Tots els electrodomèstics que fem servir en el nostre dia a dia, com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils, neveres, ordinadors, televisors i tots els altres dispositius elèctrics i electrònics, es fabriquen amb circuits senzills o complexos. Els circuits electrònics es realitzen mitjançant múltiples components elèctrics i electrònics connectats entre si mitjançant la connexió de cables o cables conductors per al flux de corrent elèctric a través dels múltiples components del circuit, com ara resistències , condensadors , inductors, díodes, transistors, etc. Els circuits es poden classificar en diferents tipus segons diferents criteris, com ara, basats en connexions: circuits en sèrie i circuits paral·lels segons la mida i el procés de fabricació del circuit: circuits integrats i circuits discrets i, basats en el senyal utilitzat al circuit : circuits analògics i circuits digitals. Aquest article tracta una visió general dels diferents tipus de circuits integrats i les seves aplicacions.

Què és un circuit integrat?

El circuit integrat o IC o microxip o xip és microscòpic circuit electrònic matriu formada per la fabricació de diversos components elèctrics i electrònics (resistències, condensadors, transistors, etc.) en un material semiconductor hòstia (de silici), que pot realitzar operacions similars als grans circuits electrònics discrets fets de components electrònics discrets.

Circuits integrats

Com que totes aquestes matrius de components, circuits microscòpics i base de material d’hòsties semiconductors s’integren junts per formar un sol xip, per tant, s’anomena circuit integrat o xip integrat o microxip.

Els circuits electrònics es desenvolupen mitjançant components electrònics individuals o discrets de diferents mides, de manera que el cost i la mida d’aquests circuits discrets augmenten amb el nombre de components utilitzats al circuit. Per conquerir aquest aspecte negatiu, es va desenvolupar la tecnologia del circuit integrat: Jack Kilby de Texas Instruments va desenvolupar el primer circuit integrat o circuit integrat a la dècada de 1950 i, després, Robert Noyce de Fairchild Semiconductor va resoldre alguns problemes pràctics d’aquest circuit integrat.

Història dels circuits integrats

La història dels circuits integrats es va iniciar amb dispositius d’estat sòlid. La invenció del primer tub de buit la va fer John Ambrose (J.A) Fleming l'any 1897, anomenat díode de buit. Per als motors, va inventar la regla de l'esquerra. Després d'això, l'any 1906, es va inventar un nou buit, és a dir, Triode i s'utilitza per a l'amplificació.

Després d'això, el transistor es va inventar a Bell Labs l'any 1947 per substituir parcialment els tubs de buit perquè els transistors són components petits que consumeixen menys energia per funcionar. Es van dissenyar diferents circuits utilitzant components discrets separant-se entre ells i disposant-se a les plaques de circuits impresos mitjançant el control mitjançant mans conegudes com a circuits no integrats. Aquests circuits integrats consumeixen molta energia i espai i la seva producció no és tan fluida.

El 1959 es va desenvolupar el Circuit Integrat, on es van fabricar diversos components electrònics i elèctrics sobre una sola hòstia de silici. Els circuits integrats utilitzen poca potència per funcionar i proporcionar una sortida fluida. A més, també es pot augmentar la millora dels transistors sobre un circuit integrat.

Evolució de circuits integrats a partir de diferents tecnologies

La classificació dels circuits integrats es pot fer en funció de les mides del xip i l’escala d’integració. Aquí, una escala d’integració especifica el nombre de components electrònics col·locats en un circuit integrat típic.
Del 1961 al 1965, la tecnologia d’integració a petita escala (SSI) es va utilitzar per fabricar de 10 a 100 transistors en un sol xip per fer xancles i portes lògiques.

Del 1966 al 1970, la tecnologia d’integració a escala mitjana (MSI) es va utilitzar per fabricar de 100 a 1000 transistors en un sol xip per fabricar multiplexors, descodificadors i comptadors.

