Circuitos Integrados 6t4f44

Circuitos integrados INTRODUCCIÓN Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

CIRCUITOS INTEGRADOS HISTORIA En abril de 1949, el ingeniero alemán Werner Jacobi1 (Siemens AG) completa la primera solicitud de patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de semiconductores. Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada. Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares Geoffrey Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa Británico, a finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950. El primer circuito integrado fue desarrollado en 1959 por el ingeniero Jack S. Kilby1 (1923-2005) pocos meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase. En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la enorme contribución de su invento al desarrollo de la tecnología. Al mismo tiempo que Jack Kilby, pero de forma independiente, Robert Noyce desarrolló su propio circuito integrado, que patentó unos seis meses después. Además resolvió algunos problemas

Circuitos integrados prácticos que poseía el circuito de Kilby, como el de la interconexión de todos los componentes; al simplificar la esctructura del chip mediante la adición del metal en una capa final y la eliminación de algunas de las conexiones, el circuito integrado se hizo más adecuado para la producción en masa. Además de ser uno de los pioneros del circuito integrado, Robert Noyce también fue uno de los cofundadores de Intel, uno de los mayores fabricantes de circuitos integrados del mundo. Los circuitos integrados se encuentran en todos los aparatos electrónicos modernos, como relojes de pulsera, automóviles, televisores, reproductores de CD, reproductores de MP3, teléfonos móviles, computadoras, equipos médicos, etc. El desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar algunas de las funciones de las válvulas de vacío. La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y en la fabricación de circuitos electrónicos utilizando componentes discretos. La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, su confiabilidad y la facilidad de agregarles complejidad, llevó a su estandarización, reemplazando diseños que utilizaban transistores discretos, y que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío. Son tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es debido a que los CI son fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía a partir de una oblea, generalmente de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades, con una muy baja tasa de defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente menor, a iguales condiciones de funcionamiento que un homólogo fabricado con componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito integrado puede contener desde miles hasta varios millones de transistores en unos pocos milímetros cuadrados.

AVANCES EN LOS CIRCUITOS INTEGRADOS Los avances que hicieron posible el circuito integrado han sido, fundamentalmente, los desarrollos en la fabricación de dispositivos semiconductores a mediados del siglo XX y los descubrimientos experimentales que mostraron que estos dispositivos podían reemplazar las funciones de las válvulas o tubos de vacío, que se volvieron rápidamente obsoletos al no poder competir con el pequeño tamaño, el consumo de energía moderado, los tiempos de conmutación mínimos, la confiabilidad, la capacidad de producción en masa y la versatilidad de los CI.

Circuitos integrados Entre los circuitos integrados más complejos y avanzados se encuentran los microprocesadores, que

controlan

numerosos

aparatos,

desde

teléfonos móviles y hornos de microondas hasta computadoras . Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados, de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción, el costo individual de los CIs por lo general se reduce al mínimo. La eficiencia de los CI es alta 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), y con altas velocidades de conmutación. A medida que transcurren los años, los circuitos integrados van evolucionando: se fabrican en tamaños cada vez más pequeños, con mejores características y prestaciones, mejoran su eficiencia y su eficacia, y se permite así que mayor cantidad de elementos sean empaquetados (integrados) en un mismo chip (véase la ley de Moore). Al tiempo que el tamaño se reduce, otras cualidades también mejoran (el costo y el consumo de energía disminuyen, y a la vez que aumenta el rendimiento). Aunque estas ganancias son aparentemente para el final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y lo esperado para los próximos años, está muy bien descrito por la International Technology Roap for Semiconductors.

POPULARIDAD Sólo ha trascurrido medio siglo desde que se inició su desarrollo y los circuitos integrados se han vuelto casi omnipresentes. Computadoras, teléfonos móviles y otras aplicaciones digitales son ahora partes de las sociedades modernas. La informática, las comunicaciones, la manufactura y los sistemas de transporte, incluyendo Internet, todos dependen de la existencia de los circuitos integrados. De hecho, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.

LIMITACIONES DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:

Circuitos integrados DISIPACIÓN DE POTENCIA 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 sistema de realimentación positiva, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más corriente conduce, 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 o 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 sus contrapartidas discretas. 

Resistores. 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 μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.

Circuitos integrados 

Inductores. Se usan comúnmente 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.

¿QUÉ SON LOS CIRCUITOS INTEGRADOS? Un circuito integrado o ( ci ) es aquel en el cual todos los componentes, incluyendo transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, se fabrican e interconectan completamente sobre un chip o pastilla semiconductor de silicio. Una vez procesado, el chip se encierra en una cápsula plástica o de cerámica que contiene los pines de conexión a los circuitos externos. Los chips digitales más pequeños contienen varios componentes sencillos como compuertas, inversores y flip-tops. los mas grandes contienen circuitos y sistemas completos como contadores, memorias, microprocesadores, etc. La mayoría de los circuitos integrados digitales vienen en presentación tipo dip (dual in-line package ) o de doble hilera. Los ci mas comunes tipo dip son los de 8, 14, 16,24, 40 y 64 pines. En la cápsula trae impresa la información respecto al fabricante, la referencia del dispositivo y la fecha de fabricación. Además del tipo dip, existen otras presentaciones comunes de los circuitos integrados digitales como la cápsula metálica, la plana y la " chip carrier". Existen circuitos integrados que utilizan cápsulas smt o de montaje superficial , smt son casi 4 veces mas pequeños que los dip . La tecnología smt (surface-mount technology ) es la que ha permitido obtener calculadoras del tamaño de una tarjeta de crédito.

