CIRCUITOS INTEGRADOS
OBJETIVO
El
objetivo de este informe es tener más conocimiento acerca de los circuitos
integrados así como el funcionamiento tanto interno como aplicado en un
sistema.
También
analizaremos los diferente tipos que existen y cual es la deferencia en e
funcionamiento de cada uno.
Asi como
también el modo de construcción para sus diferentes aplicaciones y usos que se
le puedan dar a los dispositivos.
Introduccion
Los
circuitos integrados son unos pequeños circuitos electronicos fabricados con
una funcion especifica como pueden ser: Operaciones aritmeticas, funciones
logicas, amplificaciones, codificaciones controladores etc.
Estos circuitos integrados se combinan para formar sistemas mucho mas complejos que pueden ser desde una calculadora hasta una computadora etc.
Los circuitos integrados pueden clasificarse de diversas formas. Es posible hablar de los circuitos monolíticos (fabricados en un único monocristal, por lo general silicio), los circuitos híbridos de capa fina (con componentes que exceden a la tecnología monolítica) y los circuitos híbridos de capa gruesa (sin cápsulas, con resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser). Otra clasificación se realiza según el número de componentes y el nivel de integración.
Estos circuitos integrados se combinan para formar sistemas mucho mas complejos que pueden ser desde una calculadora hasta una computadora etc.
Los circuitos integrados pueden clasificarse de diversas formas. Es posible hablar de los circuitos monolíticos (fabricados en un único monocristal, por lo general silicio), los circuitos híbridos de capa fina (con componentes que exceden a la tecnología monolítica) y los circuitos híbridos de capa gruesa (sin cápsulas, con resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser). Otra clasificación se realiza según el número de componentes y el nivel de integración.
Circuito integrado
Definición
En la electrónica, un
circuito integrado es una combinación de elementos de un circuito que están
miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o soporte. La noción, por lo
tanto, también se utiliza como sinónimo de chip o microchip.
El circuito integrado
está elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los
circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que
ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un encapsulado con
conductores metálicos que permiten establecer la conexión entre dicha pastilla
de material semiconductor y el circuito impreso.
Existen varios tipos
de circuitos integrados. Entre los más avanzados y populares pueden mencionarse
los microprocesadores, que se utilizan para controlar desde computadoras hasta
teléfonos móviles y electrodomésticos.
Los circuitos
integrados pueden clasificarse de diversas formas. Es posible hablar de los
circuitos monolíticos (fabricados en un único monocristal, por lo general
silicio), los circuitos híbridos de capa fina (con componentes que exceden a la
tecnología monolítica) y los circuitos híbridos de capa gruesa (sin cápsulas,
con resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser).
Otra clasificación se
realiza según el número de componentes y el nivel de integración. Los circuitos
integrados, en este caso, se conocen por su sigla en inglés: SSI (Small
Scale Integration), MSI (Medium Scale Integration), etc
Historia del circuito
integrado
Muchos los
dispositivos microelectrónicos interactuados, especialmente transistores y
diodos, sin dejar de lado componentes pasivos tales como condensadores y
resistencias aprovechan la tecnología del circuito integrado, cuya
historia se remonta a finales de la década de 1950, cuando un ingeniero
llamado Jack St. Clair Kilby desarrolló el primer prototipo para la compañía
Texas Instruments.
Hasta ese entonces,
los equipos electrónicos solían consistir de tubos al vacío (también llamados
válvulas electrónicas o termoiónicas, entre otros de sus nombres), un
componente usado para conmutar, modificar o amplificar una señal eléctrica
controlando el movimiento de los electrones con ayuda de ciertos gases o en un
espacio con una presión muy baja.
Sin embargo,
gracias al trabajo de Kilby, los componentes activos y pasivos comenzaron a
ubicarse en una misma superficie de metal cuyas dimensiones eran decenas de
veces inferiores a las de un sólo tubo al vacío.
El primer circuito
integrado desarrollado por Kilby se fabricó sobre una pastilla de germanio
cuadrada; cada lado medía 6 milímetros y lo componían un condensador, tres
resistencias y un transistor. El debut fue todo un éxito, lo cual permitió a
este revolucionario ingeniero continuar investigando y mejorando su invento.
