Definición de Microprocesador
El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor. Hay microprocesadores que incorporan hasta 10 millones de transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal.
* Circuito integrado
Este circuito integrado, un microprocesador F-100, tiene sólo 0,6 cm2, y es lo bastante pequeño para pasar por el ojo de una aguja
Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmético-lógica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip.
Los microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializadas denominadas memoria cache, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de datos.
Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados es de unos 800 megahercios (MHz) —unos 800 millones de ciclos por segundo—, lo que permite ejecutar más de 1.000 millones de instrucciones cada segundo.
Memoria de Computadora
Como el microprocesador no es capaz por sí solo de albergar la gran cantidad de memoria necesaria para almacenar instrucciones y datos de programa (por ejemplo, el texto de un programa de tratamiento de texto), pueden emplearse transistores como elementos de memoria en combinación con el microprocesador.
Tipos de Memoria
* Memoria de acceso aleatorio o RAM, memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware tantas veces como se quiera. Es una memoria de almacenamiento temporal, donde el microprocesador coloca las aplicaciones que ejecuta el usuario y otra información necesaria para el control interno de tareas; su contenido desaparece cuando se apaga el ordenador o computadora, de ahí que los datos que se quieran conservar a largo plazo se tengan que almacenar en los discos. RAM es un acrónimo del inglés Random Access Memory. El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede realizar en cualquier orden, por eso se le llama memoria de acceso aleatorio. Intel introdujo el primer chip de RAM en 1970 y tenía una capacidad de 1 Kb. Actualmente la memoria RAM para computadoras personales se suele fabricar en módulos insertables llamados DIMM, SO-DIMM y SIMM, cuya capacidad alcanza los 512 Mb; una placa base puede tener varios de estos módulos.
Existen diversos tipos de memoria de acceso aleatorio:
* La RAM estática (SRAM), conserva la información mientras esté conectada la tensión de alimentación, y suele emplearse como memoria cache porque funciona a gran velocidad.
* La RAM dinámica (DRAM), es más lenta que la SRAM y debe recibir electricidad periódicamente para no borrarse. La DRAM resulta más económica que la SRAM y se emplea como elemento principal de memoria en la mayoría de las computadoras.
* Memoria de sólo lectura o ROM, acrónimo de Read Only Memory, memoria basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos que se pueden leer pero no modificar. En las computadoras IBM PC y compatibles, las memorias ROM suelen contener el software necesario para el funcionamiento del sistema y permanece aunque se apague el ordenador; este contenido se establece cuando se fabrican. Para crear un chip ROM, el diseñador facilita a un fabricante de semiconductores la información o las instrucciones que se van a almacenar. El fabricante produce entonces uno o más chips que contienen esas instrucciones o datos. Como crear chips ROM implica un proceso de fabricación, esta creación es viable económicamente sólo si se producen grandes cantidades de chips. Los diseños experimentales o los pequeños volúmenes son más asequibles usando PROM o EPROM. El término ROM se suele referir a cualquier dispositivo de sólo lectura, incluyendo PROM y EPROM.
* Memoria programable de sólo lectura o PROM, acrónimo de Programmable Read Only Memory, tipo de memoria de sólo lectura (ROM) que permite ser grabada con datos mediante un hardware llamado programador de PROM. Una vez que la PROM ha sido programada, los datos permanecen fijos y no pueden reprogramarse. Dado que las ROM son rentables sólo cuando se producen en grandes cantidades, se utilizan memorias programables de sólo lectura durante las fases de creación del prototipo de los diseños. Nuevas PROM pueden grabarse y desecharse durante el proceso de perfeccionamiento del diseño.
* Memoria programable y borrable de sólo lectura o EPROM, tipo de memoria, también denominada reprogramable de sólo lectura (RPROM, acrónimo inglés de Reprogrammable Read Only Memory). Las EPROM (acrónimo inglés de Erasable Programmable Read Only Memory) son chips de memoria que se programan después de su fabricación. Son un buen método para que los fabricantes de hardware inserten códigos variables o que cambian constantemente en un prototipo, en aquellos casos en los que producir gran cantidad de chips PROM resultaría prohibitivo. Los chips EPROM se diferencian de los PROM por el hecho de que pueden borrarse por lo general, retirando una cubierta protectora de la parte superior del chip y exponiendo el material semiconductor a radiación ultravioleta, después de lo cual pueden reprogramarse.
Microcontrolador
Un microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada —como un teclado, un joystick o un ratón— o dispositivos de salida como un monitor o una impresora. Un tipo diferente de circuito integrado llamado microcontrolador es de hecho una computadora completa situada en un único chip, que contiene todos los elementos del microprocesador básico además de otras funciones especializadas. Los microcontroladores se emplean en videojuegos, reproductores de vídeo, automóviles y otras máquinas.
Semiconductores
Todos los circuitos integrados se fabrican con semiconductores, sustancias cuya capacidad de conducir la electricidad es intermedia entre la de un conductor y la de un no conductor o aislante. El silicio es el material semiconductor más habitual. Como la conductividad eléctrica de un semiconductor puede variar según la tensión aplicada al mismo, los transistores fabricados con semiconductores actúan como minúsculos conmutadores que abren y cierran el paso de corriente en sólo unos pocos nanosegundos (milmillonésimas de segundo). Esto permite que un ordenador pueda realizar millones de instrucciones sencillas cada segundo y ejecutar rápidamente tareas complejas.
El bloque básico de la mayoría de los dispositivos semiconductores es el diodo, una unión de materiales de tipo negativo (tipo n) y positivo (tipo p). Los términos "tipo n" y "tipo p" se refieren a materiales semiconductores que han sido dopados, es decir, cuyas propiedades eléctricas han sido alteradas mediante la adición controlada de pequeñísimas concentraciones de impurezas como boro o fósforo. En un diodo, la corriente eléctrica sólo fluye en un sentido a través de la unión: desde el material de tipo p hasta el material de tipo n, y sólo cuando el material de tipo p está a una tensión superior que el de tipo n. La tensión que debe aplicarse al diodo para crear esa condición se denomina tensión de polarización directa. La tensión opuesta que hace que no pase corriente se denomina tensión de polarización inversa.