FABRICACION DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS La fabricación de circuitos integrados es el proceso mediante el cual se crean los circuitos integrados presentes hoy día en todos los dispositivos electrónicos. Es un proceso complejo y en el que intervienen numerosas etapas de fotolitografía y procesado químico, durante las cuales los circuitos

Circuitos integrados se generan sobre una oblea hecha de materiales puramente semiconductores. Para ello se emplea mayoritariamente el silicio, aunque

también

se

usan

semiconductores

compuestos

para

aplicaciones específicas, como el arseniuro de galio. Los dispositivos integrados pueden ser tanto analógicos como digitales.

TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN La fabricación de integrados a gran escala sigue, en la actualidad un procedimiento VLSI (Very Large Scale Integration, Integración en escala muy grande, por sus siglas en inglés) partiendo del Silicio como materia prima. Desarrollos recientes en tecnologías de aleación de Silicio-Germanio (SiGe) y silicio, sometido a esfuerzo, refuerzan aún más la posición de los procesos de fabricación que se basan en este elemento en la industria microelectrónica en los años venideros. El silicio puede ser refinado por medio de técnicas bien establecidas de purificación y crecimiento de cristales. Este elemento químico también exhibe propiedades físicas apropiadas para la fabricación de dispositivos activos con buenas características eléctricas, además es fácil de oxidar para formar un excelente aislante como el dióxido de silicio (SiO2). Este óxido es útil para construir condensadores y dispositivos MOSFET. También sirve como barrera de protección contra la difusión de impurezas indeseables hacia el mineral adyacente de silicio de alta pureza. Esta propiedad de protección del oxido de silicio permite que sus propiedades eléctricas sean fáciles de modificar en áreas predefinidas. Por consiguiente, se pueden construir elementos activos y pasivos en la misma pieza material (o sustrato). Entonces los componentes pueden interconectarse con capas de metal (similares a las que se utilizan en las tarjetas de circuito impreso) para formar el llamado circuito integrado monolítico, que es en esencia una pieza única de metal.

PASOS GENERALES DE FABRICACIÓN DE UN CIRCUITO INTEGRADO FORMADO POR SILICIO COMO COMPONENTE ACTIVO Los pasos de fabricación básica se pueden realizar muchas veces, en diferentes combinaciones y en diferentes condiciones de procedimiento durante un turno de fabricación completo. 1) Preparación de la oblea El material inicial para los circuitos integrados modernos es el silicio de muy alta pureza, donde adquiere la forma de un cilindro sólido de color gris acero de 10 a 30 cm de diámetro y puede ser de 1 m a 2 m de longitud . Este cristal se rebana para producir obleas circulares de 400 μm a 600 μm de espesor, (1 μm es igual a 1×10-6 metros). Después, se alisa la pieza hasta obtener un acabado de

Circuitos integrados espejo, a partir de técnicas de pulimento químicas y mecánicas. Las propiedades eléctricas y mecánicas de la oblea dependen de la orientación de los planos cristalinos, concentración e impurezas existentes. Para aumentar la resistividad eléctrica del semiconductor, se necesita alterar las propiedades eléctricas del silicio a partir de un proceso conocido como dopaje. Una oblea de silicio tipo n excesivamente impurificado (baja resistividad) sería designada como material n+, mientras que una región levemente impurificada se designaría n-. aunque podria ser n+ 2) Oxidación Se refiere al proceso químico de reacción del silicio con el oxígeno para formar Dióxido de Silicio (SiO2). Para acelerar dicha reacción se necesitan de hornos ultralimpios especiales de alta temperatura. El Oxígeno que se utiliza en la reacción se introduce como un gas de alta pureza (proceso de “oxidación seca”) o como vapor (“oxidación húmeda”). La Oxidación húmeda tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque la oxidación seca produce mejores características eléctricas. Su constante dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar para fabricar excelentes condensadores. El Dióxido de Silicio es una película delgada, transparente y su superficie es altamente reflejante. Si se ilumina con luz blanca una oblea oxidada la interferencia constructiva y destructiva hará que ciertos colores se reflejen y con base en el color de la superficie de la oblea se puede deducir el espesor de la capa de Óxido. 3) Difusión Es el proceso mediante el cual los átomos se mueven de una región de alta concentración a una de baja a través del cristal semiconductor. En el proceso de manufactura la difusión es un método mediante el cual se introducen átomos de impurezas en el Silicio para cambiar su resistividad; por lo tanto, para acelerar el proceso de difusión de impurezas se realiza a altas temperaturas (1000 a 1200 °C), esto para obtener el perfil de dopaje deseado. Las impurezas más comunes utilizadas como contaminantes son el Boro (tipo p), el Fósforo (tipo n) y el Arsénico (tipo n). Si la concentración de la impureza es excesivamente fuerte, la capa difundida también puede utilizarse como conductor. 4) Implantación de iones Es otro método que se utiliza para introducir átomos de impurezas en el cristal semiconductor. Un implantador de iones produce iones del contaminante deseado, los acelera mediante un campo eléctrico y les permite chocar contra la superficie del semiconductor. La cantidad de iones que se implantan puede controlarse al variar la corriente del haz (flujo de iones). Este proceso se utiliza normalmente cuando el control preciso del perfil del dopaje es esencial para la operación del dispositivo. 5) Deposición por medio de vapor químico Es un proceso mediante el cual gases o vapores se hacen reaccionar químicamente, lo cual conduce a la formación de sólidos en un sustrato. Las propiedades de la capa de óxido que se deposita por medio de vapor químico no son tan buenas como las de un óxido térmicamente formado, pero es