Del 1971 al 1979, la tecnologia d'integració a gran escala (LSI) es va utilitzar per fabricar de 1000 a 20000 transistors en un sol xip per fabricar RAM, microprocessador, ROM

Del 1980 al 1984, la tecnologia d’integració a gran escala (VLSI) es va utilitzar per fabricar 20.000 a 50000 transistors en un sol xip per fabricar microprocessadors RISC, DSP i microprocessadors mi16 i 32 bits.

Des del 1985 fins ara, la tecnologia d’integració a gran escala (ULSI) es va utilitzar per fabricar 50000 a milers de milions de transistors en un sol xip per fabricar microprocessadors de 64 bits.

Limitacions dels diferents tipus de circuits integrats

La limitació dels diferents tipus d’IC inclou el següent.

“quins són els diferents tipus de cables ethernet ”

La potència nominal és limitada
Funciona a baixa tensió
Genera soroll mentre funciona
No és probable una elevada qualificació de PNP
Els seus components depenen de la tensió, com ara resistències i condensadors
És delicat
La fabricació d’un CI mitjançant un baix nivell de soroll és difícil
És difícil aconseguir el coeficient de temperatura.
El muntatge de PNP d’alta qualitat no és possible.
A IC, qualsevol com
En un CI, no es poden substituir ni eliminar diferents components, per tant, si algun component d'un IC es danya, llavors l'IC complet ha de canviar amb el nou.
La potència nominal és limitada perquè la fabricació de circuits integrats superiors a 10 watts no és possible

Diferents tipus de circuits integrats

Hi ha diferents tipus de CI de classificació de circuits integrats que es fa en funció de diversos criteris. A la figura següent es mostren uns quants tipus d’IC d’un sistema amb els seus noms en format d’arbre.

Diferents tipus d’ICS

Segons l’aplicació prevista, l’IC es classifica com a circuits integrats analògics, circuits integrats digitals i circuits integrats mixtes.

Circuits integrats digitals

Els circuits integrats que funcionen només a uns nivells definits en lloc d’operar nivells globals d’amplitud del senyal s’anomenen IC digitals i es dissenyen utilitzant múltiples nombres de portes lògiques digitals , multiplexors, xancles i altres components electrònics de circuits. Aquestes portes lògiques funcionen amb dades d'entrada binàries o dades d'entrada digitals, com ara 0 (baix o fals o lògic 0) i 1 (alt o cert o lògic 1).

Circuits integrats digitals

La figura anterior mostra els passos per dissenyar circuits integrats digitals típics. Aquests circuits digitals s’utilitzen amb freqüència en ordinadors, microprocessadors , processadors de senyal digital, xarxes d’ordinadors i comptadors de freqüències. Hi ha diferents tipus de circuits integrats digitals o tipus de circuits integrats digitals, com ara circuits integrats programables, xips de memòria, circuits lògics, circuits de gestió de potència i circuits d’interfície.

Circuits integrats analògics

Els circuits integrats que funcionen en un interval continu de senyals s’anomenen CI analògics. Aquests es subdivideixen en circuits integrats lineals (CI lineals) i Freqüència de ràdio Circuits integrats (IC de RF). De fet, la relació entre el voltatge i el corrent pot ser no lineal en alguns casos en un llarg abast del senyal analògic continu.

Circuits integrats analògics

L'IC analògic d'ús freqüent és un amplificador operacional o simplement anomenat amplificador operacional, similar a l'amplificador diferencial, però que té un guany de voltatge molt alt. Consisteix en un nombre molt inferior de transistors en comparació amb els circuits integrats digitals i, per desenvolupar circuits integrats específics d’aplicacions analògiques (ASIC analògics), s’utilitzen eines de simulació computaritzades.

Circuits integrats lineals

En un circuit integrat analògic, si existeix una relació lineal entre la seva tensió i el corrent, es coneix com IC lineal. El millor exemple d’aquest IC lineal és.741 IC, és un amplificador operatiu DIP (paquet dual en línia) de 8 pins,

Circuits integrats de radiofreqüència

En CI analògic, si existeix una relació no lineal entre el seu voltatge i corrent, s'anomena IC de radiofreqüència. Aquest tipus de CI també es coneix com a circuit integrat de radiofreqüència.