Un circuito integrado contiene millones de uniones p-n, cada una de las cuales cumple una finalidad específica dentro de los millones de elementos electrónicos de circuito. La colocación y polarización correctas de las regiones de tipo p y tipo n hacen que la corriente eléctrica fluya por los trayectos adecuados y garantizan el buen funcionamiento de todo el chip.
Transistores
El transistor empleado más comúnmente en la industria microelectrónica se denomina transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET, siglas en inglés). Contiene dos regiones de tipo n, llamadas fuente y drenaje, con una región de tipo p entre ambas, llamada canal. Encima del canal se encuentra una capa delgada de dióxido de silicio, no conductor, sobre la cual va otra capa llamada puerta. Para que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje, es necesario aplicar una tensión a la puerta (tensión de polarización directa). Esto hace que la puerta actúe como un conmutador de control, conectando y desconectando el MOSFET y creando una puerta lógica que transmite unos y ceros a través del microprocesador.
Fabricación de Microprocesadores
Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.
La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.
La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una "rodaja" de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.
En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un ángstrom es una diezmilmillonésima de metro).
Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras.
Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.
En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea.
En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.
Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un pie cúbico de aire (0,028 metros cúbicos). Como comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón.
Historia del Microprocesador
El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores. El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC G4, desarrollado conjuntamente por Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.
Tecnologías Futuras
La tecnología de los microprocesadores y de la fabricación de circuitos integrados está cambiando rápidamente. Se prevé que en 2010 los microprocesadores avanzados contengan unos 800 millones de transistores.
Se cree que el factor limitante en la potencia de los microprocesadores acabará siendo el comportamiento de los propios electrones al circular por los transistores. Cuando las dimensiones se hacen muy pequeñas, los efectos cuánticos debidos a la naturaleza ondulatoria de los electrones podrían dominar el comportamiento de los transistores y circuitos. Puede que sean necesarios nuevos dispositivos y diseños de circuitos a medida que los microprocesadores se aproximan a dimensiones atómicas. Para producir las generaciones futuras de microchips se necesitarán técnicas como la epitaxia por haz molecular, en la que los semiconductores se depositan átomo a átomo en una cámara de vacío ultraelevado, o la microscopía de barrido de efecto túnel, que permite ver e incluso desplazar átomos individuales con precisión.
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sábado, 20 de marzo de 2010
El mundo de los PIC
El mundo de los PIC
Un PICmicro es un circuito integrado programable. Microchip, su
fabricante dice: Programable Integrated Circuit.
Programable quiere decir que se puede planificar la manera como va a
funcionar, que se puede adaptar a nuestras necesidades. En otras palabras que
el integrado es capaz de modificar su comportamiento en función de una serie
de instrucciones que es posible comunicarle.
PIC Y PICMICRO para todos los fines prácticos describen el mismo
microcontrolador ya que en 1997 Microchip registro el nombre PICMicro para su
línea de microcontroladores.
Las aplicaciones de los PIC son realmente muy numerosas, veamos
solamente algunas como para entusiasmar a nuestros amigos lectores:
Control de pantallas alfanuméricas LCD
Los microcontroladores son especialmente útiles para controlar con
muchísima facilidad los displays de cristal liquido LCD.
Control de teclados
En muchas aplicaciones se requieren teclados especiales que se adapten
exactamente a ciertas necesidades. Los PicMicro se puedan utilizar para realizar
secuencias de rastreo y así saber que tecla se ha oprimido.
Control de memorias EEPROM seriales
Control de temperatura
Gracias a que los PIC incluyen convertidores Analógico / Digitales el
control de variables como Temperatura, Presión Flujo puede realizarse con
circuitos sumamente simples. Con unas cuantas resistencias y un buen sensor
de temperatura se puede hacer un Termostato o un controlador de Flujo.
Control de Robots
Casi se puede asegurar que no hay Robot que no incluya un PIC en
alguna de sus múltiples funciones. Son igualmente importantes en control de
servomecanismos, reconocimiento de voz, tareas secuenciales, etc.
Control para motores
Los PIC también se pueden utilizar para controlar motores de diferentes
tipos: de pasos, de corriente directa, servos, etc.
OTRAS APLICACIONES
No puedo imaginar un limite para las aplicaciones de los PIC, lo mismo
los podemos encontrar en Televisión, video, como interfases de PC, el
,máquinas herramientas, aparatos de audio, controles remoto, sistemas de
alarmas, seguridad en general. Cada estudiante tiene sus propios proyectos y
grandes ideas para desarrollar. La esencia de los PIC estriba precisamente en
su facilidad de programación, de eso se trata de convertir el integrado en el
circuito que soñamos.
Las familias de los PICMicro
Para seleccionar de entre los 140 productos que ofrece la línea de
microcontroladores de Microchip algunos de los criterios que deberíamos de
tomar en cuenta son:
Memoria de Programación.
Memoria RAM
Tipo de Memoria
Tipo de presentación
Numero de Entradas/Salidas
Hardware especial
Microchip ofrece 5 familias de microcontroladores de 8 Bits.
Familia PIC12CXXX/PIC12FXXX :
Integrados de 8 Pines DIP o SOIC
Palabra de programación de 12-bit/14-bit
Manejador de interrupciones
Voltajes de operación de hasta 2,5 Volts
Cavertidores Analógico / digitales
Memoria OTP, ROM, Flash
Memoria EEPROM para datos
.