Cabe mencionar que el nombre de “chip” deriva del término inglés homónimo
utilizado para referirse a las astillas, entre otras cosas.
Pero el paso de tubos
al vacío a semiconductores no fue una casualidad, sino que se apoyó en una
serie de experimentos que demostraron la utilidad de estos últimos para
reemplazar a los primeros en cuanto a funcionalidad se refiere, ocupando una
fracción de su tamaño. Este gran avance, que hace parecer la realidad que lo
precede propia de un absurdo, cobró fuerza en poco tiempo, gracias a que los
circuitos integrados comenzaron a producirse en masa y el mundo pudo comprobar
que además de su evidente ventaja con respecto a las válvulas, eran fiables y
fáciles de complejizar.
Al día de hoy,
encontramos esta tecnología en los microprocesadores de dispositivos tan
dispares como ordenadores y teléfonos móviles, y también en memorias digitales,
las cuales utilizan un chip en lugar de partes mecánicas.
Tipos
Existen al menos tres tipos
de circuitos integrados:
- Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
- Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos.
- Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc., sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.
Clasificación
Atendiendo al nivel de integración
-número de componentes- los circuitos integrados se pueden clasificar en:
SSI (Small Scale Integration)
pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
MSI (Medium Scale Integration)
medio: 101 a 1.000 transistores
LSI (Large Scale Integration)
grande: 1.001 a 10.000 transistores
VLSI (Very Large Scale Integration)
muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
ULSI (Ultra Large Scale Integration)
ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
GLSI (Giga Large Scale Integration)
giga grande: más de un millón de transistores
En cuanto a las funciones
integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:
Circuitos integrados
analógicos.
Pueden constar desde
simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta
circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso
receptores de radio completos.
Los circuitos
integrados analógicos comúnmente constituyen una parte de las fuentes de
alimentación, los instrumentos y las comunicaciones. En estas aplicaciones, los
circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales
eléctricas. En los teléfonos celulares, amplifican y filtran la señal de
entrada de la antena del teléfono. El sonido codificado en la señal tiene un
nivel de baja amplitud, después de que el circuito filtra la señal sonora de la
señal de entrada, el circuito amplifica la señal de sonido y lo envía al
altavoz de tu teléfono celular, lo que le permite escuchar la voz en el otro
extremo.
Circuitos integrados
digitales.
Pueden ser desde
básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados
microprocesadores o microcontroladores.
Algunos son diseñados y
fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema mayor y más
complejo.
En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más eficaz y rápido.
En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más eficaz y rápido.
Los circuitos
integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas
informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música
y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores,
microcontroladores y circuitos lógicos. Realizan cálculos matemáticos, dirigen
el flujo de datos y toman decisiones basadas en principios lógicos booleanos.
El sistema booleano utilizado se centra en dos números: 0 y 1. Por otro lado,
el sistema de base 10, el sistema de numeración que aprendes en la escuela primaria, se
basa en 10 números: 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.
Circuitos integrados de señal mixta
Los circuitos de
señal mixta se producen en los teléfonos celulares, instrumentos, motores y aplicaciones
de control industrial. Estos circuitos convierten las señales digitales en
señales analógicas, que a su vez establecen la velocidad de los motores, el
brillo de las luces y la temperatura de los calentadores, por ejemplo. También
convierten las señales digitales a las formas de onda de sonido, lo que permite
el diseño de instrumentos
musicales digitales, tales
como órganos electrónicos y teclados de computadora capaces de reproducir
música. Los circuitos integrados de señal mixta también convierten señales
analógicas a señales digitales. Convierten los niveles de tensión analógicas a
las representaciones de números digitales del nivel de tensión de las señales.
Los circuitos integrados digitales luego realizan cálculos matemáticos sobre
estos números.
Circuitos de memoria integrada
Aunque principalmente
son utilizados en los sistemas informáticos, los integrados de memoria también
se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Un
sistema informático puede incluir desde 20 hasta 40 chips de memoria, mientras
que otros tipos de sistemas electrónicos pueden contener sólo algunos. Los
circuitos de memoria almacenan información o datos, como dos números: 0 y 1.