Circuitos integrados suficiente para que actúe como aislante térmico. La ventaja de una capa depositada por vapor químico es que el óxido se deposita con rapidez y a una baja temperatura (menos de 500°C). 6) Metalización Su propósito es interconectar los diversos componentes (transistores, condensadores, etc.) para formar el circuito integrado que se desea, implica la deposición inicial de un metal sobre la superficie del Silicio. El espesor de la película del metal puede ser controlado por la duración de la deposición electrónica, que normalmente es de 1 a 2 minutos. 7) Fotolitografía Esta técnica es utilizada para definir la geometría de la superficie de los diversos componentes de un circuito integrado. Para lograr la fotolitografía, primeramente se debe recubrir la oblea con una capa fotosensible llamada sustancia fotoendurecible que utiliza una técnica llamada “de giro”; después de esto se utilizará una placa fotográfica con patrones dibujados para exponer de forma selectiva la capa fotosensible a la iluminación ultravioleta. Las áreas opuestas se ablandarán y podrán ser removidas con un químico, y de esta manera, producir con precisión geometrías de superficies muy finas. La capa fotosensible puede utilizarse para proteger por debajo los materiales contra el ataque químico en húmedo o contra el ataque químico de iones reactivos. Este requerimiento impone restricciones mecánicas y ópticas muy críticas en el equipo de fotolitografía. 8) Empacado Una oblea de Silicio puede contener varios cientos de circuitos o chips terminados, cada chip puede contener de 10 o más transistores en un área rectangular, típicamente entre 1 mm y 10 mm por lado. Después de haber probado los circuitos eléctricamente se separan unos de otros (rebanándolos) y los buenos (“pastillas”) se montan en cápsulas (“soportes”). Normalmente se utilizan alambres de oro para conectar las terminales del paquete al patrón de metalización en la pastilla; por último, se sella el paquete con plástico o resina epóxica al vacio o en una atmósfera inerte.

COMPONENTES ELECTRÓNICOS MÁS USADOS EN EL DISEÑO DE CIRCUITOS Mosfet Se prefiere el MOSFET canal n al MOSFET canal p. La movilidad de la superficie de electrones del dispositivo de canal n es de dos a cuatro veces más alta a la de los huecos. Este transistor ofrece una corriente más alta y una resistencia baja; así como una transconductancia más alta. Su diseño se caracteriza por su voltaje de umbral y sus tamaños de dispositivos, en general, los MOSFET (tipo n o p) se diseñan para que tengan voltajes de umbral de magnitud similar para un proceso particular; por lo tanto, los circuitos MOSFET son mucho más flexibles en su diseño.

Circuitos integrados Resistencias Las

regiones

de

distinta

difusión

tienen

diferente

resistencia. El pozo en en general se utiliza para resistencias de valor medio, mientras que las difusiones n+ y p+ son útiles para resistencias de valor bajo. Cuando se diseña un valor real de una resistencia se hace a través del cambio de la longitud y el ancho de las regiones difundidas. Todas las resistencias difundidas están autoaisladas por las uniones pn polarizadas a la inversa. Sin embargo una desventaja es que están acompañadas por una sustancial capacitancia parásita de unión que los hace no muy útiles en el uso de frecuencias altas. Además, es posible que exista una variación en el valor real de la resistencia cuando se aumenta el voltaje debido a un efecto llamado JFET. Para obtener un valor más exacto, se recomienda que se fabrique con una capa de polisilicio que se coloca encima del grueso campo de Óxido. Condensadores Existen 2 tipos de estructura de condensador en los procesos CMOS, condensadores MOS y de interpolietileno. La capacitancia de compuerta MOS es básicamente la capacitancia de compuerta a fuente de un MOSFET, la cual depende del área de dicha compuerta; este condensador exhibe una gran dependencia del voltaje, para eliminar este problema, se requiere un implante n+ adicional para formar la

placa

inferior

de

los

condensadores.

Estos

dos

condensadores MOS están físicamente en o con el sustrato, lo que produce una gran capacitancia parásita en la unión pn en la placa inferior. El condensador interpoli exhibe características casi ideales pero a expensas de incluir una segunda capa de polisilicio en el proceso CMOS, donde los efectos parásitos se mantienen al mínimo. Para los 2 tipos de condensadores anteriormente indicados (interpoli y MOS), los valores de capacitancia pueden controlarse hasta un margen de error de 1%. Esta propiedad es extremadamente útil para diseñar circuitos CMOS analógicos de precisión. Transistor pnp lateral Cuando se utilizan este tipo de dispositivos electrónico, el pozo n sirve como región de base n con difusiones p+ como emisor y colector. La separación de entre las dos difusiones determina el ancho de la base. Como el perfil de dopaje no está perfeccionado para las uniones base-colector, y como el ancho de la base está limitado por la resolución de fotolitográfica mínima, el desempeño de este dispositivo no es muy bueno.

Circuitos integrados Resistores de base p y de base estrecha La difusión en la base p se puede utilizar para formar un resistor de base p directo. Como la región de la base es, por lo general, de un nivel de dopaje relativamente bajo y con una profundidad de unión moderada, es adecuada para resistores de valor medio. Si se requiere un resistor de valor grande, se puede utilizar el de base estrecha; ya que exhiben malos coeficientes de tolerancia y temperatura pero una coincidencia relativamente buena.

PROCESOS QUE PUEDEN INTERVENIR EN LA FABRICACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS 

Crecimiento epitaxial



Oxidación en semiconductores



Implantación iónica



Difusión en estado sólido



Deposición en semiconductores



Litografía

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Nanotecnologia

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Mecanica

CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS DE ACUERDO A SU ESTRUCTURA. La clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura puede ser de acuerdo a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado Escalas de Integración) como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos digitales. Las escalas de Integración son 4: SSI, MSI, LSI, VLSI; a continuación veremos cada una de ellas. SSI.- Significa Small Scale Integration ( integración en pequeña escala)y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. ejemplos: compuertas y flip flops. los Circuitos Integrados SSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos y ecl. los primeros Circuitos Integrados eran SSI . MSI.- Significan Medium Scale Integration ( integración en mediana escala), y comprende los chips que contienen de 13 a 100 compuertas . ejemplos: codificadores, registros, contadores , multiplexores, de codificadores y de multiplexores. los Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos, y ecl. LSI.- significa Large-Scale Integration ( integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits . los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos.

Circuitos integrados VLSI.- Significa Very Large Scale Integration ( integración en muy alta escala) y comprende los chips que contienen mas de 1000 compuertas ejemplos: micro-procesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición de datos. los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos. Lo que conocemos como microelectrónica debe su nombre al volumen muy pequeño de sus componentes, incluso de dimensiones microscópicas, que son utilizados para la producción de dispositivos altamente funcionales a pesar de su reducido tamaño. Según sus funciones, podemos clasificarlos en dos grandes tipos: Circuitos integrados analógicos: pueden contener un número determinado de transistores sin conexión alguna entre ellos, o circuitos complejos y funcionales, como amplificadores, osciladores e, incluso, receptores de audio.

Circuitos integrados digitales: pueden ser compuertas lógicas básicas, AND, OR, NOT, o aún más complejos, microprocesadores o microcontroladores.

TIPOS DE ENCAPSULADOS Todos los chips están encapsulados de distintas formas y tamaños, dependiendo de la función que van a cumplir. Además, cada tipo de encapsulado posee una distribución y asignación de pines, que podemos consultar en las hojas de datos respectivas. En la actualidad, existe una gran variedad de encapsulados, entre los cuales podemos encontrar algunos como:

Circuitos integrados 

Encapsulados DIP (Dual In line Package): estos son el tipo de encapsulado más antiguo; están recubiertos por una carcasa de plástico rectangular con una fila de pines a cada lado. El número máximo de pines de estos encapsulados suele ser de 48. Estos encapsulados pueden ser soldados en los orificios realizados en las placas, o también pueden ser insertados en zócalos dispuestos. Los DIP son utilizados para circuitos integrados de pequeña y mediana escala de integración.



Encapsulados SIP (Single In line Package): al igual que los DIP, son los encapsulados más antiguos y presentan una fila única de pines para la conexión; el número máximo de estos suele ser de 24.También, al igual que los DIP, estos encapsulados pueden ser soldados en orificios realizados en las placas, y son utilizados para circuitos integrados de pequeña y mediana escala de integración.



Encapsulados SOIC (Small Outline Integrate Circuit): estos encapsulados son los equivalentes de los DIP, pero de montaje superficial ya que sus pines están dispuestos en forma de alas de gaviota, por lo que se los denomina gullwing packages. Fueron los primeros en introducir una distancia muy pequeña entre sus pines y, de esta manera, obtener un mayor número, generalmente, más de 64.



Encapsulados QFP (Quad Flat Package): los terminales de este tipo de encapsulados son del mismo tipo que los SOIC, pero se caracterizan por tener pines en los cuatro lados del componente. Estos también son de un montaje superficial, al igual que los antes nombrados.



Encapsulados SOJ (Small Outlined J-Lead): estos encapsulados tienen pines solo a dos lados del dispositivo. La letra J del nombre se debe a que los terminales tienen la forma de dicha letra. Son muy utilizados en tecnologías SMD y, también, a la hora de montar los chips DRAM que se fabricaban con encapsulados DIP.



Encapsulados BGA (Ball Grid Array): estos tipos de encapsulados aparecen ante la necesidad de incrementar el número de entradas y salidas de circuitos integrados sin que sea necesario aumentar, en gran cantidad, el tamaño del dispositivo o que aparezcan pines demasiado finos. Poseen pines, que tienen forma de bolas de estaño o plomo, ubicados en la superficie inferior del componente. Con esta distribución de pines, se evitan terminales y distancias entre ellos. Aunque son muy pequeños, la soldadura, al estar debajo del circuito integrado, no quedará a la vista.

Circuitos integrados TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS (AMPLIFICADORES OPERACIONALES E HIBRIDOS) AMPLIFICADOR OPERACIONAL Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): Vout = G·(V+ − V−)el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.

Notación El símbolo de un amplificador es el mostrado en la siguiente figura:

Símbolo del A.O. Los terminales son:

Circuitos integrados V+: entrada no inversora V-: entrada inversora VOUT: salida VS+: alimentación positiva VS-: alimentación negativa Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Habitualmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad. TABLA DE CARACTERÍSTICAS IDEALES Y REALES

Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genéricos y son una referencia. Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o características del fabricante.

COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE CONTINUA (DC) Lazo abierto Si no existe realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000(que se considerará infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000 V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en comparadores, como se verá más adelante. Si la tensión más alta es la aplicada a la patilla + (entrada no inversora) la salida será VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - (entrada inversora) la salida será la alimentación VS-. Lazo cerrado o realimentado Se conoce como lazo cerrado a la realimentación en un circuito. Aquí aparece una realimentación negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta

Circuitos integrados pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor. Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar el circuito: V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual). I+ = I- = 0 Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier circuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbaciones en la señal de entrada. La menor impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características. Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele ser muy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentación, que puede ser mucho más estable con un menor coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor al realimentar, aumentando el ancho de banda. Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El más aplicado es obtener un oscilador para el generar señales oscilantes.

COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE ALTERNA (AC) En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones. (Ver sección de limitaciones)

Análisis 

Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método, pero uno habitual es:



Comprobar si tiene realimentación negativa



Si tiene realimentación negativa se pueden aplicar las reglas del apartado anterior



Definir las corrientes en cada una de las ramas del circuito



Aplicar el método de los nodos en todos los nodos del circuito excepto en los de salida de los amplificadores (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos)



Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para despejar la tensión en los nodos donde no se conozca.

Circuitos integrados

CONFIGURACIONES Comparador



Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos.

Seguidor 

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensión que a la entrada.



Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias

(conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa) 

Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin



Zin = ∞

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadísima, la de salida prácticamente nula, y puede ser útil, por ejemplo, para poder leer la tensión de un sensor con una intensidad muy pequeña que no afecte apenas a la medición. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensión lo más exactas posibles, pues al medir la tensión del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltímetro y la tensión a la entrada del voltímetro dependerá de la relación entre la resistencia del voltímetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones. Por ejemplo, si la resistencia interna del voltímetro es Re (entrada del amplificador), la resistencia de la línea de cableado es Rl y la resistencia interna del sensor es Rg, entonces la relación entre la tensión medida por el voltímetro (Ve) y la tensión generada por el sensor (Vg) será la correspondiente a este divisor de tensión:

Circuitos integrados

Por ello, si la resistencia de entrada del amplificador es mucho mayor que la del resto del conjunto, la tensión a la entrada del amplificador será prácticamente la misma que la generada por el sensor y se podrá despreciar la caída de tensión en el sensor y el cableado. Además, cuanto mayor sea la intensidad que circula por el sensor, mayor será el calentamiento del sensor y del resto del circuito por efecto Joule, lo cual puede afectar a la relación entre la tensión generada por el sensor y la magnitud medida. No inversor

Como observamos, la tensión de entrada, se aplica al pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión.

Zin = ∞, lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.

HIBRIDOS Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar resistores precisos. Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas,

Circuitos integrados dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de radio frecuencia (RF), fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

FUNCIONES DE LOS CIRCUITOS INTEGADOS Las funciones de los circuitos integrados son muy variadas; ya que son utilizados en la mayoría de los aparatos electrónicos que existen y estas pueden variar mucho de acuerdo con la finalidad con la que fueron creados dichos circuitos. A continuación se presentaran algunos de los usos de los circuitos integrados. El uso de los Circuitos Integrados. Los Circuitos Integrados tienen una infinidad de usos; sin embargo veremos los usos de los Circuitos Integrados que hemos explicado anteriormente. Los Amplificadores en Clase A se utilizan como amplificadores de bajo nivel en circuitos de audio, en las etapas de radiofrecuencia y de frecuencia intermedia de receptores de todo tipo y en las etapas de video de receptores de televisión y monitores. Los Amplificadores Clase C se encuentran usualmente en osciladores a frecuencias superiores a los 100 kHz. Los Amplificadores de corriente se emplean como excitadores de cables coaxiales, servomotores, registradores de precisión y transformadores elevadores de alta tensión, siendo también útiles como amplificadores de salida de audio y en circuitos reguladores de fuentes de alimentación. Los Amplificadores lineales son empleados en todo tipo de amplificadores para cabezas de registro magnético, en gran cantidad de instrumentación industrial, laboratorios científicos y aplicaciones médicas donde deben amplificarse pequeñas señales en presencia de interferencias externas. Los Amplificadores de Aislamiento son utilizados como amplificadores de entrada en electrocardiogramas, electroencefalogramas y cualquier otra monitorización fisiológica. Los amplificadores de aislamiento son utilizados también en la instrumentación de las plantas de energía nuclear y en el control de procesos industriales, en cualquier punto donde exista un problema de seguridad eléctrica.

Circuitos integrados Entre los circuitos integrados de consumo que explicamos anteriormente se encuentran los circuitos de alarma que pueden utilizarse en diversos sistemas de seguridad y en otros sistemas donde deben monitorizarse continuamente diversos parámetros físicos, como por ejemplo temperatura, flujo de aire, presión, iluminación, etc. Un cambio sustancial en el parámetro analógico externo que esta siendo monitorizado activara el dispositivo de alarma. Debido al sistema de detección de descarga de la bateria, este circuito es especialmente útil en aplicaciones alimentadas a baterías. El Amplificador de potencia de audio se usan en auto-radios, equipos domésticos de audio económicos y parte de la sección de audio de receptores de televisión. Los Sistemas de Radio AM/FM se emplea como receptor en radios portátiles de FM y AM de baja potencia, autoradios y otros tipos similares. El sistema de recepción AM se emplea típicamente en receptores miniatura y subminiatura de AM de radiodifusión, del tiempo y de otros tipos. El temporizador de control para electrodomésticos puede encontrarse en hornos de microondas, videos, cocinas eléctricas, lavadoras, etc. El procesador de recucción de ruido dolby se usa en todo tipo de sistemas de audio HI-FI, dispositivos de grabación, receptores FM, etc., donde se desee disponer del sistema de reducción de ruido Dolby. El circuito de reloj se emplea en relojes de todo tipo. El generador de sonidos múltiples se emplean para producir sonido en video-juegos, alarmas, muñecas e indicadores de control. Entre los circuitos digitales que vimos anteriormente se encuentra el microcomputador de 8 bits; este al igual que los microprocesadores de 4, 8 y 16 bits, y los microcomputadores de 4 bits, estos de 8 bits pueden emplearse en hornos microondas, juegos de televisión, calculadoras, etc. Los Microprocesadores de 32 bits se emplean en el diseño de ordenadores con altas prestaciones y en sistemas controlados por ordenador. Los Microprocesador de 16 bits poseen unas prestaciones operativas superiores a las de los 4 y 8 bits. Sus actuales aplicaciones cubren los juegos de TV, sistemas de control de acondicionadores, aplicaciones de control de procesos, ordenadores personales y de pequeños ordenadores de gestión.

Unos de los Circuitos Integrados de Interfase que explicamos anteriormente son los conversores analógico-digitales; los cuales se usan en instrumentación, telemetría, utillaje controlado por ordenador y otros sistemas en los que una señal analógica de entrada debe emplearse en un dispositivo digital. La mayoría de las magnitudes físicas como temperatura, presión, iluminación, radiación, etc., pueden medirse mediante su conversión a señales eléctricas analógicas y posteriormente en valores digitales para su uso en procesos digitales.

Circuitos integrados RAMAS QUE ABARCA EL USO DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS. Los Circuitos Integrados actualmente son utilizados en casi todas las ramas como son la medicina, la industria, el comercio, etc. A diferencia de cuando surgieron; ya que eran utilizados principalmente en la astronáutica y en el ejército.

FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS. Las funciones principales de los circuitos integrados son mejorar las funciones de los aparatos tanto electrónicos como electrodomésticos; así como reducir el tamaño, complejidad y por lo tanto el costo también disminuye.

CIRCUITO INTEGRADO DE APLICACIÓN ESPECÍFICA Un Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas (o ASIC, por sus siglas en inglés) es un circuito integrado hecho a la medida para un uso en particular, en vez de ser concebido para propósitos de uso general. Se usan para una función específica. Por ejemplo, un chip diseñado únicamente para ser usado en un teléfono móvil es un ASIC. Por otro lado, los circuitos integrados de la serie 7400 son circuitos lógicos (combinacionales o secuenciales) que se pueden utilizar para una multiplicidad de aplicaciones. En un lugar intermedio entre los ASIC y los productos de propósito general están los Productos Estándar para Aplicaciones Específicas, o ASSP por sus siglas en inglés. Con los avances en la miniaturización y en las herramientas de diseño, la complejidad máxima, y por ende la funcionalidad, en un ASIC ha crecido desde 5.000 puertas lógicas a más de 100 millones. Los ASIC modernos a menudo incluyen procesadores de 32-bit, bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM y Flash, así como otros tipos de módulos. Este tipo de ASIC frecuentemente es llamado Sistema en un Chip, o SoC, por sus siglas en inglés. Los diseñadores de ASIC digitales usan lenguajes descriptores de hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL, para describir la funcionalidad de estos dispositivos. Las FPGA (Field Programmable Gate Arrays, matriz de puertas programables) son la versión moderna de los prototipos con puertas lógicas de la serie 7400. Contienen bloques de lógica programable e interconexiones programables que permiten a un modelo de FPGA ser usada en muchas aplicaciones distintas. Para los diseños más pequeños o con volúmenes de producción más bajos, las FPGAs pueden tener un costo menor que un diseño equivalente basado en ASIC, debido a que el costo fijo (el costo para preparar una línea de producción para que fabrique un ASIC en particular), es muy alto, especialmente en las tecnologías más densas, más de un millón de dólares para una tecnología de 90nm o menor.

Circuitos integrados DISEÑO BASADO EN CELDAS ESTÁNDARES (STANDARD CELL) A mediados de 1980, un diseñador elegía a un fabricante de ASIC, y luego implementaba el diseño utilizando las herramientas provistas por ese fabricante en particular. A pesar de que existían herramientas de diseño provista por terceros, no había un enlace efectivo entre éstas y los procesos productivos de los fabricantes. Una solución a este problema, que además permitió aumentar la densidad de los ASIC, fue la implementación de Celdas Estándares. Cada fabricante de ASIC creaba bloques funcionales con características eléctricas conocidas, tales como los tiempos de propagación, capacitancias e inductancias, que podían ser representadas en las herramientas desarrolladas por terceros. El diseño basado en Celdas Estándares es el uso de estos bloques funcionales para alcanzar densidades de puertas muy altas, y un buen desempeño eléctrico. Este tipo de diseño se ubica entre diseño de Matriz de Puertas, y el diseño hecho totalmente a la medida, en término de los costos fijos y de fabricación de cada unidad. Hacia finales de 1980, estuvieron disponibles las herramientas de síntesis lógica, tales como el Design Compiler. Estas herramientas podían compilar descripciones HDL en una lista de nodos al nivel de puertas. Esto dio paso a un estilo de diseño llamado Diseño basado en Celdas Estándares. Este tipo de diseño contempla las siguientes etapas conceptuales, aunque en la práctica estas etapas se traslapan significativamente. Estos pasos, llevados a cabo con el nivel de habilidad común en la industria, casi siempre producen un dispositivo final que implementa correctamente el diseño original, a menos que se introduzcan fallas al nivel físico de fabricación. Un equipo de ingenieros de diseño comienza con la compresión no formal de las funciones requeridas por el ASIC a diseñar, usualmente derivada del análisis de requerimientos. El equipo de diseño construye una descripción del ASIC para alcanzar estos objetivos, utilizando un HDL. Este proceso es similar a escribir un programa computacional en un lenguaje de alto nivel. Este usualmente es llamado el diseño RTL ( Transfer Level). La validez del diseño es verificada a través de una simulación. Un sistema virtual, implementado a nivel de software puede simular el desempeño de los ASIC a velocidades equivalentes de mil millones de instrucciones por segundo. Una herramienta de síntesis lógica convierte el diseño RTL en un gran conjunto de elementos de bajo nivel, llamados Celdas Estándares. Estos elementos son tomados desde una biblioteca, que consiste en una colección de puertas precaracterizadas (tales como NOR de 2 entradas, NAND de 2 entradas, inversores, etc.). Las celdas estándares usualmente son específicas para el fabricante del ASIC. El conjunto resultante de Celdas Estándares, junto a la interconexión de ellas, es llamado la lista de nodos a nivel de puertas. La lista de nodos es luego procesada por una herramienta de posicionamiento, la cual ubica las Celdad Estándares en una región que representa el ASIC final. Esta ubicación está sujeta a un

Circuitos integrados conjunto de restricciones. En ocasiones se utilizan técnicas avanzadas para optimizar el posicionamiento. La herramienta de ruteo toma la ubicación física de las celdas, y utiliza el listado de nodos para crear las conexiones eléctricas entre ellas. La salida de esta etapa es un conjunto de fotomáscaras, con las que el fabricante producirá los circuitos integrados. Se puede hacer una estimación bastante precisa de los retardos finales, las resistencias y capacitancias parásitas y del consumo de energía. Estas estimaciones son usadas en la ronda final de pruebas. Estas pruebas demostrarán que el dispositivo funcionará en los rangos de temperatura y voltaje extremos. Cuando estas pruebas finalizan, la información de las fotomáscaras en entregada para la fabricación del chip. Estos pasos de diseño son también comunes al diseño de un producto estándar. La diferencia significativa es que el diseño con Celdas Estándares utiliza la biblioteca de celdas del fabricante, que ha sido utilizada en potencialmente cientos de otros diseños, y por lo tanto constituyen un riesgo mucho menor que un diseño hecho totalmente a la medida. Las Celdas Estándares producen una densidad de diseño con un costo comparativamente más bajo, y pueden también integrar núcleos IP y SRAM en una forma efectiva, a diferencia de las matrices de puertas.

DISEÑO BASADO EN MATRIZ DE PUERTAS (GATE ARRAY) El diseño basado en Matriz de Puertas (gate array) es un método de manufactura en donde las capas difundidas, es decir, los transistores y otros elementos activos están predefinidos, y las obleas que contienen estos dispositivos se mantienen en stock antes de la metalización, es decir, desconectadas. El proceso de diseño físico luego define la interconexión del dispositivo final. Para la mayoría de de los fabricantes de ASIC, esto consiste de dos a cinco capas metálicas, cada una perpendicular a la que la precede. Los costos fijos son mucho más bajos, ya que las máscaras litográficas se requieren sólo para las capas metálicas, y los ciclos productivos son mucho más cortos, ya que la metalización es un proceso comparativamente más rápido. También es importante para el diseñador que con este método se pueden conseguir retardos de propagación mínimos, comparado con las soluciones basadas en FPGAs disponibles en el mercado. Los ASIC basados en MAtriz de puertas requieren siempre de un compromiso, ya que al determinar la correspondencia de un diseño determinado con las obleas que el fabricante tiene es stock, nunca da una utilización del 100%. A menudo las dificultades que aparecen al rutear las interconexiones, requieren migrar a un dispositivo con un arreglo más grande, con el consecuente aumento en el costo del dispositivo. Estos problemas frecuentemente son resultado del software utilizado para desarrollar las interconexiones. En la actualidad, los diseños formados solamente por puertas lógicas raramente son implementados con Matriz de puertas, y son reemplazados por dispositivos programables, como las FPGA, las

Circuitos integrados cuales pueden ser programadas por el , y el costo fijo asociado es mínimo, un costo por unidad marginalmente superior, y desempeño comparable. Hoy, las Matrices de puertas están evolucionando en ASIC estructurados, que consisten en un gran núcleo IP (Intellectual Property), como un procesador, una unidad DSP, periféricos, memorias y bloques lógicos reconfigurables. Este cambio se debe principalmente a que los ASIC son capaces de integrar estos grandes bloques de sistemas funcionales, y los "sistemas en un chip" (SoC) requieren más que sólo bloques lógicos. El término "Matriz de puertas" (Gate Array) es casi sinónimo del término "Semi a la medida" (SemiCustom). El término utilizado depende de quién lo utilice; si se es un ingeniero de proceso, probablemente se utilice el término "Semi a la medida", mientras que si se es un diseñador a nivel lógico, se utiliza "Matriz de puertas" (Gate Array).

DISEÑO HECHO TOTALMENTE A LA MEDIDA (FULL CUSTOM CIRCUITS) Por otro lado, el diseño hecho totalmente a la medida define la totalidad de las capas litográficas del dispositivo. Este se utiliza tanto para el diseño de ASIC como para el diseño de productos estándares. Los beneficios de este método usualmente incluye un área reducida (y consecuentemente costos por unidad menores), mejoras en el desempeño y también la habilidad de integrar componentes analógicos y otros componentes pre-diseñados, como son los microprocesadores que forman un SoC. Las desventajas del diseño totalmente a la medida son un costo y tiempo de desarrollo mayores, costos fijos mayores, mayor complejidad del software CAD y la necesidad de habilidades mucho mayores por parte del equipo de diseño. Sin embargo, para diseños puramente digitales, las librerías de "celdas estándares", junto con los sistemas CAD modernos, pueden ofrecer ventajas considerables en términos de costos y desempeño junto a un bajo riesgo. Las herramientas de layout automático son rápidas y fáciles de usar, y ofrecen la posibilidad de optimizar manualmente cualquier aspecto que limite el desempeño del diseño.

DISEÑO ESTRUCTURADO (STRUCTURED ARRAY) El diseño estructurado de ASIC es una expresión ambigua, con diferentes significados dependiendo del contexto. Éste es un término relativamente nuevo en la industria, lo que explica que haya variaciones en su definición. Sin embargo, la premisa básica es que tanto el ciclo de manufactura como el ciclo de diseño se reducen comparado con los ASIC basados en celdas, gracias a la existencia de capas metálicas predefinidas (que reducen el tiempo de fabricación), y una precaracterización de lo que está en el silicio (lo que reduce el tiempo de diseño).

Circuitos integrados Una definición establece que en un diseño ASIC estructurado, las máscaras de las capas lógicas están predefinidas por el vendedor del ASIC (en algunos caso por un tercero). El diseño se realiza al crear capas de metal hechas a la medida, que crean conexiones entre los elementos predefinidos de las capas inferiores. La tecnología de "ASIC estructurados" es vista como el puente que une la barrera entre las FPGA y los diseños ASIC de celdas estándares. Debido a que sólo un número pequeño de las capas del chip deben ser producidas a la medida, los "ASIC estructurados" tienen costos fijos menores que los chip basados en celdas estándares o hechos totalmente a la medida, los que requieren producir un conjunto completo de máscaras para cada diseño. Esto corresponde, en efecto, a la misma definición de una Matriz de Puertas. Lo que hace a los ASIC estructurados diferente de las matrices de puertas es que en estas últimas, las capas metálicas predefinidas sirven para acelerar el proceso de fabricación. En los ASIC estructurados, la metalización predefinida sirve principalmente para reducir el costo del conjunto de máscaras, y también se utiliza para reducir el ciclo de desarrollo. Por ejemplo, en un diseño basado en celdas o en matriz de puertas, el a menudo debe diseñar la alimentación, el reloj y las estructuras de prueba; éstas están predefinidas en la mayoría de los ASIC estructurados, lo que se traduce en un ahorro de tiempo y costos. Asimismo, las herramientas utilizadas para los ASIC estructurados pueden reducir sustancialmente y facilitar el diseño, ya que la herramienta no tienen que realizar todas las funciones necesarias para los ASIC basados en celdas. En algunos casos, los vendedores de ASIC estructurados requieren de herramientas hechas a la medida para usar sus dispositivos, lo que también permite acelerar la manufactura. Otro aspecto importante sobre los ASIC estructurados es que permiten el uso de IP que son comunes a ciertas aplicaciones, o segmentos de la industria, en vez de ser diseñados. Al construir la IP directamente en la arquitectura, el diseñador puede nuevamente ahorrar tanto tiempo como dinero, comparado con el diseño de IP en ASIC basadas es celdas. El mejor consejo es leer cuidadosamente como el vendedor define un ASIC estructurado en particular, ya que existen diferencias significativas entre las ofertas de los distintos vendedores.

LIBRERÍA DE CELDAS, DISEÑO BASADO EN IP, MACROS Las bibliotecas de celdas de primitivos lógicos, comúnmente son suministrados por el fabricante del dispositivo como parte de sus servicios. Aunque no tienen un costo adicional, se entregan bajo un acuerdo de confidencialidad y serán considerados como propiedad intelectual del fabricante. Usualmente su diseño físico estará predefinido, por lo cual se denominan "macros duros". Pero lo que la mayoría de los ingenieros entiende como "propiedad intelectual" son los núcleos IP, diseños comprados a terceros como subcomponentes de un ASIC más grande. Pueden suministrarse como una descripción HDL (a menudo denominadas "macros blandos"), o como un diseño totalmente ruteado que puede ser impreso directamente en la máscara del ASIC. Actualmente

Circuitos integrados muchas organizaciones venden estas IP prediseñadas, y las organizaciones más grandes pueden tener un departamento completo para producir estas IP para el resto de la organización. Por ejemplo, uno puede comprar Us, ethernet, USB o interfaces telefónicas. De hecho, el amplio rango de funciones disponibles en la actualidad es un factor significativo en el aumento de la electrónica en los años 1990 y 2000; como crear propiedad intelectual toma mucho tiempo y dinero, su reutilización y desarrollos posteriores, reduce drásticamente los ciclos de los productos y mejora su calidad. Los macros suaves a menudo no dependen del proceso, es decir, pueden ser fabricados en un amplio rango de procesos de manufactura y por diferentes empresas. Los macros duros están limitados a un proceso, y es necesario esfuerzos adicionales para migrarlos a otros procesos o empresas. FPGAs Las FPGA (Field Programmable Gate Array, matriz de puertas programables) se asemejan a las matrices de puertas pero son programables por el en lugar de fabricadas a medida para cada aplicación. Aunque su densidad siempre será menor consiguen integrar un gran número de puertas, en el 2008 son asumibles diseños en 65nm con más de 10 millones de puertas, decenas de megabits de RAM e incluso varios procesadores, esto las hace suficientes para la mayoría de aplicaciones. La ley de Moore y el creciente coste de inversión de las tecnologías juega a su favor y hace que su cuota de mercado crezca consistentemente cada año. Ver el artículo dedicado a las FPGAs Obleas multiproyecto Algunos fabricantes ofrecen obleas multiproyecto, MPW por sus siglas en inglés, como un método para obtener prototipos de bajo costo. A menudo llamados ""shuttles"", estos MPW, que contienen varios diseños, se fabrican a intervalos regulares, comúnmente con poca responsabilidad por parte del fabricante. El contrato incluye el ensamblaje de un puñado de dispositivos. El servicio incluye el suministro de una base de datos de diseños físicos. El fabricante es a menudo llamado como "fundición de silicio", debido a la poca participación que tienen durante el proceso. Fabricantes de ASIC (Fundiciones) 

Chartered

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IBM

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LSI Logic

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Microchip Technology

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SMIC

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Texas Instruments

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TSMC

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UMC

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Agere Systems

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REFERENCIAS http://www.ecured.cu/index.php/Circuito_integrado http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado http://mundoelectronics.blogspot.mx/2009/04/tipos-y-clasificacion-de-los-circuitos.html http://www.monografias.com/trabajos45/amplificadores-operacionales/amplificadoresoperacionales.shtml http://html.rincondelvago.com/circuitos-integrados.html http://gportatil.blogspot.mx/