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Capitulo5 electronica

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  • 1. UNIDAD 5TEMA: CIRCUITOS INTEGRADOS
  • 2. CIRCUITOS INTEGRADOS ÍNDICEIntroducciónDefiniciónCircuitos integrados vs circuitos discretosClasificación de CIsFabricaciónEsquema de numeraciónCaracterísticas GeneralesAplicacionesVentajasDesventajas
  • 3. INVENTOREl primer CI fue desarrollado en 1958 por el ingeniero Jack Kilby justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase. En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.
  • 4. INTRODUCCIÓNLa idea de circuito integrado nace de la necesidad de reducir los circuitos eléctricos y electrónicos a unos mucho más sencillos y pequeños. Gracias a ellos, se evitaron la multitud de problemas que se daban a la hora de fabricar un circuito, como por ejemplo: Que alguna de las miles de soldaduras que había que realizar estuviera defectuosa, La reducción del espacio que ocupaban estos circuitos integrados.El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar algunas de las funciones de las válvulas de vacio.La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y la facilidad de agregarles complejidad, llevó a su estandarización, reemplazando diseños que utilizaban transistores discretos, y que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.Actualmente se utilizan en prácticamente todas las tecnologías.
  • 5. ¿QUÉ ES UN CIRCUITO INTEGRADO?Circuito electrónico en miniatura construido sobre un soporte de silicio y que viene generalmente en un encapsulado negro con patillas de metalUn circuito integrado (CI) es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran miles o millones de dispositivos electrónicos interconectados entre si, principalmente diodos y transistores, aunque también componentes pasivos como resistencias o condensadores. Su área puede ser de 1 cm2 o incluso inferior.
  • 6. CIRCUITOS INTEGRADOSUn circuito integrado (CI) también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se integran circuitos electrónicos en miniatura y que esta protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos(pines o patillas) apropiados para hacer conexión entre la pastilla(CI) y el circuito impreso donde va hacer conectado
  • 7. CIRCUITOS INTEGRADOS VS CIRCUITOS DISCRETOSSon tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía (técnica de fabricación), generalmente de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasa de defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento que un homólogo fabricado con componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito integrado puede contener desde miles hasta varios millones de transistores en unos pocos milímetros cuadrados.
  • 8. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LAS SEÑALES QUE UTILIZASe 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 (and, or, not) hasta los más complicados microprocesadores.
  • 9. CLASIFICACION DE CIs de acuerdo al nivel de integración•SSI :10 a 100 transistores – pequeño nivel•MSI : 101 a 1000 transistores – medio nivel•LSI : 1001 a 10000 transistores – grande•VLSI : 10001 a 100000 transistores – muy grande•ULSI : 100001 A 1000000 transistores – ultra grande•GLSI : mas de 1000000 de transistores – giga grande
  • 10. FABRICACIÓN Traer al mundo un procesador es sumamente complejo, pero resumiéndolo mucho podríamos decir que se elaboran de la siguiente manera:• Exposición. Se expone un capa de dióxido de silicio al calor y a determinados gases para lograr que crezca y obtener una lámina u oblea de silicio tan fina que es imperceptible al ojo humano.• Fotolitografía. Se aplica luz ultravioleta sobre la oblea a través de una plantilla. El dibujo de dióxido de silicio resultante se fija con productos químicos. Un procesador consta de varias de estas capas, cada una con una plantilla distinta y cada una más fina que la anterior.• Implantación de iones. La oblea es bombardeada con iones para alterar la forma en la que el silicio conduce la electricidad en esas zonas.• División. En cada oblea se han creado miles de micros. Una vez el trazado de su circuito ha sido comprobado, se cortan individualmente con una sierra de diamante.• Empaquetado. La parte más fácil. Cada micro se inserta en el paquete protector que le da la apariencia que todos conocemos y que le permitirá ser conectado a otros dispositivos.
  • 11. FABRICACIÓNFabricar un circuito integrado es un proceso complejo, ya que tiene una alta integración de componentes en un espacio muy reducido. Cada fabricante tiene sus propias técnicas que guardan como secreto de empresa, aunque las técnicas son parecidas. La fabricación se realiza en las llamadas salas limpias.