Familia PIC16C5X :
Integrados de 14, 18, 20 y 20 DIP, SOIC, SSOP
Palabra de programación de 12-bit
Voltajes de operación de hasta 2.0V
Posiblemente los más económicos
Ideales para operar con baterías
En especial el PIC16HV5XX opera hasta 15 VOLTS para ser usado
directamente conectado a baterías de 12 Volts
Familia PIC16CXXX/PIC16FXXX :
Integrados de 18 a 60 pines
Palabra de programación de 14-bit
Convertidores Analógico / digitales (12 bits)
Manejador de interrupciones
Stack de 8 niveles
Familia PIC17CXXX :
Palabra de programación de 16-bit
Lista de instrucciones enriquecida
Manejador de interrupciones más poderoso
Familia PIC18CXXX/PIC18FXXX:
Palabra de programación de 16-bit mejorada
Convertidores Analógico-Digitales
Arquitectura avanzada
Stack de 32 niveles
Manejador múltiple de interrupciones internas y externas
Lista de 77 instrucciones
Detección de bajo voltaje (LVD)
Microcontroladores Flash
Los microcontroladores que ofrecen una mayor flexibilidad para la
programación y una enorme facilidad para el ajuste final de los proyectos son los
que cuentan con memoria eléctricamente borrable Flash. Para el principiante
son también la mejor elección ya que permite grabar y regrabar el integrado
muchas veces. A continuación se enlistan los Picmicro mejor conocidos por su
memoria Flash.
PIC16F629
PIC16F675
PIC16F627
PIC16F628
PIC16F72, PIC16F73, PIC16F74
PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A
PIC16F871, PIC16F872, PIC16F873, PIC16F873A
PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A
PIC16F877, PIC16F877A
PIC18F242, PIC18F248
El PIC con memoria Flash más popular es el PIC16F84. Cuenta con una
Memoria de Programación serial de 1024 instrucciones y 64 localidades de
memoria RAM. La memoria de programación es eléctricamente borrable.
Internamente cuenta con un Timer / Contador. Este PIC se presenta en un Chip
de dieciocho pines de los cuales 13 están disponibles como Entradas / salidas.
Con este Pic se ha hecho incontables proyectos. Basta con escribir su
nombre en cualquier buscador para obtener una avalancha de paginas que
hablan a cerca de este integrado.
¡Tan solo tecleando en Yahoo la palabra PIC16F84 se obtienen
fácilmente más de 10 000 referencias!
Recientemente Microchip saco al mercado el PIC16F628 muchos piensan
que este micro será en un futuro cercano el más popular de la Línea de
Microchip. En efecto en general es compatible Pin a Pin con el PIC16F84.
En cuanto a la memoria un vistazo rápido a la tabla siguiente nos permite
observar que por mucho el nuevo PIC16F628 es mejor.
Micro Memoria FLASH Memoria RAM Memoria EEPROM
PIC16F84 1024 x 14 68 x 8 64 x 8
PIC16F628 2048 x14 224 x 8 128 x 8
También podemos comentar que el precio favorece ampliamente al nuevo
PIC.
Conocimientos básicos
Muchos estudiantes deseosos de aprender a probar este tipo de micros
se preguntan a cerca de los conocimientos básicos o previos que se deben de
tener para iniciarse en el mundo de los PIC. Veamos la lista siguiente.
Sistema de numeración Hex / Decimal / Binaria
Es deseable que el estudiante este familiarizado sobre todo con la
notación hexadecimal, con los registros de 8 bits, los byte, los bits, etc.
Operación de circuitos de CD
Conocimientos generales sobre circuitos de CD: resistencias,
capacitores, bobinas, potenciómetros y otros componentes electrónicos son
muy importantes para el buen aprendizaje de los PICMicro.
Operación de circuitos TTL / CMOS
Las compuertas lógicas, basculas, contadores y otros integrados son
básicos en el mundo de los PIC.
Nociones de programación
Algunos conocimientos de programación pueden ayudar mucho al
estudiante, por ejemplo el conocimiento de Basic o C
Conocimientos de PC básicos (Software y Hardware)
No se requiere ser un experto en el manejo de Computadoras
Personales, pero si es importante que el alumno se desenvuelva con soltura en
estos temas.
Existe una gran variedad de documentos relacionados con los PicMicro.
Casi toda la información se puede bajar de la red en formato PDF.
En especial Microchip.com es el lugar del fabricante. Desde ahí se
pueden descargar una infinidad de documentos, en especial las Notas de
Aplicación, que son documentos que describen aspectos especifico de
aplicaciones generales. Son ejemplos de los cuales todos podemos aprender
mucho. En esta notas de aplicación se tocan aspectos de software y también de
hardware. Es una enorme colección de problemas resueltos, de tal manera que
nunca tendremos que empezar desde cero al abordar algún proyecto. Cada
nota de aplicación incluye una descripción de la aplicación. La presentación del
diagrama esquemático y el software.
Compartir tus mejores FOTOS es fácil en Messenger ¡DESCUBRE cómo!
Un PICmicro es un circuito integrado programable. Microchip, su
fabricante dice: Programable Integrated Circuit.
Programable quiere decir que se puede planificar la manera como va a
funcionar, que se puede adaptar a nuestras necesidades. En otras palabras que
el integrado es capaz de modificar su comportamiento en función de una serie
de instrucciones que es posible comunicarle.
PIC Y PICMICRO para todos los fines prácticos describen el mismo
microcontrolador ya que en 1997 Microchip registro el nombre PICMicro para su
línea de microcontroladores.
Las aplicaciones de los PIC son realmente muy numerosas, veamos
solamente algunas como para entusiasmar a nuestros amigos lectores:
Control de pantallas alfanuméricas LCD
Los microcontroladores son especialmente útiles para controlar con
muchísima facilidad los displays de cristal liquido LCD.
