique requise. La plupart des microprocesseurs et des puces mémoire modernes reposent sur des millions ou des milliards de portes NAND comme blocs de construction de base.

L'implémentation physique varie selon la technologie. Dans la logique à transistors bipolaires (TTL), une porte NAND utilise des transistors dans une configuration spécifique pour obtenir le comportement de tension requis. Dans la technologie CMOS, qui domine les puces modernes, les portes NAND utilisent des paires complémentaires de transistors à oxyde métallique semi-conducteur pour minimiser la consommation d'énergie. Une porte NAND CMOS à deux entrées contient généralement quatre transistors : deux dispositifs à canal P en série vers la tension d'alimentation et deux dispositifs à canal N en parallèle vers la masse.

Performance et utilisation pratique

Le temps de propagation, le délai entre le changement d'entrée et le changement de sortie, varie généralement de quelques nanosecondes dans le CMOS moderne à des dizaines de nanosecondes dans le TTL plus ancien. La consommation d'énergie par porte en CMOS est négligeable au repos mais augmente avec la fréquence de commutation. Lors de la conception de circuits, les ingénieurs doivent tenir compte du fan-out (le nombre de portes qu'une seule sortie peut piloter) et du fan-in (le nombre d'entrées qu'une porte peut accepter), qui affectent tous deux la vitesse et la fiabilité du circuit.

Les portes NAND apparaissent sous forme discrète en tant que circuits intégrés, le plus souvent la porte NAND quadruple 7400 en TTL et la 4011 en CMOS, toutes deux regroupant quatre portes à deux entrées indépendantes dans un seul boîtier à 14 broches. Les amateurs et les techniciens les utilisent pour des circuits logiques simples et le prototypage. Dans le silicium de production, les portes NAND s'intègrent de manière transparente dans des blocs fonctionnels plus grands, leur identité individuelle étant invisible pour l'utilisateur, mais leurs opérations logiques fonctionnant toujours en leur cœur.