Diferentes tipos de circuitos integrados | Tipos de CI

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Todos los aparatos electrónicos que utilizamos en nuestra vida diaria, como teléfonos móviles, computadoras portátiles, refrigeradores, computadoras, televisores y todos los demás dispositivos eléctricos y electrónicos, se fabrican con algunos circuitos simples o complejos. Los circuitos electrónicos se realizan utilizando múltiples componentes eléctricos y electrónicos conectados entre sí mediante la conexión de cables o cables conductores para el flujo de corriente eléctrica a través de los múltiples componentes del circuito, como resistencias , condensadores , inductores, diodos, transistores, etc. Los circuitos se pueden clasificar en diferentes tipos en función de diferentes criterios, tales como, según las conexiones: circuitos en serie y circuitos en paralelo según el tamaño y proceso de fabricación del circuito: circuitos integrados y circuitos discretos y, según la señal utilizada en el circuito. : circuitos analógicos y circuitos digitales. Este artículo analiza una descripción general de los diferentes tipos de circuitos integrados y sus aplicaciones.

¿Qué es un circuito integrado?

El circuito integrado o IC o microchip o chip es un microscópico circuito electrónico matriz formada por la fabricación de varios componentes eléctricos y electrónicos (resistencias, condensadores, transistores, etc.) en un material semiconductor oblea (silicio), que puede realizar operaciones similares a los grandes circuitos electrónicos discretos hechos de componentes electrónicos discretos.




Circuitos integrados

Circuitos integrados

Como todas estas matrices de componentes, los circuitos microscópicos y la base de material de oblea semiconductora están integrados juntos para formar un solo chip, por lo tanto, se denomina circuito integrado o chip integrado o microchip.



Los circuitos electrónicos se desarrollan utilizando componentes electrónicos individuales o discretos con diferentes tamaños, de modo que el costo y el tamaño de estos circuitos discretos aumentan con la cantidad de componentes utilizados en el circuito. Para conquistar este aspecto negativo, se desarrolló la tecnología de circuitos integrados: Jack Kilby de Texas Instruments desarrolló el primer circuito integrado o circuito integrado en la década de 1950 y, posteriormente, Robert Noyce de Fairchild Semiconductor resolvió algunos problemas prácticos de este circuito integrado.

Historia de los circuitos integrados

La Historia de los circuitos integrados se inició con los dispositivos de estado sólido. La invención del primer tubo de vacío fue realizada por John Ambrose (J.A) Fleming en el año 1897, llamado diodo de vacío. Para los motores, inventó la regla de la mano izquierda. Después de eso, en el año 1906, se inventó un nuevo vacío llamado Triode y se usa para amplificación.

Después de eso, el transistor fue inventado en Bell Labs en el año 1947 para reemplazar parcialmente los tubos de vacío porque los transistores son componentes pequeños que usan menos energía para funcionar. Se diseñaron diferentes circuitos utilizando componentes discretos separándolos entre sí, así como dispuestos en las placas de circuitos impresos controlando a través de las manos conocidas como circuitos no integrados. Estos circuitos integrados consumen mucha energía y espacio y su salida no es tan fluida.


En 1959, se desarrolló el circuito integrado, donde se fabricaron varios componentes electrónicos y eléctricos sobre una sola oblea de silicio. Los circuitos integrados utilizan poca potencia para funcionar y proporcionan una salida uniforme. Además, también se puede incrementar la mejora de los transistores sobre un circuito integrado.

Evolución de circuitos integrados de diferentes tecnologías

La clasificación de los circuitos integrados se puede realizar en función de los tamaños del chip y la escala de integración. Aquí, una escala de integración especifica la cantidad de componentes electrónicos colocados en un circuito integrado típico.
De 1961 a 1965, la tecnología de integración a pequeña escala (SSI) se utilizó para fabricar de 10 a 100 transistores en un solo chip para hacer flip flops y puertas lógicas.

De 1966 a 1970, la tecnología de integración de escala media (MSI) se utilizó para fabricar de 100 a 1000 transistores en un solo chip para hacer multiplexores, decodificadores y contadores.