  • 12. SALA LIMPIA La principal característica de estas fábricas es que son inmaculadamente limpias, ya que una simple mota de polvo podría echar a perder millares de microprocesadores. Para evitarlo cuentan con sistemas de filtración que renuevan el aire diez veces por minuto. Es decir, son 10.000 veces más limpias que un quirófano. Sus trabajadores van completamente forrados con un traje estéril que una persona poco familiarizada tardaría más de media hora en ponerse.
  • 13. APLICACIONESExiste circuitos integrados para un propósito en particular y CIs para propósito de uso general. Un Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas (o ASIC, por sus siglas en inglés) es un circuito integrado hecho a la medida para un uso en particular, en vez de ser concebido para propósitos de uso general. Se usan para una función especifica. Por ejemplo, un chip diseñado únicamente para ser usado en un teléfono móvil es un ASIC. Por otro lado, los circuitos integrados para uso general, se usan para una multiplicidad de aplicaciones por Ej: los CIs de la serie 7400 son circuitos integrados que se pueden utilizar para diferentes aplicaciones.En un lugar intermedio entre los ASIC y los productos de propósito general están los Productos Estándar para Aplicaciones Específicas, o ASSP por sus siglas en inglés.
  • 14. ESQUEMA DE NUMERACIÓN DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOSLa numeración de los dispositivos lógicos de la serie 7400 utilizan a menudo la siguiente norma, aunque los específicos varían entre los fabricantes. Un prefijo de dos o tres letras que indica el fabricante del dispositivo. Dos caracteres como segunda parte del prefijo, en los que los más comunes son “74” (indicando un dispositivo con un rango de temperaturas comercial) y “54” (indicando un rango de temperaturas extendido, adecuado para uso militar). Hasta cuatro letras que describen la subfamilia lógica, según lo indica la tabla 1. Dos o más dígitos asignados para cada CI, que indica él tipo de aplicación o que hace o que tiene internamente el CI. Sufijos adicionales de letras y números pueden utilizarse para indicar el tipo de encapsulado, el grado de calidad u otra información, pero ésta varía ampliamente con cada fabricante.
  • 15. - L H S LS AS ALS FRetardo 10 ns 33 ns 3 nsConsumo 10 mW 1 mW 22 mW 35 125Velocidad 3 MHz MHz MHzMargen de 400 700ruido mV mVRango 10 20 10 20 20 20 20 20dinámicoTABLA 1
  • 16. EJEMPLO DE CI Por ejemplo SN74ALS245 significa que es un dispositivo fabricado por Texas Instruments (SN), es un dispositivo TTL con rango de temperatura comercial, es un miembro de la familia Schottky de bajo consumo avanzado. 74 - Subserie inicial, obsoleta. 74L - Bajo consumo, pero lenta H - Alta velocidad S - Schottky, obsoleta LS - Schottky de bajo consumo AS - Schottky Avanzada ALS - Schottky Avanzada de bajo consumo F - Rápida
  • 17. CARACTERISTICAS GENERALESLas características destacables de estos componentes son las siguientes: Tensión de alimentación: 5 V, con una tolerancia (de 4,5 V a 5,5 V). Niveles lógicos: entre 0,2 V y 0,8 V para el nivel bajo (L) y entre 2,4 V y 5 V para el nivel alto (H), ya que estos chips son activados por altos y bajos, o también llamados 0 y 1, dígitos del sistema binario utilizados para estos usos en la electrónica. Código identificador: el 74 para los comerciales y el 54 para los de diseño militar. Estos últimos son chips más desarrollados, ya que los de serie 74 soportan menos rangos de temperaturas. Temperatura de trabajo: de 0 °C a 70 °C para la serie 74 y de -55º hasta los 125 °C para la 54.
  • 18. APLICACIONES Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores que controlan múltiples artefactos: desde ordenadores hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles. Otra familia importante de circuitos integrados la constituyen las memorias digitales.
  • 19. VENTAJASPresentan muchas ventajas asociadas a la reducción de sus dimensiones (menor peso y longitud de conexiones, mayor velocidad de respuesta, menor número de componentes auxiliares, bajo precio y consumo de energía…)
  • 20. INCONVENIENTESEn caso de deterioro se ha de sustituir completamente el circuito integrado, ya que por la complejidad y tamaño de los componentes se hace inviable su reparación.
  • 21. GRACIASPREPARARSE PARA LA EVALUACIÓN Y REALIZAR TAREA DE FIN DE UNIDAD