Control de teclados
En muchas aplicaciones se requieren teclados especiales que se adapten
exactamente a ciertas necesidades. Los PicMicro se puedan utilizar para realizar
secuencias de rastreo y así saber que tecla se ha oprimido.
Control de memorias EEPROM seriales
Control de temperatura
Gracias a que los PIC incluyen convertidores Analógico / Digitales el
control de variables como Temperatura, Presión Flujo puede realizarse con
circuitos sumamente simples. Con unas cuantas resistencias y un buen sensor
de temperatura se puede hacer un Termostato o un controlador de Flujo.
Control de Robots
Casi se puede asegurar que no hay Robot que no incluya un PIC en
alguna de sus múltiples funciones. Son igualmente importantes en control de
servomecanismos, reconocimiento de voz, tareas secuenciales, etc.
Control para motores
Los PIC también se pueden utilizar para controlar motores de diferentes
tipos: de pasos, de corriente directa, servos, etc.
OTRAS APLICACIONES
No puedo imaginar un limite para las aplicaciones de los PIC, lo mismo
los podemos encontrar en Televisión, video, como interfases de PC, el
,máquinas herramientas, aparatos de audio, controles remoto, sistemas de
alarmas, seguridad en general. Cada estudiante tiene sus propios proyectos y
grandes ideas para desarrollar. La esencia de los PIC estriba precisamente en
su facilidad de programación, de eso se trata de convertir el integrado en el
circuito que soñamos.
Las familias de los PICMicro
Para seleccionar de entre los 140 productos que ofrece la línea de
microcontroladores de Microchip algunos de los criterios que deberíamos de
tomar en cuenta son:
Memoria de Programación.
Memoria RAM
Tipo de Memoria
Tipo de presentación
Numero de Entradas/Salidas
Hardware especial
Microchip ofrece 5 familias de microcontroladores de 8 Bits.
Familia PIC12CXXX/PIC12FXXX :
Integrados de 8 Pines DIP o SOIC
Palabra de programación de 12-bit/14-bit
Manejador de interrupciones
Voltajes de operación de hasta 2,5 Volts
Cavertidores Analógico / digitales
Memoria OTP, ROM, Flash
Memoria EEPROM para datos
.
Familia PIC16C5X :
Integrados de 14, 18, 20 y 20 DIP, SOIC, SSOP
Palabra de programación de 12-bit
Voltajes de operación de hasta 2.0V
Posiblemente los más económicos
Ideales para operar con baterías
En especial el PIC16HV5XX opera hasta 15 VOLTS para ser usado
directamente conectado a baterías de 12 Volts
Familia PIC16CXXX/PIC16FXXX :
Integrados de 18 a 60 pines
Palabra de programación de 14-bit
Convertidores Analógico / digitales (12 bits)
Manejador de interrupciones
Stack de 8 niveles
Familia PIC17CXXX :
Palabra de programación de 16-bit
Lista de instrucciones enriquecida
Manejador de interrupciones más poderoso
Familia PIC18CXXX/PIC18FXXX:
Palabra de programación de 16-bit mejorada
Convertidores Analógico-Digitales
Arquitectura avanzada
Stack de 32 niveles
Manejador múltiple de interrupciones internas y externas
Lista de 77 instrucciones
Detección de bajo voltaje (LVD)
Microcontroladores Flash
Los microcontroladores que ofrecen una mayor flexibilidad para la
programación y una enorme facilidad para el ajuste final de los proyectos son los
que cuentan con memoria eléctricamente borrable Flash. Para el principiante
son también la mejor elección ya que permite grabar y regrabar el integrado
muchas veces. A continuación se enlistan los Picmicro mejor conocidos por su
memoria Flash.
PIC16F629
PIC16F675
PIC16F627
PIC16F628
PIC16F72, PIC16F73, PIC16F74
PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A
PIC16F871, PIC16F872, PIC16F873, PIC16F873A
PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A
PIC16F877, PIC16F877A
PIC18F242, PIC18F248
El PIC con memoria Flash más popular es el PIC16F84. Cuenta con una
Memoria de Programación serial de 1024 instrucciones y 64 localidades de
memoria RAM. La memoria de programación es eléctricamente borrable.
Internamente cuenta con un Timer / Contador. Este PIC se presenta en un Chip
de dieciocho pines de los cuales 13 están disponibles como Entradas / salidas.
Con este Pic se ha hecho incontables proyectos. Basta con escribir su
nombre en cualquier buscador para obtener una avalancha de paginas que
hablan a cerca de este integrado.
¡Tan solo tecleando en Yahoo la palabra PIC16F84 se obtienen
fácilmente más de 10 000 referencias!
Recientemente Microchip saco al mercado el PIC16F628 muchos piensan
que este micro será en un futuro cercano el más popular de la Línea de
Microchip. En efecto en general es compatible Pin a Pin con el PIC16F84.
En cuanto a la memoria un vistazo rápido a la tabla siguiente nos permite
observar que por mucho el nuevo PIC16F628 es mejor.
Micro Memoria FLASH Memoria RAM Memoria EEPROM
PIC16F84 1024 x 14 68 x 8 64 x 8
PIC16F628 2048 x14 224 x 8 128 x 8
También podemos comentar que el precio favorece ampliamente al nuevo
PIC.
Conocimientos básicos
Muchos estudiantes deseosos de aprender a probar este tipo de micros
se preguntan a cerca de los conocimientos básicos o previos que se deben de
tener para iniciarse en el mundo de los PIC. Veamos la lista siguiente.
Sistema de numeración Hex / Decimal / Binaria
Es deseable que el estudiante este familiarizado sobre todo con la
notación hexadecimal, con los registros de 8 bits, los byte, los bits, etc.
Operación de circuitos de CD
Conocimientos generales sobre circuitos de CD: resistencias,
capacitores, bobinas, potenciómetros y otros componentes electrónicos son
muy importantes para el buen aprendizaje de los PICMicro.