De 1971 a 1979, la tecnología de integración a gran escala (LSI) se utilizó para fabricar de 1000 a 20000 transistores en un solo chip para hacer RAM, microprocesador, ROM

De 1980 a 1984, la tecnología de integración a muy gran escala (VLSI) se utilizó para fabricar de 20000 a 50000 transistores en un solo chip para fabricar microprocesadores RISC, DSP y microprocesadores de 16 y 32 bits.

Desde 1985 hasta ahora, la tecnología de integración a ultra gran escala (ULSI) se utilizó para fabricar de 50000 a miles de millones de transistores en un solo chip para fabricar microprocesadores de 64 bits.

Limitaciones de diferentes tipos de circuitos integrados

La limitación de los diferentes tipos de circuitos integrados incluye lo siguiente.

  • La potencia nominal es limitada
  • Funciona a baja tensión
  • Genera ruido en funcionamiento
  • No es probable una calificación alta de PNP
  • Sus componentes dependen del voltaje, como resistencias y condensadores.
  • Es delicado
  • La fabricación de un circuito integrado con poco ruido es difícil
  • El coeficiente de temperatura es difícil de alcanzar.
  • No se puede realizar el montaje de PNP de alta calidad.
  • En IC, cualquier com
  • En un CI, los diferentes componentes no se pueden reemplazar, quitar, por lo tanto, si algún componente dentro de un CI se daña, entonces el CI completo tiene que cambiarse por el nuevo.
  • La potencia nominal es limitada porque no es posible la fabricación de circuitos integrados superiores a 10 vatios.

Diferentes tipos de circuitos integrados

Hay diferentes tipos de circuitos integrados. La clasificación de los circuitos integrados se realiza en función de varios criterios. En la siguiente figura se muestran algunos tipos de circuitos integrados en un sistema con sus nombres en formato de árbol.

Diferentes tipos de circuitos integrados

Diferentes tipos de ICS

Según la aplicación prevista, el IC se clasifica como circuitos integrados analógicos, circuitos integrados digitales y circuitos integrados mixtos.

Circuitos integrados digitales

Los circuitos integrados que operan solo en unos pocos niveles definidos en lugar de operar niveles generales de amplitud de señal se denominan CI digitales y se diseñan utilizando múltiples números de puertas lógicas digitales , multiplexores, flip flops y otros componentes electrónicos de circuitos. Estas puertas lógicas funcionan con datos de entrada binaria o datos de entrada digital, como 0 (bajo o falso o lógico 0) y 1 (alto o verdadero o lógico 1).

Circuitos integrados digitales

Circuitos integrados digitales

La figura anterior muestra los pasos necesarios para diseñar circuitos integrados digitales típicos. Estos circuitos integrados digitales se utilizan con frecuencia en computadoras, microprocesadores , procesadores de señales digitales, redes informáticas y contadores de frecuencia. Existen diferentes tipos de circuitos integrados digitales o tipos de circuitos integrados digitales, como circuitos integrados programables, chips de memoria, circuitos integrados lógicos, circuitos integrados de administración de energía y circuitos integrados de interfaz.

Circuitos integrados analógicos

Los circuitos integrados que operan sobre un rango continuo de señales se denominan CI analógicos. Estos se subdividen en circuitos integrados lineales (circuitos integrados lineales) y Frecuencia de radio Circuitos integrados (RF IC). De hecho, la relación entre el voltaje y la corriente puede no ser lineal en algunos casos en un rango largo de la señal analógica continua.

Circuitos integrados analógicos

Circuitos integrados analógicos

El IC analógico de uso frecuente es un amplificador operacional o simplemente llamado amplificador operacional, similar al amplificador diferencial, pero posee una ganancia de voltaje muy alta. Consiste en un número muy inferior de transistores en comparación con los circuitos integrados digitales y, para desarrollar circuitos integrados analógicos específicos de la aplicación (ASIC analógicos), se utilizan herramientas de simulación computarizadas.

Circuitos integrados lineales

En un circuito integrado analógico, si existe una relación lineal entre su voltaje y la corriente, entonces se conoce como IC lineal. El mejor ejemplo de este IC lineal es el IC 741, es un amplificador operacional DIP (paquete dual en línea) de 8 pines,

Circuitos integrados de radiofrecuencia

En CI analógicos, si existe una relación no lineal entre su voltaje y corriente, se denominan CI de radiofrecuencia. Este tipo de IC también se conoce como circuito integrado de radiofrecuencia.

Circuitos integrados mixtos

Los circuitos integrados que se obtienen mediante la combinación de circuitos integrados analógicos y digitales en un solo chip se denominan circuitos integrados mixtos. Estos circuitos integrados funcionan como convertidores de digital a analógico, Convertidores de analógico a digital (Convertidores D / A y A / D) y circuitos integrados de reloj / temporización. El circuito que se muestra en la figura anterior es un ejemplo del circuito integrado mixto que es una fotografía del receptor de radar con autocuración de 8 a 18 GHz.

Circuitos integrados mixtos

Circuitos integrados mixtos

Este sistema de señales mixtas en un chip es el resultado de los avances en la tecnología de integración, que permitió la integración de funciones digitales, analógicas múltiples y de RF en un solo chip.

Los tipos generales de circuitos integrados (CI) incluyen los siguientes:

Circuitos lógicos

Estos circuitos integrados están diseñados usando puertas lógicas que funcionan con entrada y salida binarias (0 o 1). Estos se utilizan principalmente como tomadores de decisiones. Según la lógica o la tabla de verdad de las puertas lógicas, todas las puertas lógicas conectadas en el IC dan una salida basada en el circuito conectado dentro del IC, de modo que esta salida se utiliza para realizar una tarea específica. A continuación se muestran algunos circuitos integrados lógicos.

Circuitos lógicos

Circuitos lógicos

Comparadores

Los circuitos integrados de comparación se utilizan como comparadores para comparar las entradas y luego para producir una salida basada en la comparación de los circuitos integrados.

Comparadores

Comparadores

Conmutación de circuitos integrados

Los interruptores o circuitos integrados de conmutación se diseñan mediante el uso de transistores y se utilizan para realizar la operaciones de conmutación . La figura anterior es un ejemplo que muestra un interruptor IC SPDT.

Conmutación de circuitos integrados

Conmutación de circuitos integrados

Amplificadores de audio

El audio amplificadores son uno de los muchos tipos de circuitos integrados que se utilizan para la amplificación del audio. Estos se utilizan generalmente en altavoces de audio, circuitos de televisión, etc. El circuito anterior muestra el IC del amplificador de audio de bajo voltaje.

Amplificadores de audio

Amplificadores de audio

Circuito integrado CMOS

Los circuitos integrados CMOS se utilizan extremadamente en diferentes aplicaciones en comparación con los FET debido a sus capacidades como voltaje de umbral más bajo y bajo consumo de energía. Un IC CMOS incluye dispositivos P-MOS y N-MOS que se fabrican conjuntamente en un chip similar. La estructura de este IC es una puerta de polisilicio que ayuda a disminuir el voltaje umbral del dispositivo, lo que permite el proceso a niveles de bajo voltaje.

Circuitos integrados de regulador de voltaje

Este tipo de circuito integrado proporciona una salida de CC estable a pesar de los cambios en la entrada de CC. Los reguladores de tipo más utilizados son los circuitos integrados LM309, uA723, LM105 y 78XX.

Amplificadores operacionales

los amplificadores operacionales son circuitos integrados de uso frecuente, similares a los amplificadores de audio que se utilizan para la amplificación de audio. Estos amplificadores operacionales se utilizan con fines de amplificación, y estos circuitos integrados funcionan de manera similar al transistor circuitos amplificadores. La configuración de los pines del IC del amplificador operacional 741 se muestra en la figura anterior.

Amplificadores operacionales

Amplificadores operacionales

Circuitos integrados de temporizador

Temporizadores son circuitos integrados de propósito especial que se utilizan con el fin de contar y realizar un seguimiento del tiempo en las aplicaciones previstas. El diagrama de bloques del circuito interno del Temporizador IC LM555 se muestra en el circuito anterior. Según el número de componentes utilizados (normalmente según el número de transistores utilizados), son los siguientes

Circuitos integrados de temporizador

Circuitos integrados de temporizador

Integración a pequeña escala consta de solo unos pocos transistores (decenas de transistores en un chip), estos circuitos integrados jugaron un papel fundamental en los primeros proyectos aeroespaciales.

Integración a mediana escala consta de algunos cientos de transistores en el chip IC desarrollado en la década de 1960 y logró una mejor economía y ventajas en comparación con los IC SSI.

Integración a gran escala consta de miles de transistores en el chip con casi la misma economía que los circuitos integrados de integración de escala media. El primer microprocesador, chips de calculadora y RAM de 1 Kbit desarrollados en la década de 1970 tenían menos de cuatro mil transistores.

Integración a gran escala consta de transistores de cientos a varios miles de millones (período de desarrollo: de la década de 1980 a 2009)

Integración a gran escala consta de más de un millón de transistores y, posteriormente, se desarrollaron la integración a escala de obleas (WSI), el sistema en un chip (SoC) y el circuito integrado tridimensional (3D-IC).

Todos estos pueden tratarse como generaciones de tecnología integrada. Los circuitos integrados también se clasifican según el proceso de fabricación y la tecnología de embalaje. Hay numerosos tipos de circuitos integrados entre los cuales, un circuito integrado funcionará como temporizador, contador, Registrarse , amplificador, oscilador, puerta lógica, sumador, microprocesador, etc.

Tipos de circuitos integrados basados ​​en clases

Los circuitos integrados están disponibles en tres clases según las técnicas utilizadas durante su fabricación.

  • Circuitos integrados de película fina y gruesa
  • CI monolíticos
  • Circuitos integrados híbridos o multichip

Circuitos integrados delgados y gruesos

En estos tipos de circuitos integrados, se utilizan componentes pasivos como condensadores y resistencias; sin embargo, los transistores y diodos están conectados como componentes separados para diseñar un circuito. Estos circuitos integrados son simplemente la combinación de componentes integrados y separados y estos circuitos integrados tienen características y apariencia relacionadas además de la forma de deposición de la película. A partir de ICS, se puede decidir la deposición de la película fina de IC.

Estos circuitos integrados están diseñados mediante el depósito de películas de material conductor sobre la superficie del vidrio, de lo contrario, sobre un soporte de cerámica. Al cambiar el espesor de las películas, los materiales tendrán diferente resistividad y se puede realizar la fabricación de componentes electrónicos pasivos.

En este tipo de circuito integrado, se utiliza el método de impresión de seda para hacer el modelo requerido del circuito sobre un sustrato cerámico. A veces, este tipo de circuitos integrados se denominan circuitos integrados de película fina impresos.

CI monolíticos

En este tipo de circuitos integrados, se pueden formar las interconexiones de los componentes activo, pasivo y discreto en un chip de silicio. Como su nombre indica, se deriva de la palabra griega como mono no es más que simple, mientras que Lithos significa piedra. En la actualidad, estos circuitos integrados se utilizan con mayor frecuencia debido a su menor costo y confiabilidad. Los circuitos integrados que se fabrican comercialmente se utilizan como reguladores de voltaje, amplificadores, circuitos de computadora y receptores de AM. Sin embargo, el aislamiento entre los componentes IC monolíticos es pobre pero también tiene menos potencia nominal,

IC de paquete dual en línea (DIP)

Un DIP (paquete dual en línea) o DIPP (paquete dual de pines en línea) es un paquete de componentes electrónicos en términos de microelectrónica o electrónica con una placa rectangular y dos filas paralelas con pines de conexión eléctrica.

Circuitos integrados híbridos o de varios chips

Como sugiere su nombre, multi significa arriba de un chip individual que está interconectado. Los componentes activos como diodos o transistores difusos incluyen estos circuitos integrados, mientras que los componentes pasivos son los condensadores o resistencias difusos en un solo chip. La conexión de estos componentes se puede realizar mediante prototipos metalizados. Los circuitos integrados de varios chips se utilizan ampliamente para las aplicaciones de amplificadores de alta potencia de 5 W a 50 W. En comparación con los circuitos integrados monolíticos, el rendimiento de los circuitos integrados híbridos es superior.

Tipos de paquetes de CI

Los paquetes de circuitos integrados se clasifican en dos tipos, como montaje en orificio pasante y embalaje de montaje en superficie.

Paquetes de montaje de orificio pasante

El diseño de estos se puede hacer donde los pines de plomo se fijan a través de una cara del tablero y arden sin llama en el otro lado. En comparación con otros tipos, el tamaño de estos paquetes es mayor. Estos se utilizan principalmente en dispositivos electrónicos para equilibrar el espacio de la placa y los límites de costos. El mejor ejemplo de paquetes de montaje de orificios pasantes son los paquetes en línea duales porque son los más utilizados. Estos paquetes están disponibles en dos tipos, como cerámica y plástico.

En ATmega328, los 28 pines se ubican en paralelo entre sí al expandirse verticalmente y se colocan en un tablero de plástico negro de forma rectangular. El espacio entre pines se mantiene con 0,1 pulgadas. Además, el paquete cambia de tamaño debido a la diferencia dentro del no. de pines en paquetes diferentes. La disposición de estos pines se puede hacer de tal manera que se puedan regular en el medio de una placa de prueba para que no se produzcan cortocircuitos.

Los diferentes paquetes de CI de montaje con orificio pasante son PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Embalaje de montaje en superficie

Este tipo de embalaje sigue principalmente la tecnología de montaje, de lo contrario, ubica los componentes directamente en la PCB. A pesar de que sus métodos de fabricación ayudarán a hacer las cosas rápidamente, también mejoran las posibilidades de fallas debido a los componentes diminutos y están dispuestos muy cerca unos de otros. Este tipo de embalaje utiliza molduras de plástico o cerámica. Los diferentes tipos de embalaje de montaje en superficie que emplean moldes de plástico son el paquete con plomo en L de contorno pequeño y BGA (Ball Grid Array).

Los diferentes paquetes de circuitos integrados de montaje en superficie son SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN y BGA.

Ventajas

Las ventajas de los tipos de circuitos integrados se analizan a continuación.

El consumo de energía es bajo

Los circuitos integrados utilizan menos energía para funcionar correctamente debido a su menor tamaño y construcción.

El tamaño es compacto

Se puede obtener un circuito pequeño que utilice circuitos integrados para una funcionalidad determinada en comparación con el circuito discreto.

Menos costo

En comparación con los circuitos discretos, los circuitos integrados están disponibles a un costo menor debido a sus tecnologías de fabricación y al uso de poco material.

Menos peso

Los circuitos que utilizan circuitos integrados pesan menos en comparación con los circuitos discretos

Se mejora la velocidad de funcionamiento

Los circuitos integrados funcionan a altas velocidades debido a sus velocidades de conmutación y al bajo consumo de energía.

Alta fiabilidad

Una vez que el circuito usa conexiones bajas, los circuitos integrados proporcionarán una alta confiabilidad en comparación con los circuitos digitales.

  • El tamaño del IC es pequeño, pero en este chip se pueden fabricar miles de componentes.
  • Mediante el uso de un solo chip, se diseñan diferentes circuitos electrónicos complejos
  • Debido a la producción a granel, estos están disponibles a menor costo.
  • La velocidad de funcionamiento es alta debido a la falta de efecto de capacitancia parásita.
  • Desde el circuito madre, se puede cambiar fácilmente.

Desventajas

Las desventajas de los diferentes tipos de circuitos integrados incluyen las siguientes.

  • El calor no se puede disipar a la velocidad necesaria debido a su pequeño tamaño y el desbordamiento de corriente puede causar daños en el circuito integrado.
  • En los circuitos integrados, los transformadores, así como los inductores, no se pueden incorporar
  • Maneja un rango limitado de potencia
  • No se puede realizar el montaje de PNP de alta calidad.
  • No se puede lograr un coeficiente de baja temperatura
  • El rango de disipación de energía es de hasta 10 vatios.
  • No se puede obtener una operación de alto voltaje y bajo ruido

Por lo tanto, se trata de una descripción general de los diferentes tipos de circuitos integrados. Los circuitos integrados convencionales se reducen en el uso práctico, debido a la invención de la nanoelectrónica y la miniaturización de los circuitos integrados que continúa con este Tecnología nanoelectrónica . Sin embargo, los circuitos integrados convencionales aún no han sido reemplazados por nanoelectrónicos, pero el uso de los circuitos integrados convencionales está disminuyendo parcialmente. Para mejorar técnicamente este artículo, publique sus consultas, ideas y sugerencias como comentarios en la siguiente sección.

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