Los circuitos integrados digitales suelen recuperar estos números de la memoria
y realizan cálculos con ellos, y a continuación, guardan el resultado del
cálculo en la memoria. A cuantos más datos accedas (imágenes, sonido y texto),
el sistema electrónico necesitará más memoria.
Encapsulado
ENCAPSULADO DIP o DIL.- Este es el encapsulado más empleado en montaje por taladro pasante en placa. Este puede ser cerámico (marrón) o de plástico (negro). Un dato importante en todos los componentes es la distancia entre patillas que poseen, en los circuitos integrados es de vital importancia este dato, así en este tipo el estándar se establece en 0,1 pulgadas (2,54mm).
Se suelen fabricar a partir de 4, 6, 8, 14, 16, 22, 24, 28, 32, 40, 48, 64 patillas, estos son los que más se utilizan.
Otra norma que también suele cumplirse se refiere a la identificación de la numeración de las patillas o pines: la patilla número uno se encuentra en un extremo señalada por un punto o una muesca en el encapsulado y se continua la numeración en sentido antihorario (sentido contrario a las agujas del reloj), mirando al integrada desde arriba. Por regla general, en todos los encapsulados aparece la denominación del integrado, así como, los códigos particulares de cada fabricante.
Encapsulado flat-pack.- se diseñan para ser soldados en máquinas automáticas o semiautomáticas, ya que por la disposición de sus patillas se pueden soldar por puntos. El material con el que se fabrican es cerámico. La numeración de sus patillas es exactamente igual al anterior. Sus terminales tienen forma de ala de gaviota. La distancia entre patillas es de 1,27mm, la mitad que en los DIP.
Encapsulado soic.- Circuito integrado de pequeño contorno. Son los más populares en los circuitos de lógica combinacional, tanto en TTL como en CMOS. También la terminación de las patillas es en forma de ala de gaviota. Se sueldan directamente sobre las pistas de la placa de circuito impreso, en un área denominada footprint. La distancia entre patillas es de 1,27mm (0,05"). La numeración de los pines es exactamente igual a los casos anteriores.
Encapsulado plcc.- Se emplea en técnicas de montaje superficial pero, generalmente, montados en zócalos, esto es debido a que por la forma en J que tienen sus terminales la soldadura es difícil de verificar con garantías. Esto permite su uso en técnicas de montaje convencional. Se fabrican en material plástico. En este caso la numeración de sus patillas varía respecto de los anteriores. El punto de inicio se encuentra en uno de los lados del encapsulado, que coincide con el lado de la cápsula que acaba en chaflán, y siguiendo en sentido antihorario. La distancia entre terminales es de 1,27mm.
Encapsulado lcc.- Al igual que el anterior se monta en zócalo y puede utilizarse tanto en montaje superficial como en montaje de taladro pasante. Se fabrica en material cerámico y la distancia entre terminales es cerámico.
Los encapsulados que aparecen en este tema son los más importantes y los más utilizados. Como es lógico esta es una pequeña selección de la infinidad de tipos de cápsulas que existen. Si pulsas en el siguiente botón verás una clasificación de circuitos integrados bajo dos criterios que se refieren a la forma física y disposición de patillaje, así como, al montaje en placa de circuito impreso (Montaje convencional y SMD).
ENCAPSULADO DIP o DIL.- Este es el encapsulado más empleado en montaje por taladro pasante en placa. Este puede ser cerámico (marrón) o de plástico (negro). Un dato importante en todos los componentes es la distancia entre patillas que poseen, en los circuitos integrados es de vital importancia este dato, así en este tipo el estándar se establece en 0,1 pulgadas (2,54mm).
Se suelen fabricar a partir de 4, 6, 8, 14, 16, 22, 24, 28, 32, 40, 48, 64 patillas, estos son los que más se utilizan.
Otra norma que también suele cumplirse se refiere a la identificación de la numeración de las patillas o pines: la patilla número uno se encuentra en un extremo señalada por un punto o una muesca en el encapsulado y se continua la numeración en sentido antihorario (sentido contrario a las agujas del reloj), mirando al integrada desde arriba. Por regla general, en todos los encapsulados aparece la denominación del integrado, así como, los códigos particulares de cada fabricante.