Operación de circuitos TTL / CMOS
Las compuertas lógicas, basculas, contadores y otros integrados son
básicos en el mundo de los PIC.
Nociones de programación
Algunos conocimientos de programación pueden ayudar mucho al
estudiante, por ejemplo el conocimiento de Basic o C
Conocimientos de PC básicos (Software y Hardware)
No se requiere ser un experto en el manejo de Computadoras
Personales, pero si es importante que el alumno se desenvuelva con soltura en
estos temas.
Existe una gran variedad de documentos relacionados con los PicMicro.
Casi toda la información se puede bajar de la red en formato PDF.
En especial Microchip.com es el lugar del fabricante. Desde ahí se
pueden descargar una infinidad de documentos, en especial las Notas de
Aplicación, que son documentos que describen aspectos especifico de
aplicaciones generales. Son ejemplos de los cuales todos podemos aprender
mucho. En esta notas de aplicación se tocan aspectos de software y también de
hardware. Es una enorme colección de problemas resueltos, de tal manera que
nunca tendremos que empezar desde cero al abordar algún proyecto. Cada
nota de aplicación incluye una descripción de la aplicación. La presentación del
diagrama esquemático y el software.
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Historia del Microchip
Historia del Microchip
El Microchip, o también llamado circuito integrado (CI), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos microelectrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores.
El primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments.
Los elementos más comunes de los equipos electrónicos de la época eran los llamados "tubos al vacío". Las lámparas aquellas de la radio y televisión. Aquellas que calentaban como una estufa y se quemaban como una bombita.
En el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar papeles.
El 12 de Septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba fabricado sobre una pastilla cuadrada de germanio, un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador.
El éxito de Kilby supuso la entrada del mundo en la microelectrónica, además de millones de doláres en regalías para la empresa que daba trabajo a Kilby. El aspecto del circuito integrado era tan nimio, que se ganó el apodo inglés que se le da a las astillas, las briznas, los pedacitos de algo: chip.
En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.
Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores puede realizar las funciones de los tubos vacíos. La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre la ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y circuitos utilizando componentes discretos.
La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, confiabilidad y facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.
Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales: coste y rendimiento. El bajo coste es debido a que los chips, con todos sus componentes, son impresos como una sola pieza por fotolitografía y no construidos por transistores de a uno por vez.
Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles.
Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información.
Mientras el costo del diseño y desarrollo de un cirtuido integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción el costo individual por lo general se reduce al mínimo.
La eficiencia de los circuitos integrados es alto debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de CMOS) en altas velocidades de conmutación.
Las estructuras de los microchips se volvieron más y más pequeñas.
Los fabricantes tuvieron éxito al duplicar el número de transistores en un chip cada 18 meses, tal como lo predijo la ley de Moore. Sin embargo, a medida que los tamaños se han reducido a escalas de átomos, los fabricantes se están acercando cada vez más a los límites de la miniaturización.
Ha llegado el tiempo de probar acercamientos completamente nuevos. Para ésto, los investigadores están actualmente buscando soluciones tales como el uso de pequeños "mini tubos de carbón", los cuales esperan utilizar en los microchips del futuro.
Tan sólo ha pasado medio siglo desde el inicio de su desarrollo y ya se han vuelto ubicuos. De hecho, muchos académicos creen que la revolución digital impulsada por los circuitos integrados es una de los sucesos más destacados de la historia de la humanidad.
Existen tres tipos de circuitos integrados:
# Circuito monolítico: La palabra monolítico viene del griego y significa "una piedra". La palabra es apropiada porque los componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado. Ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de computadoras. Pero tienen limitantes de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1 W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
# Circuito híbrido 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 progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
# Circuito híbrido de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.
Clasificación de los Circuitos Integrados:
Atendiendo al nivel de integración - número de componentes - los circuitos integrados se clasifican en:
# SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: inferior a 12
# MSI (Medium Scale Integration) medio: 12 a 99
# LSI (Large Scale Integration) grande: 100 a 9999
# VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10 000 a 99 999
# ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: igual o superior a 100 000
En cuanto a las funciones integradas, existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados (CI): los análogos y los digitales.
# 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.
Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrales 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 de los circuitos integrados:
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
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. Además, en muchos casos es un comportamiento regenerativo, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más calor producen, 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.
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 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. 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.
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El Microchip, o también llamado circuito integrado (CI), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos microelectrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores.
El primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments.
Los elementos más comunes de los equipos electrónicos de la época eran los llamados "tubos al vacío". Las lámparas aquellas de la radio y televisión. Aquellas que calentaban como una estufa y se quemaban como una bombita.
En el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar papeles.
El 12 de Septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba fabricado sobre una pastilla cuadrada de germanio, un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador.
El éxito de Kilby supuso la entrada del mundo en la microelectrónica, además de millones de doláres en regalías para la empresa que daba trabajo a Kilby. El aspecto del circuito integrado era tan nimio, que se ganó el apodo inglés que se le da a las astillas, las briznas, los pedacitos de algo: chip.
En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información.
Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores puede realizar las funciones de los tubos vacíos. La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre la ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y circuitos utilizando componentes discretos.
La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, confiabilidad y facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.
Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales: coste y rendimiento. El bajo coste es debido a que los chips, con todos sus componentes, son impresos como una sola pieza por fotolitografía y no construidos por transistores de a uno por vez.
Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles.
Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información.
Mientras el costo del diseño y desarrollo de un cirtuido integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción el costo individual por lo general se reduce al mínimo.
La eficiencia de los circuitos integrados es alto debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de CMOS) en altas velocidades de conmutación.
Las estructuras de los microchips se volvieron más y más pequeñas.