Circuits integrats mixtes

Els circuits integrats que s’obtenen mitjançant la combinació d’IC analògics i digitals en un sol xip s’anomenen IC mixtes. Aquests circuits integrats funcionen com a convertidors de digital a analògic, Convertidors analògics a digitals (Convertidors D / A i A / D) i CI de rellotge / temporització. El circuit representat a la figura anterior és un exemple del circuit integrat mixt que és una fotografia del receptor de radar autocurador de 8 a 18 GHz.

Circuits integrats mixtes

Aquest Systems-on-a-chip de senyal mixt és el resultat dels avenços en la tecnologia d’integració, que van permetre la integració de funcions digitals, analògiques múltiples i RF en un sol xip.

Els tipus generals de circuits integrats (CI) inclouen els següents:

Circuits lògics

Aquests circuits integrats estan dissenyats mitjançant portes lògiques que funcionen amb entrada i sortida binàries (0 o 1). Aquests s’utilitzen principalment com a responsables de la presa de decisions. Basat en la taula lògica o de veritat de les portes lògiques, totes les portes lògiques connectades a l'IC donen una sortida basada en el circuit connectat a l'interior de l'IC, de manera que aquesta sortida s'utilitza per realitzar una tasca específica prevista. A continuació es mostren alguns IC lògics.

Circuits lògics

Comparadors

Els CI comparadors s’utilitzen com a comparadors per comparar les entrades i després produir una sortida basada en la comparació dels ICs.

Comparadors

Canvi d'IC

Els commutadors o circuits integrats de commutació es dissenyen utilitzant els transistors i s’utilitzen per a la realització de operacions de commutació . La figura anterior és un exemple que mostra un commutador IC SPDT.

Canvi d'IC

Amplificadors d'àudio

L’àudio amplificadors són un dels molts tipus d’IC que s’utilitzen per a l’amplificació de l’àudio. Generalment s’utilitzen en altaveus d’àudio, circuits de televisió, etc. El circuit anterior mostra l'IC de l'amplificador d'àudio de baixa tensió.

Amplificadors d'àudio

Circuit integrat CMOS

Els circuits integrats CMOS s'utilitzen extremadament en diferents aplicacions en comparació amb els FET a causa de les seves capacitats, com ara un voltatge de llindar inferior i un consum de baixa energia. Un IC CMOS inclou dispositius P-MOS i N-MOS que es fabriquen conjuntament en un xip similar. L’estructura d’aquest CI és una porta de polisilici que ajuda a disminuir la tensió llindar del dispositiu, permetent per tant el procés a nivells de baixa tensió.

Circuits integrats del regulador de tensió

Aquest tipus de circuit integrat proporciona una sortida de CC estable malgrat els canvis dins de l'entrada de CC. Els reguladors de tipus més utilitzats són els circuits integrats LM309, uA723, LM105 i 78XX.

Amplificadors operacionals

El amplificadors operatius són circuits utilitzats amb freqüència, similars als amplificadors d'àudio que s'utilitzen per a l'amplificació d'àudio. Aquests amplificadors operatius s’utilitzen amb finalitats d’amplificació, i aquests circuits integrats funcionen de manera similar a la transistor circuits amplificadors. La configuració dels pins de l’ampli operatiu 741 IC es mostra a la figura anterior.

Amplificadors operacionals

CI de temporitzador

Temporitzadors són circuits integrats per a usos especials que s’utilitzen amb el propòsit de comptar i fer un seguiment del temps en les aplicacions previstes. El diagrama de blocs del circuit intern del IC temporitzador LM555 es mostra al circuit anterior. Segons el nombre de components utilitzats (normalment en funció del nombre de transistors utilitzats), són els següents

CI de temporitzador

Integració a petita escala consisteix només en uns pocs transistors (desenes de transistors en un xip), aquests circuits integrats van jugar un paper crític en els primers projectes aeroespacials.

Integració a escala mitjana consta d'alguns centenars de transistors al xip IC desenvolupats als anys seixanta i que van aconseguir una millor economia i avantatges en comparació amb els circuits integrats SSI.