Encapsulado flat-pack.- se diseñan para ser soldados en máquinas automáticas o semiautomáticas, ya que por la disposición de sus patillas se pueden soldar por puntos. El material con el que se fabrican es cerámico. La numeración de sus patillas es exactamente igual al anterior. Sus terminales tienen forma de ala de gaviota. La distancia entre patillas es de 1,27mm, la mitad que en los DIP.
Encapsulado soic.- Circuito integrado de pequeño contorno. Son los más populares en los circuitos de lógica combinacional, tanto en TTL como en CMOS. También la terminación de las patillas es en forma de ala de gaviota. Se sueldan directamente sobre las pistas de la placa de circuito impreso, en un área denominada footprint. La distancia entre patillas es de 1,27mm (0,05"). La numeración de los pines es exactamente igual a los casos anteriores.
Encapsulado plcc.- Se emplea en técnicas de montaje superficial pero, generalmente, montados en zócalos, esto es debido a que por la forma en J que tienen sus terminales la soldadura es difícil de verificar con garantías. Esto permite su uso en técnicas de montaje convencional. Se fabrican en material plástico. En este caso la numeración de sus patillas varía respecto de los anteriores. El punto de inicio se encuentra en uno de los lados del encapsulado, que coincide con el lado de la cápsula que acaba en chaflán, y siguiendo en sentido antihorario. La distancia entre terminales es de 1,27mm.
Encapsulado lcc.- Al igual que el anterior se monta en zócalo y puede utilizarse tanto en montaje superficial como en montaje de taladro pasante. Se fabrica en material cerámico y la distancia entre terminales es cerámico.
Los encapsulados que aparecen en este tema son los más importantes y los más utilizados. Como es lógico esta es una pequeña selección de la infinidad de tipos de cápsulas que existen. Si pulsas en el siguiente botón verás una clasificación de circuitos integrados bajo dos criterios que se refieren a la forma física y disposición de patillaje, así como, al montaje en placa de circuito impreso (Montaje convencional y SMD).
Limitaciones de los circuitos integrados
Existen ciertos límites físicos y
económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras
que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las
principales son:
Disipación de potencia
Los circuitos eléctricos disipan
potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece,
las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen,
calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además,
en muchos casos es un sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto
mayor sea la temperatura, más corriente conducen, fenómeno que se suele llamar
"embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir
el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son
proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar protecciones térmicas.
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Capacidades y autoinducciones parásitas
Este efecto se refiere principalmente a
las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va
montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas
se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales
excitadores de buses, generadores de reloj, etc., es importante mantener la
impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de
microondas.
Límites en los componentes
Los componentes disponibles para
integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de sus contrapartidas
discretas.
- Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.
- Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
- Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.
Densidad de integración
Durante el proceso de fabricación de los
circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número
de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip
integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos
disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de
memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más
de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para
obtener la organización especificada.
Funciones de los circuitos integados
Las funciones de los circuitos integrados son muy variadas; ya que son utilizados en la mayoría de los aparatos electrónicos que existen y estas pueden variar mucho de acuerdo con la finalidad con la que fueron creados dichos circuitos. A continuación se presentaran algunos de los usos de los circuitos integrados.
El uso de los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados tienen una infinidad de usos; sin embargo veremos los usos de los Circuitos Integrados que hemos explicado anteriormente.
Los Amplificadores en Clase A se utilizan como amplificadores de bajo nivel en circuitos de audio, en las etapas de radiofrecuencia y de frecuencia intermedia de receptores de todo tipo y en las etapas de video de receptores de televisión y monitores. Los Amplificadores Clase C se encuentran usualmente en osciladores a frecuencias superiores a los 100 kHz. Los Amplificadores de corriente se emplean como excitadores de cables coaxiales, servomotores, registradores de precisión y transformadores elevadores de alta tensión, siendo también útiles como amplificadores de salida de audio y en circuitos reguladores de fuentes de alimentación. Los Amplificadores lineales son empleados en todo tipo de amplificadores para cabezas de registro magnético, en gran cantidad de instrumentación industrial, laboratorios científicos y aplicaciones médicas donde deben amplificarse pequeñas señales en presencia de interferencias externas. Los Amplificadores de Aislamiento son utilizados como amplificadores de entrada en electrocardiogramas, electroencefalogramas y cualquier otra monitorización fisiológica. Los amplificadores de aislamiento son utilizados también en la instrumentación de las plantas de energía nuclear y en el control de procesos industriales, en cualquier punto donde exista un problema de seguridad eléctrica.