Los fabricantes tuvieron éxito al duplicar el número de transistores en un chip cada 18 meses, tal como lo predijo la ley de Moore. Sin embargo, a medida que los tamaños se han reducido a escalas de átomos, los fabricantes se están acercando cada vez más a los límites de la miniaturización.
Ha llegado el tiempo de probar acercamientos completamente nuevos. Para ésto, los investigadores están actualmente buscando soluciones tales como el uso de pequeños "mini tubos de carbón", los cuales esperan utilizar en los microchips del futuro.
Tan sólo ha pasado medio siglo desde el inicio de su desarrollo y ya se han vuelto ubicuos. De hecho, muchos académicos creen que la revolución digital impulsada por los circuitos integrados es una de los sucesos más destacados de la historia de la humanidad.
Existen tres tipos de circuitos integrados:
# Circuito monolítico: La palabra monolítico viene del griego y significa "una piedra". La palabra es apropiada porque los componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado. Ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de computadoras. Pero tienen limitantes de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1 W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
# Circuito híbrido 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 progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
# Circuito híbrido de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.
Clasificación de los Circuitos Integrados:
Atendiendo al nivel de integración - número de componentes - los circuitos integrados se clasifican en:
# SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: inferior a 12
# MSI (Medium Scale Integration) medio: 12 a 99
# LSI (Large Scale Integration) grande: 100 a 9999
# VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10 000 a 99 999
# ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: igual o superior a 100 000
En cuanto a las funciones integradas, existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados (CI): los análogos y los digitales.
# 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.
Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrales 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 de los circuitos integrados:
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
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. Además, en muchos casos es un comportamiento regenerativo, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más calor producen, 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.
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 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. 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.
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Nueva tecnología para los circuitos integrados del futuro
Nueva tecnología para los circuitos integrados del futuro
Los páramos escoceses son el lugar del mundo que mas número de inventos ha producido por número de habitantes, o al menos eso es lo que tratan de justificar por allí. Y no nos extraña, el clima inhóspito da mucho tiempo para pensar.
Científicos de la Universidad de Glasgow, en colaboración con colegas de las universidades de Edinburgh, Manchester, Southamton y New York, han desarrollado una tecnología que ayudará a los diseñadores de microchip a crear los circuitos integrados del futuro.
Como parte de un proyecto piloto denominado NanoCMOS, se han desarrollado herramientas de simulación que toman ventaja de la tecnología grid computing para predecir cómo miles de millones de nano-transistores, cada uno con su propias variaciones a escala atómica no predecible se comportan dentro de un circuito.
Tal simulador ayudará a atajar el problema de "variabilidad estadística" dentro de los transistores, que es un obstáculo principal para continuar reduciendo el tamaño de los Complementary Metal-oxide Semiconductor (CMOS) en las generaciones de la tecnología de nano-escala del futuro.
Los transistores a nano-escala son el corazón de toda la electrónica moderna y juegan un papel vital en la economía digital del futuro.
Desde su invención en 1947, se consiguió que fuesen cada vez más pequeños y hoy en día podemos colocar miles de millones de transistores en una pequeña lámina de silicio.
Los transistores de hoy en día tienen longitudes de 40 nanómetros; mientras que un cabello humano tiene una anchura de 100.000 nanómetros. O sea, en el diámetro de un cabello caben 2.500 transistores. Pero cuanto más pequeño es, las imperfecciones y variaciones a escala atómica dentro de cada transistor es un problema. Las variaciones estadísticas entre transistores ocurren principalmente debido al número y posiciones de dopantes discretos – agentes químicos introducidos en el silicio para formar la estructura de los agentes individuales.
Esta variabilidad estadística significa que los circuitos, formados por millones de transistores para desarrollar circuitos más poderosos. Son necesarios nuevos diseños y circuitos que pueden tener en cuenta la variabilidad estadística.
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Circuito Integrado
Primer circuito integrado construido alrededor de un solo nanotube del carbon
Primer circuito integrado construido alrededor de un solo nanotube del carbon
La IBM anuncia que sus investigadores han construido el primer circuito integrado electr?nico completo alrededor de un solo carbon nanotube la molecula, un nuevo material que demuestra la promesa para proporcionar realz? funcionamiento sobre los semiconductores est?ndares del silicio de today?s.
El logro es significativo porque el circuito fue construido usando procesos estandares del semiconductor y utiliz? una sola mol?cula como la base para todos los componentes en el circuito, m?s bien que que liga componentes juntos individual-construidos. Esto puede simplificar la fabricaci?n y proporcionar la consistencia necesitada para probar y para ajustar m?s a fondo el material para que haya uso en estos usos.
[More:]
El trabajo fue divulgado en aparecer de papel de la IBM en la ciencia del diario.
los transistores del nanotube de Carbon tienen el potencial de superar los dispositivos avanzados del silicio, el Dr. dicho T.C. Chen, vice presidente, ciencia y tecnolog?a, investigaci?n de la IBM. ?However, cient?ficos se han centrado hasta ahora en fabricar y la optimizaci?n de los transistores individuales del nanotube del carb?n. Ahora, podemos evaluar el potencial de la electr?nica en circuitos completos -- un paso cr?tico del nanotube del carb?n hacia la integraci?n de la tecnolog?a con techniques.? de viruta-fabricacio'n existente;
Por unos 50 a?os la industria del semiconductor ha confiado en la capacidad de embalar n?meros de aumento de circuitos electr?nicos en un solo chip de silicio para hacer esas virutas m?s de gran alcance. Esto fue alcanzada en gran parte encontrando maneras de construir los circuitos m?s peque?os. Con los cient?ficos considerando un extremo a esa capacidad que asoma, el uso del nanotechnology se est? explorando como los medios de guardar la industria el moverse adelante.