Integració a gran escala consta de milers de transistors al xip amb gairebé la mateixa economia que els CI d’integració a escala mitjana. El primer microprocessador, xips de calculadora i memòries RAM d’1 Kbit desenvolupats als anys 70 tenia menys de quatre mil transistors.

Integració a gran escala consta de transistors de centenars a diversos milions de dòlars (període de desenvolupament: dels anys vuitanta al 2009)

“Control de velocitat del motor trifàsic ”

Integració ultra gran escala consta de transistors superiors al milió i, posteriorment, es van desenvolupar la integració a escala d’hòsties (WSI), el sistema en un xip (SoC) i el circuit integrat tridimensional (3D-IC).

Tot això es pot tractar com a generacions de tecnologia integrada. Els CI també es classifiquen segons el procés de fabricació i la tecnologia d’embalatge. Hi ha nombrosos tipus d’IC, entre els quals, un IC funcionarà com a temporitzador, comptador, registre , amplificador, oscil·lador, porta lògica, sumador, microprocessador, etc.

Tipus de circuits integrats basats en classes

Els circuits integrats estan disponibles en tres classes basades en les tècniques utilitzades durant la fabricació.

CI de pel·lícula fina i gruixuda
CI monolítics
CI híbrids o multichip

CI prims i gruixuts

En aquest tipus de circuits integrats, s’utilitzen components passius com condensadors i resistències, tot i que els transistors i els díodes es connecten com a components separats per dissenyar un circuit. Aquests circuits integrats són simplement la combinació de components integrats i separats i aquests circuits integrats tenen característiques i aparença relacionades, a part de la forma de deposició de pel·lícules. A partir d’ICS es pot decidir la deposició de pel·lícules d’IC primes.

Aquests circuits integrats es dissenyen mitjançant la conducció de pel·lícules de dipòsit de material a la superfície del vidre en un suport ceràmic. En canviar el gruix de les pel·lícules sobre els materials es tindrà una resistivitat diferent i es podrà fer la fabricació de components electrònics passius.

En aquest tipus de circuits integrats, s’utilitza el mètode d’impressió de seda per fer el model requerit del circuit sobre un substrat ceràmic. De vegades, aquest tipus d’IC s’anomenen circuits impresos de pel·lícula prima.

CI monolítics

En aquest tipus de circuits integrats, es poden formar les interconnexions dels components actiu, passiu i discret d’un xip de silici. Com el seu nom indica, es deriva de la paraula grega com mono no és res més que senzill, mentre que Lithos significa pedra. Actualment, aquests circuits integrats s’utilitzen amb més freqüència a causa d’un menor cost i fiabilitat. Els circuits integrats que es fabriquen comercialment s’utilitzen com a reguladors de tensió, amplificadors, circuits informàtics i receptors AM. Tanmateix, l’aïllament dels components monolítics de l’IC és pobre, però també té menys potència,

IC de paquet dual en línia (DIP)

Un DIP (un paquet dual en línia) o DIPP (paquet dual de pins en línia) és un paquet de components electrònics en termes de microelectrònica o electrònica amb una placa rectangular i dues files paral·leles amb pins de connexió elèctrics.

Circuits integrats híbrids o multi-xip

Com el seu nom indica, multi significa per sobre d’un xip individual interconnectat. Els components actius com els díodes o els transistors difosos inclouen aquests circuits integrats, mentre que els components passius són els condensadors o resistències difosos en un sol xip. La connexió d’aquests components es pot fer mitjançant prototips metalitzats. Els circuits integrats de múltiples xips s’utilitzen àmpliament per a aplicacions d’amplificadors d’alta potència des de 5W fins a 50W. En comparació amb els circuits integrats monolítics, el rendiment dels circuits integrats híbrids és superior.

Tipus de paquets IC

Els paquets IC es classifiquen en dos tipus, com ara l’envàs de muntatge a través del forat i muntatge superficial.

