Arquitectura

Circuitos integrados digitales

Los circuitos integrados son la base fundamental del desarrollo de la electrónica en la actualidad, debido a la tendencia a facilitar y economizar las tareas del hombre.

Por esto es fundamental el manejo del concepto de circuito integrado, no sólo por aquellos que están en contacto habitual con este, sino también por las personas en general, debido a que este concepto debe de quedar inmerso dentro de los conocimientos mínimos de una persona.

Un circuito integrado es una pieza o cápsula que generalmente es de silicio o de algún otro material semiconductor, que utilizando las propiedades de los semiconductores, es capaz de hacer las funciones realizadas por la unión en un circuito, de varios elementos electrónicos, como: resistencias, condensadores, transistores, etc.×Ads by SmartSaver+ 15.1

Clasificación De Los Circuitos Integrados

Existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados(CI): los análogos y los digitales; los de operación fija y los programables; en este caso nos encargaremos de los circuitos integrados digitales de operación fija. Estos circuitos integrales funcionan con base en la lógica digital o álgebra de Boole, donde cada operación de esta lógica, es representada en electrónica digital por una compuerta.

La complejidad de un CI puede medirse por el número de puertas lógicas que contiene. Los métodos de fabricación actuales de fabricación permiten construir Cis cuya complejidad está en el rango de una a 105 o más puertas por pastilla.

Según esto los Cis se clasifican en los siguientes niveles o escalas de integración :

SSI (pequeña escala) : menor de 10 puertas.

MSI (media escala): entre 10 y 100 puertas.

LSI (alta escala): entre 100 y 10.000 puertas.

VLSI (muy alta escala): a partir de 10.000 puertas.

La capacidad de integración depende fundamentalmente de dos factores :

El ÁREA ocupada por cada puerta, que depende a su vez del tipo y del número de transistores utilizados para realizarla. Cuanto menor sea esta área mayor será la capacidad de integración a gran escala.

El CONSUMO de potencia. En un circuito integrado se realizan muchas puertas en un espacio reducido. El consumo total del chip es igual al consumo de cada puerta por el número de puertas. Si el consumo de cada puerta es elevado se generará mucho calor en el chip debido al efecto Joule, de forma que si este calor no es disipado convenientemente se producirá un aumento de temperatura que puede provocar un funcionamiento anómalo de los circuitos.

2. Familias Lógicas

Los circuitos digitales emplean componentes encapsulados, los cuales pueden albergar puertas lógicas o circuitos lógicos más complejos.

Estos componentes están estandarizados, para que haya una compatibilidad entre fabricantes, de forma que las características más importantes sean comunes. De forma global los componentes lógicos se engloban dentro de una de las dos familias siguientes:

TTL: diseñada para una alta velocidad.

CMOS: diseñada para un bajo consumo.

Actualmente dentro de estas dos familias se han creado otras, que intentan conseguir lo mejor de ambas: un bajo consumo y una alta velocidad.

La familia lógica ECL se encuentra a caballo entre la TTL y la CMOS. Esta familia nació como un intento de conseguir la rapidez de TTL y el bajo consumo de CMOS, pero en raras ocasiones se emplea.

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.

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.

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.

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 potencial

Los circuitos eléctricos disipan

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