El campo del nanotechnology implica la sintesis y el montaje de nuevos tipos de moleculas y de estructuras con las dimensiones medidas en billionths de un metro. Pareciendo un rodillo microsc?pico del alambre del pollo, los nanotubes del carb?n miden el deluente de 50.000 veces que un pelo humano. Con todo tienen caracter?sticas ?nicas que puedan permitir que lleven densidades corrientes m?s altas que el ?pipes? utilizado actualmente en transistor de today?s y, con su tama?o m?s peque?o, pudo tener en cuenta la miniaturizaci?n adicional.
El circuito construido por el equipo de la IBM era un oscilador del anillo -- una estructura de los fabricantes de viruta de circuito t?picamente para evaluar nuevos procesos o materiales de fabricaci?n. El circuito tensiona ciertas caracter?sticas que puedan dar una buena indicaci?n de c?mo las nuevas tecnolog?as se realizar?n cuando est?n utilizadas construir virutas completas.
Integrando el circuito completo alrededor de un solo nanotube, el equipo de la IBM observa velocidades de circuito casi los circuitos que previamente demostrados de millon de veces m?s r?pidamente con los nanotubes m?ltiples. Mientras que esto sigue siendo m?s lento que las velocidades obtenidas por los chipes de silicio de today?s, el equipo de la IBM cree que los nuevos procesos del nanofabrication abrir?n eventual el potencial de funcionamiento superior de la electr?nica del nanotube del carb?n.
Los cient?ficos de la IBM ahora utilizar?n el oscilador del anillo para probar los transistores y los circuitos mejorados del nanotube del carb?n, y para calibrar su funcionamiento en dise?os de viruta completos.
http://www.whatsnextnetwork.com/technology/index.php/b/2006/03/24/p2124
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Primer circuito integrado construido alrededor de un solo nanotube del carbon
La IBM anuncia que sus investigadores han construido el primer circuito integrado electr?nico completo alrededor de un solo carbon nanotube la molecula, un nuevo material que demuestra la promesa para proporcionar realz? funcionamiento sobre los semiconductores est?ndares del silicio de today?s.
El logro es significativo porque el circuito fue construido usando procesos estandares del semiconductor y utiliz? una sola mol?cula como la base para todos los componentes en el circuito, m?s bien que que liga componentes juntos individual-construidos. Esto puede simplificar la fabricaci?n y proporcionar la consistencia necesitada para probar y para ajustar m?s a fondo el material para que haya uso en estos usos.
[More:]
El trabajo fue divulgado en aparecer de papel de la IBM en la ciencia del diario.
los transistores del nanotube de Carbon tienen el potencial de superar los dispositivos avanzados del silicio, el Dr. dicho T.C. Chen, vice presidente, ciencia y tecnolog?a, investigaci?n de la IBM. ?However, cient?ficos se han centrado hasta ahora en fabricar y la optimizaci?n de los transistores individuales del nanotube del carb?n. Ahora, podemos evaluar el potencial de la electr?nica en circuitos completos -- un paso cr?tico del nanotube del carb?n hacia la integraci?n de la tecnolog?a con techniques.? de viruta-fabricacio'n existente;
Por unos 50 a?os la industria del semiconductor ha confiado en la capacidad de embalar n?meros de aumento de circuitos electr?nicos en un solo chip de silicio para hacer esas virutas m?s de gran alcance. Esto fue alcanzada en gran parte encontrando maneras de construir los circuitos m?s peque?os. Con los cient?ficos considerando un extremo a esa capacidad que asoma, el uso del nanotechnology se est? explorando como los medios de guardar la industria el moverse adelante.
El campo del nanotechnology implica la sintesis y el montaje de nuevos tipos de moleculas y de estructuras con las dimensiones medidas en billionths de un metro. Pareciendo un rodillo microsc?pico del alambre del pollo, los nanotubes del carb?n miden el deluente de 50.000 veces que un pelo humano. Con todo tienen caracter?sticas ?nicas que puedan permitir que lleven densidades corrientes m?s altas que el ?pipes? utilizado actualmente en transistor de today?s y, con su tama?o m?s peque?o, pudo tener en cuenta la miniaturizaci?n adicional.
El circuito construido por el equipo de la IBM era un oscilador del anillo -- una estructura de los fabricantes de viruta de circuito t?picamente para evaluar nuevos procesos o materiales de fabricaci?n. El circuito tensiona ciertas caracter?sticas que puedan dar una buena indicaci?n de c?mo las nuevas tecnolog?as se realizar?n cuando est?n utilizadas construir virutas completas.
Integrando el circuito completo alrededor de un solo nanotube, el equipo de la IBM observa velocidades de circuito casi los circuitos que previamente demostrados de millon de veces m?s r?pidamente con los nanotubes m?ltiples. Mientras que esto sigue siendo m?s lento que las velocidades obtenidas por los chipes de silicio de today?s, el equipo de la IBM cree que los nuevos procesos del nanofabrication abrir?n eventual el potencial de funcionamiento superior de la electr?nica del nanotube del carb?n.
Los cient?ficos de la IBM ahora utilizar?n el oscilador del anillo para probar los transistores y los circuitos mejorados del nanotube del carb?n, y para calibrar su funcionamiento en dise?os de viruta completos.
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lunes, 15 de febrero de 2010
Photonic Integrated Circuits
| Acronym: PIC or PLC = planar lightwave circuit Acrónimo: PIC o PLC = circuito Lightwave plana Definition : integrated circuits with optical functions Circuitos integrados Definición: con funciones ópticas Photonic integrated circuits (also called planar lightwave circuits = PLC or integrated optoelectronic devices) are devices on which several or even many optical (and often also electronic) components are integrated. The technology of such devices is called integrated optics . Photonic integrated circuits are usually fabricated with a wafer-scale technology (involving lithography) on substrates (often called chips) of silicon, silica, or a nonlinear crystal material such as lithium niobate (LiNbO 3 ). The substrate material already determines a number of features and limitations of the technology: Circuitos fotónicos integrados (también llamados circuitos planos Lightwave = PLC o integrados dispositivos optoelectrónicos) son dispositivos en los que están integrados varios o incluso muchos óptica (ya menudo también electrónico) componentes. La tecnología de estos dispositivos se denomina óptica integrada. Circuitos fotónicos integrados suelen fabricados con una tecnología de escala de obleas (con la participación de litografía) sobre sustratos (a menudo llamados chips) de silicio, silicio, o un material de cristal no lineal como Niobato de litio (Linbo 3). El material del sustrato determina ya una serie de características y limitaciones de la tecnología: * Silica-on-silicon integrated optics builds on silicon wafers, for which many aspects of the powerful microelectronics technology can be used. Silica waveguides allow the realization of couplers, filters (eg for multiplexers and demultiplexers in wavelength division multiplexing technology), power splitters and combiners, and even active elements with optical gain . They can also be connected to optical fibers . De sílice en la óptica de silicio integrado se basa en obleas de silicio, por lo que muchos aspectos de la poderosa tecnología microelectrónica se pueden utilizar. Guías de onda de sílice permiten la realización de acopladores, filtros (por ejemplo, multiplexores y demultiplexores en la división de longitud de onda de la tecnología de multiplexación), divisores de potencia y combinadores, e incluso elementos activos con ganancia óptica. También se puede conectar a las fibras ópticas. * An area of strong current interest is silicon photonics , where photonic functions are implemented directly on silicon chips. Un área de interés actual de fuerte es la fotónica de silicio, donde las funciones fotónicos son aplicadas directamente en los chips de silicio. * Waveguides can be fabricated on silica glass (fused silica) eg with lithographic techniques involving chemical processing or indiffusion of dopants, or with laser micromachining. The latter techniques can be used for fabricating waveguides far below the surface (embedded waveguides), so that three-dimensional circuit designs become possible. Amplifiers and lasers can be made by using rare-earth-doped glasses . Guías de ondas pueden ser fabricados en cristal de silicio (sílice fundida) por ejemplo, con las técnicas litográficas consistentes en la transformación química o indiffusion de dopantes, o con micro láser. Las técnicas de este último puede ser utilizado para la fabricación de guías de onda por debajo de la superficie (integrado guías de onda), de modo que las tres diseños de circuitos tridimensionales se hacen posibles. amplificadores y láseres se pueden hacer mediante el uso de las tierras raras gafas de dopado. * Lithium niobate (LiNbO 3 ) as a nonlinear crystal material is suitable for devices performing nonlinear functions, for example electro-optic modulators or acousto-optic transducers. Waveguides can be fabricated on lithium niobate substrates eg via proton exchange or by indiffusion of titanium, in any case controlled by a lithographic method. Doping with rare earth ions makes possible amplifiers and lasers . The birefringence of this material creates opportunities for polarization control, which may then be used eg for filtering purposes. On the other hand, the birefringence makes it more difficult to obtain polarization-independent devices, as are often required for optical fiber communications . Niobato de litio (Linbo 3) como un material de cristal no lineal es adecuado para los dispositivos que desempeñan funciones no lineales, para electro ejemplo moduladores óptica o acústica transductores ópticos. Guías de Ondas pueden ser fabricados en Niobato litio sustratos por ejemplo a través de intercambio de protones o indiffusion de titanio, en cualquier caso, controlado por un método litográfico. dopaje con iones de tierras raras hace amplificadores posible y láseres. La birrefringencia de este material crea oportunidades para el control de la polarización, que puede entonces ser utilizada por ejemplo para el filtrado de los propósitos. Por otra parte, la birrefringencia hace más difícil de obtener la polarización de dispositivos independientes, como a menudo se requiere para las comunicaciones de fibra óptica. Photonic integrated circuits can either host large arrays of identical components, or contain complex circuit configurations. However, for various reasons the complexity achievable is not nearly as high as for electronic integrated circuits. Their main application is in the area of optical fiber communications , particularly in fiber-optic networks , but they can also be used for, eg, optical sensors and in metrology . Circuitos fotónicos integrados puede acoger grandes series de componentes idénticos, o que contienen configuraciones de circuitos complejos. Sin embargo, por diversas razones, la complejidad alcanzable no es tan alto como para circuitos electrónicos integrados. Su aplicación principal es en el área de comunicaciones de fibra óptica, en particular en redes de fibra óptica, pero también puede ser utilizado para, por ejemplo, sensores ópticos y de metrología. An important distinction is that between devices with smaller or larger mode areas: Una distinción importante es que entre los dispositivos con áreas de modo más o menos grandes: * Some waveguides (eg made in silicon-on-insulator technology) exhibit strong confinement, leading to small effective mode areas and allowing for tight bends without excessive bend losses . They are therefore potentially suitable for chips with a very high level of integration. However, such devices are essentially always polarization dependent, having a strong built-it birefringence . Polarization-insensitive designs would be possible in principle, but would introduce unrealistic fabrication tolerances. Algunas guías de ondas (por ejemplo, fabricados en silicio sobre aislante de tecnología) muestran el confinamiento fuerte, dando lugar a pequeñas áreas de modo eficaz y permitiendo curvas cerradas sin un exceso de doblar las pérdidas. Por lo tanto, son susceptibles de chips con un alto nivel de integración. Sin embargo, tales dispositivos son esencialmente dependientes de la polarización siempre, con un fuerte construido-que birrefringencia. polarización diseños insensible sería posible en principio, sino que introduciría tolerancias de fabricación de poco realista. * Other waveguides exhibit much weaker guidance and can be made in polarization-insensitive form. However, such waveguides do not allow tight bends and thus prevent a high level of integration. Otras guías de onda de exposición mucho más débil de orientación y se puede hacer en la polarización de forma insensible. Sin embargo, las guías de onda en que no permiten curvas cerradas y evitar así un alto nivel de integración. |
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