Entre los circuitos integrados de consumo que explicamos anteriormente se encuentran los circuitos de alarma que pueden utilizarse en diversos sistemas de seguridad y en otros sistemas donde deben monitorizarse continuamente diversos parámetros físicos, como por ejemplo temperatura, flujo de aire, presión, iluminación, etc. Un cambio sustancial en el parámetro analógico externo que esta siendo monitorizado activara el dispositivo de alarma. Debido al sistema de detección de descarga de la bateria, este circuito es especialmente útil en aplicaciones alimentadas a baterías. El Amplificador de potencia de audio se usan en auto-radios, equipos domésticos de audio económicos y parte de la sección de audio de receptores de televisión.
Los Sistemas de Radio AM/FM se emplea como receptor en radios portátiles de FM y AM de baja potencia, autoradios y otros tipos similares.
El sistema de recepción AM se emplea típicamente en receptores miniatura y subminiatura de AM de radiodifusión, del tiempo y de otros tipos. El temporizador de control para electrodomésticos puede encontrarse en hornos de microondas, videos, cocinas eléctricas, lavadoras, etc. El procesador de recucción de ruido dolby se usa en todo tipo de sistemas de audio HI-FI, dispositivos de grabación, receptores FM, etc., donde se desee disponer del sistema de reducción de ruido Dolby.
El circuito de reloj se emplea en relojes de todo tipo. El generador de sonidos múltiples se emplean para producir sonido en video-juegos, alarmas, muñecas e indicadores de control.
Entre los circuitos digitales que vimos anteriormente se encuentra el microcomputador de 8 bits; este al igual que los microprocesadores de 4, 8 y 16 bits, y los microcomputadores de 4 bits, estos de 8 bits pueden emplearse en hornos microondas, juegos de televisión, calculadoras, etc.
Los Microprocesadores de 32 bits se emplean en el diseño de ordenadores con altas prestaciones y en sistemas controlados por ordenador. Los Microprocesador de 16 bits poseen unas prestaciones operativas superiores a las de los 4 y 8 bits. Sus actuales aplicaciones cubren los juegos de TV, sistemas de control de acondicionadores, aplicaciones de control de procesos, ordenadores personales y de pequeños ordenadores de gestión.
Unos de los Circuitos Integrados de Interfase que explicamos anteriormente son los conversores analógico-digitales; los cuales se usan en instrumentación, telemetría, utillaje controlado por ordenador y otros sistemas en los que una señal analógica de entrada debe emplearse en un dispositivo digital. La mayoría de las magnitudes físicas como temperatura, presión, iluminación, radiación, etc., pueden medirse mediante su conversión a señales eléctricas analógicas y posteriormente en valores digitales para su uso en procesos digitales.
Ramas que abarca el uso de los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados actualmente son utilizados en casi todas las ramas como son la medicina, la industria, el comercio, etc. A diferencia de cuando surgieron; ya que eran utilizados principalmente en la astronáutica y en el ejercito.
Funciones principales de los Circuitos Integrados.
Las funciones principales de los circuitos integrados son mejorar las funciones de los aparatos tanto electrónicos como electrodomésticos; así como reducir el tamaño, complejidad y por lo tanto el costo también disminuye.
Funciones de los circuitos integados
Las funciones de los circuitos integrados son muy variadas; ya que son utilizados en la mayoría de los aparatos electrónicos que existen y estas pueden variar mucho de acuerdo con la finalidad con la que fueron creados dichos circuitos. A continuación se presentaran algunos de los usos de los circuitos integrados.
El uso de los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados tienen una infinidad de usos; sin embargo veremos los usos de los Circuitos Integrados que hemos explicado anteriormente.
Los Amplificadores en Clase A se utilizan como amplificadores de bajo nivel en circuitos de audio, en las etapas de radiofrecuencia y de frecuencia intermedia de receptores de todo tipo y en las etapas de video de receptores de televisión y monitores. Los Amplificadores Clase C se encuentran usualmente en osciladores a frecuencias superiores a los 100 kHz. Los Amplificadores de corriente se emplean como excitadores de cables coaxiales, servomotores, registradores de precisión y transformadores elevadores de alta tensión, siendo también útiles como amplificadores de salida de audio y en circuitos reguladores de fuentes de alimentación. Los Amplificadores lineales son empleados en todo tipo de amplificadores para cabezas de registro magnético, en gran cantidad de instrumentación industrial, laboratorios científicos y aplicaciones médicas donde deben amplificarse pequeñas señales en presencia de interferencias externas. Los Amplificadores de Aislamiento son utilizados como amplificadores de entrada en electrocardiogramas, electroencefalogramas y cualquier otra monitorización fisiológica. Los amplificadores de aislamiento son utilizados también en la instrumentación de las plantas de energía nuclear y en el control de procesos industriales, en cualquier punto donde exista un problema de seguridad eléctrica.
Entre los circuitos integrados de consumo que explicamos anteriormente se encuentran los circuitos de alarma que pueden utilizarse en diversos sistemas de seguridad y en otros sistemas donde deben monitorizarse continuamente diversos parámetros físicos, como por ejemplo temperatura, flujo de aire, presión, iluminación, etc. Un cambio sustancial en el parámetro analógico externo que esta siendo monitorizado activara el dispositivo de alarma. Debido al sistema de detección de descarga de la bateria, este circuito es especialmente útil en aplicaciones alimentadas a baterías. El Amplificador de potencia de audio se usan en auto-radios, equipos domésticos de audio económicos y parte de la sección de audio de receptores de televisión.
Los Sistemas de Radio AM/FM se emplea como receptor en radios portátiles de FM y AM de baja potencia, autoradios y otros tipos similares.
El sistema de recepción AM se emplea típicamente en receptores miniatura y subminiatura de AM de radiodifusión, del tiempo y de otros tipos. El temporizador de control para electrodomésticos puede encontrarse en hornos de microondas, videos, cocinas eléctricas, lavadoras, etc. El procesador de recucción de ruido dolby se usa en todo tipo de sistemas de audio HI-FI, dispositivos de grabación, receptores FM, etc., donde se desee disponer del sistema de reducción de ruido Dolby.
El circuito de reloj se emplea en relojes de todo tipo. El generador de sonidos múltiples se emplean para producir sonido en video-juegos, alarmas, muñecas e indicadores de control.
Entre los circuitos digitales que vimos anteriormente se encuentra el microcomputador de 8 bits; este al igual que los microprocesadores de 4, 8 y 16 bits, y los microcomputadores de 4 bits, estos de 8 bits pueden emplearse en hornos microondas, juegos de televisión, calculadoras, etc.
Los Microprocesadores de 32 bits se emplean en el diseño de ordenadores con altas prestaciones y en sistemas controlados por ordenador. Los Microprocesador de 16 bits poseen unas prestaciones operativas superiores a las de los 4 y 8 bits. Sus actuales aplicaciones cubren los juegos de TV, sistemas de control de acondicionadores, aplicaciones de control de procesos, ordenadores personales y de pequeños ordenadores de gestión.
Unos de los Circuitos Integrados de Interfase que explicamos anteriormente son los conversores analógico-digitales; los cuales se usan en instrumentación, telemetría, utillaje controlado por ordenador y otros sistemas en los que una señal analógica de entrada debe emplearse en un dispositivo digital. La mayoría de las magnitudes físicas como temperatura, presión, iluminación, radiación, etc., pueden medirse mediante su conversión a señales eléctricas analógicas y posteriormente en valores digitales para su uso en procesos digitales.
Ramas que abarca el uso de los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados actualmente son utilizados en casi todas las ramas como son la medicina, la industria, el comercio, etc. A diferencia de cuando surgieron; ya que eran utilizados principalmente en la astronáutica y en el ejercito.
Funciones principales de los Circuitos Integrados.
Las funciones principales de los circuitos integrados son mejorar las funciones de los aparatos tanto electrónicos como electrodomésticos; así como reducir el tamaño, complejidad y por lo tanto el costo también disminuye.