Paquets de muntatge a través del forat

El disseny d’aquestes es pot fer allà on els passadors de plom es fixen a través d’una cara del tauler i es fan fumar a l’altra banda. En comparació amb altres tipus, la mida d’aquests paquets és més gran. Aquests s’utilitzen principalment dins de dispositius electrònics per equilibrar l’espai de la placa i els límits de costos. El millor exemple de paquets de muntatge a través de forats són els paquets de doble línia perquè aquests són els més utilitzats. Aquests paquets estan disponibles en dos tipus, com ara ceràmica i plàstic.

A ATmega328, els 28 pins es situen paral·lelament els uns als altres expandint-se verticalment i col·locats sobre un tauler de forma rectangular de plàstic negre. L'espai entre els pins es manté amb 0,1 polzades. A més, el paquet canvia de mida a causa de la diferència dins del núm. de pins en paquets diferents. La disposició d'aquests passadors es pot fer de manera que es puguin regular al centre d'una placa per tal que no es pugui produir un curtcircuit.

Els diferents paquets IC de muntatge de forats passius són PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Embalatge de muntatge superficial

Aquest tipus d’embalatge segueix principalment la tecnologia de muntatge, situant els components directament al PCB. Tot i que els seus mètodes de fabricació ajudaran a fer les coses ràpidament, també milloren les probabilitats d’avaries a causa dels petits components i estan disposats molt a prop l’un de l’altre. Aquest tipus d’envasos utilitzen motlles de plàstic o ceràmica. Els diferents tipus d’envasos de muntatge superficial que utilitzen motlles de plàstic són un paquet de contorn petit amb ploma L i BGA (Ball Grid Array).

Els diferents paquets IC de muntatge superficial són SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN i BGA.

Avantatges

A continuació es descriuen els avantatges dels tipus de circuits integrats.

“què és un sensor de moviment pir ”

El consum d’energia és baix

Els circuits integrats utilitzen menys energia per funcionar correctament a causa de la seva mida i construcció inferiors.

La mida és compacta

Es pot obtenir un petit circuit amb circuits integrats per a una determinada funcionalitat en comparació amb el circuit discret.

Menys cost

En comparació amb els circuits discrets, els circuits integrats estan disponibles a un cost inferior a causa de les seves tecnologies de fabricació, així com per l’ús de material baix.

Menys pes

Els circuits que utilitzen circuits integrats tenen menys pes en comparació amb els circuits discrets

S'ha millorat la velocitat de funcionament

Els circuits integrats funcionen a velocitats elevades a causa de les seves velocitats de commutació i el seu baix consum d'energia.

Alta fiabilitat

Una vegada que el circuit utilitza connexions baixes, els circuits integrats proporcionaran una alta fiabilitat en comparació amb els circuits digitals.

La mida de l’IC és petita, però amb aquest xip es poden fabricar milers de components.
Mitjançant l’ús d’un sol xip es dissenyen diferents circuits electrònics complexos
A causa de la producció massiva, aquestes estan disponibles amb menys cost
La velocitat de funcionament és elevada a causa de la manca d’efecte de capacitat paràsita.
Des del circuit mare, es pot canviar fàcilment

Desavantatges

Els desavantatges dels diferents tipus de circuits integrats inclouen els següents.

La calor no es pot dissipar a la velocitat necessària, ja que la seva petita mida i el desbordament de corrent poden causar danys a l’IC
Als circuits integrats, els transformadors, així com els inductors, no es poden incorporar
Maneja un rang limitat de potència
El muntatge de PNP d’alta qualitat no és possible.
No es pot aconseguir un coeficient de baixa temperatura
El rang de dissipació de potència és de fins a 10 watts
No es pot obtenir un funcionament d’alta tensió i baix soroll

Per tant, es tracta d’una visió general de diferents tipus de circuits integrats. Els circuits integrats convencionals es redueixen en l’ús pràctic, a causa de la continuació de la invenció de la nanoelectrònica i de la miniaturització dels circuits integrats. Tecnologia nanoelectrònica . No obstant això, els CI convencionals encara no se substitueixen per la nanoelectrònica, però l'ús dels CI convencionals disminueix parcialment. Per millorar tècnicament aquest article, envieu les vostres consultes, idees i suggeriments com a comentaris a la secció següent.

Crèdits fotogràfics: