Circuit électronique
Dans les circuits électroniques numériques, les signaux électriques prennent des valeurs discrètes, pour représenter des valeurs logiques et numériques. Ces valeurs représentent l’information qui est traitée. Dans la grande majorité des cas, un codage binaire est utilisé : une tension (généralement la valeur la plus positive) représente un » 1 » binaire et une autre tension (généralement une valeur proche du potentiel de masse, 0 V) représente un » 0 » binaire. Les circuits numériques font un usage intensif de transistors, interconnectés pour créer des portes logiques qui assurent les fonctions de la logique booléenne : AND, NAND, OR, NOR, XOR et leurs combinaisons. Les transistors interconnectés de manière à fournir une rétroaction positive sont utilisés comme verrous et bascules, des circuits qui ont deux ou plusieurs états métastables et restent dans l’un de ces états jusqu’à ce qu’ils soient modifiés par une entrée externe. Les circuits numériques peuvent donc fournir une logique et une mémoire, ce qui leur permet d’exécuter des fonctions de calcul arbitraires. (La mémoire basée sur les flip-flops est connue sous le nom de mémoire statique à accès aléatoire (SRAM). La mémoire basée sur le stockage de la charge dans un condensateur, la mémoire vive dynamique (DRAM) est également largement utilisée.)
Le processus de conception des circuits numériques est fondamentalement différent de celui des circuits analogiques. Chaque porte logique régénère le signal binaire, de sorte que le concepteur n’a pas à tenir compte de la distorsion, du contrôle du gain, des tensions de décalage et d’autres préoccupations rencontrées dans une conception analogique. Par conséquent, des circuits numériques extrêmement complexes, avec des milliards d’éléments logiques intégrés sur une seule puce de silicium, peuvent être fabriqués à faible coût. Ces circuits intégrés numériques sont omniprésents dans les appareils électroniques modernes, tels que les calculatrices, les téléphones portables et les ordinateurs. Au fur et à mesure que les circuits numériques deviennent plus complexes, les problèmes de retard, de courses logiques, de dissipation de puissance, de commutation non idéale, de charge sur puce et entre puces, et de courants de fuite, deviennent des limitations à la densité, à la vitesse et aux performances des circuits.
Les circuits numériques sont utilisés pour créer des puces informatiques à usage général, comme les microprocesseurs, et des circuits logiques conçus sur mesure, appelés circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC). Les réseaux de portes programmables par l’utilisateur (FPGA), des puces dotées de circuits logiques dont la configuration peut être modifiée après fabrication, sont également largement utilisés pour le prototypage et le développement.