CONCLUSIONES
Como Conclusión podemos mencionar que los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos que han ido evolucionando con el paso del tiempo; ya que su funciones han crecido y su tamaño a disminuido considerablemente; la llamada “Miniaturización”.
Estos circuitos están formados por una delgada oblea de silicio sobre la cual se fabrican los transistores; la técnica llamada fotolitografía ha permitido a los diseñadores crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p.
Durante la fabricación, estas regiones son interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir circuitos especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.
En la actualidad, los pasos para fabricar un circuito integrado han cambiado, ya que han surgido nuevas industrias que han asumido la responsabilidad de introducir los últimos avances tecnológicos en el equipo de procesamiento. El resultado es que el fabricante puede concentrarse en el diseño, el control de calidad, en el mejoramiento de las características de funcionamiento y confiabilidad y en una todavía mayor miniaturización haciendo de esta forma a los circuitos integrados cada vez mas confiables y con una menor complejidad física y por lo tanto un menor costo.
Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y videojuegos. Se han utilizado también para mejorar y rebajar el costo de muchos productos existentes, como los televisores, los receptores de radio y los equipos de alta fidelidad.
El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras portátiles y los juegos electrónicos son sistemas basados en microprocesadores.
Datasheet
Un datasheet es un documento que
resume el funcionamiento y otras características de un componente (por ejemplo,
uncomponente
electrónico) o subsistema (por ejemplo, una fuente de
alimentación) con el suficiente detalle para ser utilizado por un
ingeniero de diseño y diseñar el componente en un sistema.
Comienza típicamente con una página introductoria que describe el resto del documento, seguido por los listados de componentes específicos, con la información adicional sobre laconectividad de los dispositivos. En caso de que haya código fuente relevante a incluir se une cerca del extremo del documento o se separa generalmente en otro archivo.
Comienza típicamente con una página introductoria que describe el resto del documento, seguido por los listados de componentes específicos, con la información adicional sobre laconectividad de los dispositivos. En caso de que haya código fuente relevante a incluir se une cerca del extremo del documento o se separa generalmente en otro archivo.
Información típica
- Datos del fabricante
- Número y denominación
- Lista de formatos con imágenes y códigos
- Propiedades
- Breve descripción funcional
- Esquema de conexiones. Habitualmente es un anexo con indicaciones detalladas.
- Tensión de alimentación, consumo.
- Condiciones de operación recomendadas
- Tabla de especificaciones, tanto en corriente continua como alterna
- Esquemas
- Medidas
- Circuito de prueba
- Información sobre normas de seguridad y uso.
RESUMEN
"un circuito integrado tiene la capacidad de asumir todas las funciones propias de un circuito convencional; contiene las funciones tradicionales de agenda, directorio, calendario, reloj con horario internacional, calculadora, alarma y tarjetas de circuito integrado
Los circuitos integrados, a menudo llamado semiconductores, chips de circuitos integrados o simplemente IC (por sus siglas en inglés), se dividen en numerosas categorías o tipos.
Circuitos integrados digitales
Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, microcontroladores y circuitos lógicos
Circuitos integrados análogos
Los circuitos integrados analógicos comúnmente constituyen una parte de las fuentes de alimentación, los instrumentos y las comunicaciones. En estas aplicaciones, los circuitos integrados analógicos amplifican, filtran y modifican señales eléctricas.
Circuitos integrados de señal mixta
Los circuitos de señal mixta se producen en los teléfonos celulares, instrumentos, motores y aplicaciones de control industrial. Estos circuitos convierten las señales digitales en señales analógicas, que a su vez establecen la velocidad de los motores, el brillo de las luces y la temperatura de los calentadores, por ejemplo. También convierten las señales digitales a las formas de onda de sonido, lo que permite el diseño de instrumentos musicales digitales, tales como órganos electrónicos y teclados de computadora capaces de reproducir música.
Circuitos de memoria integrada
Aunque principalmente son utilizados en los sistemas informáticos, los integrados de memoria también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Un sistema informático puede incluir desde 20 hasta 40 chips de memoria,
SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores
LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores
VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores
Los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:
Circuitos integrados analógicos.
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.
Circuitos integrados digitales.
Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores.
Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.
Limitaciones
Disipación de potencia: Evacuación del calor
Los circuitos eléctricos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo.
Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar "protecciones térmicas".
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos.
Capacidades y autoinducciones parásitas:
Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas.
Límites en los componentes:
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de las de sus contrapartidas discretas.
Resistencias. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.
Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional uA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
Bobinas. Sólo se usan en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.
Densidad de integración:
Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales
Ejemplos de circuitos integrados
• Comparador ( LM741, LM311...) .Se emplea para comparar el nivel de dos señales . Podemos, por ejemplo, activar un ventilador si se supera una determinada temperatura.ç
• Regulador de tensión (7805, 7806, 7809...) . Se utiliza cuando es necesario obtener una tensión continua a partir de la tensión alterna de la red eléctrica.
• Temporizador (555) . Permite controlar el tiempo que un dispositivo está encendido . Por ejemplo, el apagado automático de la luz de la escalera
CUESTIONARIO
1.-
¿Que
es un circuito integrado?
En la
electrónica, un circuito integrado es una combinación de elementos de un
circuito que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o
soporte. La noción, por lo tanto, también se utiliza como sinónimo de chip o
microchip
2.-
¿Que
tipos de circuitos integrados hay?
Entre
los más avanzados y populares pueden mencionarse los microprocesadores, que se
utilizan para controlar desde computadoras hasta teléfonos móviles y
electrodomésticos
3.-
¿como
se clasifican?
los
circuitos monolíticos (fabricados en un único monocristal, por lo general
silicio), los circuitos híbridos de capa fina (con componentes que exceden a la
tecnología monolítica) y los circuitos híbridos de capa gruesa (sin cápsulas,
con resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser)
4.-
¿Cual
es la historia de los circuitos integrados?
Muchos
los dispositivos microelectrónicos interactuados, especialmente transistores y
diodos, sin dejar de lado componentes pasivos tales como condensadores y
resistencias aprovechan la tecnología del circuito integrado, cuya
historia se remonta a finales de la década de 1950, cuando un ingeniero
llamado Jack St. Clair Kilby desarrolló el primer prototipo para la compañía
Texas Instruments.
Hasta
ese entonces, los equipos electrónicos solían consistir de tubos al vacío
(también llamados válvulas electrónicas o termoiónicas, entre otros de sus
nombres), un componente usado para conmutar, modificar o amplificar una señal
eléctrica controlando el movimiento de los electrones con ayuda de ciertos
gases o en un espacio con una presión muy baja.
5.-
¿Cuales
son los 3 tipos que existen?
- Circuitos monolíticos
- Circuitos híbridos de capa fina
- Circuitos híbridos de capa gruesa
6.- ¿En que maneras se clasifican?
Atendiendo
al nivel de integración -número de componentes- los circuitos integrados se
pueden clasificar en:
SSI
(Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
MSI
(Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores
LSI
(Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores
VLSI
(Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
ULSI
(Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000
transistores
GLSI
(Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de
transistores
7.-
¿Cuales
son sus limitaciones?
Existen
ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados.
Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no
desaparecen. Las principales son:
Disipación de potencia
Capacidades y autoinducciones parásitas
Límites en los componentes
Densidad de integración
8.-
¿En
que consiste la disipación de potencia?
Cuando
el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en
cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y
degradando el comportamiento del dispositivo.
9.-¿Cuales son los limites
en los componentes?
Los
componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren
de sus contrapartidas discretas.
- Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente.
- Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
- Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.
10.- ¿Que es la densidad de integración?
Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada.
https://docs.google.com/document/d/1LuEgs5dYDBtfu0wJh2Ix0P3twSj4dUcB3_N6Bdy3N_0/edit
Durante el proceso de fabricación de los circuitos integrados se van acumulando los defectos, de modo que cierto número de componentes del circuito final no funcionan correctamente. Cuando el chip integra un número mayor de componentes, estos componentes defectuosos disminuyen la proporción de chips funcionales. Es por ello que en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, se fabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada.
https://docs.google.com/document/d/1LuEgs5dYDBtfu0wJh2Ix0P3twSj4dUcB3_N6Bdy3N_0/edit
