Circuitos integrados digitales: Tipos y aplicaciones

circuitos integrados digitales y sus tipos.

¿Qué es un circuito integrado digital?

En breve, los circuitos integrados digitales representan el lado práctico de la electrónica digital. Los circuitos electrónicos digitales manejan señales discretas/estratégicas: 0 y 1. Estos dos estados (lógica 0 y lógica 1) son bajo (lógica 0) y alto (lógica 1). Emplean multiplexadores digitales, contadores, compuertas lógicas, flip-flops, etc.

Diseñados para aceptar valor de voltaje absoluto específico (ej. operación lógica «verdadero o falso»). Por ej., circuitos digitales usan dos estados: circuito binario. Estos vienen con cantidades binarias «off» y «on» que representan 1 (verdadero) y 0 (falso). A diferencia de otros circuitos, los digitales son económicos y fáciles de fabricar/diseñar.

Los dispositivos integrados digitales trabajan solo en unos pocos estados o niveles definidos, no en amplia gama de señales.

Dispositivos digitales integrados se usan en gran número de dispositivos electrónicos, módems, redes informáticas, redes de frecuencia y ordenadores.

En resumen, algunos bloques fundamentales de circuitos integrados digitales son compuertas lógicas (logic gates). A diferencia de otros tipos, los circuitos integrados digitales solo operan en pocos niveles definidos de amplitud de señal.

Series de circuitos integrados digitales

Existen series 7400 y 4000 de circuitos integrados. Ejemplos de serie 74:

• 7400
• 7402
• 7404
• 7408
• 7432
• 7488

Tipos de serie 4000:

• 4001
• 4009
• 4011
• 4030
• 4071
• 4077
• 4081

Ejemplos de series de circuitos integrados

Hay diferentes familias de circuitos integrados digitales. En electrónica digital, una familia se refiere a dispositivos construidos combinando varias compuertas automáticas. Una familia tiene sus niveles lógicos individuales y voltaje de alimentación. Importante: distintas series tienen ventajas e inconvenientes propios. Dentro de cada familia, algunos rangos de voltaje pueden ser bajos o altos. Lista de familias/series:

• Lógica de Diodos (Diode Logic)

En Lógica de Diodos, toda la implementación lógica usa diodos y resistencias. En DL, el propósito principal del diodo es realizar operador «AND» u «OR».

• Lógica Resistencia-Transistor (Resistor-Transistor Logic - RTL)

En RTL, toda la lógica se implementa con resistencias y transistores. La electrónica de resistencias no es cara y es muy simple de diseñar. Inconveniente: los RTL consumen mucha potencia.

• Lógica Diodo-Transistor (Diode-Transistor Logic - DTL)

En DTL, la lógica se implementa con transistores y diodos. DTL tiene ventajas sobre RTL y lógica de diodos. Ej.: sus diodos realizan eficientemente operaciones OR y AND. Otra ventaja: operación OR se logra con diodos en vez de resistencias.

• Lógica Transistor-Transistor (Transistor-Transistor Logic - TTL)

TTL tiene compuertas lógicas basadas en transistores. Emplea transistores bipolares y viene en versiones: TTL Schottky, High-speed TTL, Low power TTL, Standard TTL. TTL es uno de los circuitos bipolares más rápidos disponibles actualmente.

• Lógica Acoplada por Emisor (Emitter Coupled Logic - ECL)

Aquí los transistores no entran en saturación profunda → no hay retardos de almacenamiento. TTL se usa en aplicaciones de alta velocidad.

• Lógica CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

La lógica CMOS es conocida por su bajo consumo de potencia y alto fan-out. Usada en muchas aplicaciones y tecnologías de microprocesadores. CMOS es una de las familias lógicas más fiables.

Cómo funcionan los circuitos integrados digitales

Los circuitos integrados digitales son pequeños componentes electrónicos que trajeron tecnologías dramáticas/inolvidables en la historia. También llamados chips semiconductores, han desatado cambios comparables a la revolución industrial. Pero, ¿cómo funcionan? Constán de combinación de transistores, microprocesadores y diodos. Cada uno juega su papel: almacenar voltaje, controlar flujo de corriente, dar memoria al sistema. Trabajan juntos en un circuito integrado digital para realizar distintas operaciones para funcionamiento eficaz.

Cómo fabricar tu circuito integrado digital fácilmente

Hacer tu circuito digital no es tan duro o complicado como imaginas. El proceso comienza con un cristal único de silicio formado como tubos fiables (wafers). Marcarás los wafers en áreas rectangulares/cuadradas idénticas.

Luego, crearás componentes en cada chip mediante dopado de áreas de la superficie. El dopado se logra con variedad de procesos. Uno común: sputtering (pulverización catódica): disparo de iones del material dopante al wafer de silicio.

Otro proceso: deposición de vapor (vapor deposition): introducción de material dopante en forma de gas y dejar condensar para que átomos de impureza formen película fina. La película se crea en la superficie de los wafers de silicio.

Circuitos integrados digitales directamente asociados con PCBA

Un PCB (Printed Circuit Board) conecta componentes electrónicos mediante pads, pistas conductoras y otras características. Pueden ser doble cara, simple cara o multicapa. Por otro lado, PCBA (Printed Circuit Board Assembly) es la placa tras soldar e instalar correctamente todas las partes y componentes. Un PCBA con sus partes logra fácilmente la función automática para la que fue diseñado.

En resumen, PCBA es la placa presentada tras soldar e instalar correctamente todos los componentes. Estos incluyen condensadores, transformadores, resistencias, etc. Durante el montaje, un PCB vacío se popula/rellena con componentes electrónicos con el único propósito de crear un PCBA funcional.

Los PCB se usan en casi todos los dispositivos electrónicos. Sin embargo, la mayoría de PCB están directamente asociados con el montaje de circuitos integrados digitales. Los CI digitales interconectan dispositivos/componentes como resistencias, transistores, inductores y condensadores.

Problemas comunes y precauciones

Hay problemas comunes rodeando a los circuitos integrados digitales. Primero, la metodología de diseño es lógica resistor-transistor (RTL), que data de los 80. Esta tecnología pasó su apogeo. Segundo, tema de potencia: mucha gente no entiende bien las cuestiones de potencia.

Los CI digitales tienen numerosas conexiones. Si todas tienen mismo voltaje, no hay daño potencial. Pero si una conexión tiene voltaje/energía distinto, puede ocurrir daño. Es aconsejable ser muy cauto con temas de voltaje. Puedes protegerlos envolviendo pines juntos en papel aluminio o conectándolos en una sola pieza.

Resumen

Los circuitos integrados digitales son un avance en las dificultades de nuestra vida diaria. Han marcado el genesis de factores esenciales como fiabilidad y velocidad. La mayoría de dispositivos modernos (móviles, ordenadores) necesitan circuitos para funcionar. Estos requieren millones e incluso miles de componentes, y ahí entran los circuitos integrados digitales.

A medida que la tecnología evoluciona, los circuitos integrados digitales se vuelven cada vez más sofisticados. Por eso móviles, portátiles y mucha electrónica de consumo mejoran y abaratan día a día.