porte NON

Une porte NON est un circuit logique à entrée unique qui produit l'opposé de tout signal qu'il reçoit. Si l'entrée est haute (généralement 5V ou 3,3V selon la famille logique), la sortie passe à l'état bas (0V ou masse). Si l'entrée est basse, la sortie passe à l'état haut. Cela en fait le bloc de construction fondamental pour l'inversion de signal dans toute l'électronique numérique, des circuits de commande simples aux processeurs les plus complexes.

La porte NON est également appelée inverseur, et c'est la seule porte logique de base avec une seule entrée. En algèbre de Boole, elle représente l'opération de complément, écrite comme une barre au-dessus de la variable ou parfois comme NON(A) ou A'. La table de vérité est triviale: l'entrée 0 produit la sortie 1, et l'entrée 1 produit la sortie 0. Malgré sa simplicité, aucun système numérique ne peut fonctionner sans inversion à un moment donné de sa conception.

Formes physiques et implémentation

Les portes NON apparaissent dans plusieurs implémentations physiques. Dans les circuits TTL (logique transistor-transistor), la puce classique 7404 contient six portes NON sur un seul boîtier DIP à 14 broches. Les versions CMOS comme le 4069 sont écoénergétiques et fonctionnent sur une large plage de tension. Les dispositifs logiques programmables, les FPGA et les microcontrôleurs incluent tous des fonctions NON comme opérations primitives. Au niveau du transistor, une porte NON est simplement un amplificateur inverseur, souvent un seul transistor NPN ou CMOS avec une polarisation et une résistance de charge appropriées.

Le temps de propagation, le temps entre le changement d'entrée et le changement de sortie, est une spécification critique. Dans les portes TTL rapides, il est d'environ 10 nanosecondes; en CMOS, il varie avec la tension d'alimentation mais est généralement de 50 à 100 nanosecondes à 5V. Lors de la mise en cascade de plusieurs portes dans des circuits à grande vitesse, ces retards s'accumulent et peuvent déterminer la fréquence d'horloge maximale. Le fan-out, le nombre d'entrées de porte qu'une seule sortie peut piloter en toute sécurité, est également important; les portes TTL standard gèrent généralement 10 charges, tandis que les CMOS peuvent en piloter davantage au prix d'une commutation plus lente.

Les portes NON apparaissent fréquemment aux côtés des portes ET, OU et XOR dans la conception logique, mais elles occupent une position unique: elles sont le seul opérateur requis pour construire toutes les autres fonctions booléennes. C'est pourquoi les portes NAND et NOR, qui combinent NON avec ET ou OU respectivement, sont si répandues dans les circuits intégrés réels. Les inverseurs apparaissent également dans les circuits de conditionnement de signal, la conversion de niveau et comme partie des circuits oscillateurs. La simplicité qui rend la porte NON facile à comprendre la rend également indispensable dans presque tous les domaines de l'ingénierie électrique.