Circuitos integrados

A los circuitos integrados podemos clasificarlos en 2 categorías:

Los analógicos responden o producen, amplifican o responden a voltajes que varían constantemente con el tiempo. Son comúnmente utilizados en amplificadores, temporizadores, reguladores de voltaje y osciladores. Los podemos clasificar también como circuitos integrados analógicos lineales.

Los digitales responden o producen señales que tienen solamente dos niveles de voltaje. Estos son utilizados en microprocesadores, microcontroladores y memorias. Los podemos clasificar como circuitos integrados digitales lógicos. Existen varias familias de circuitos integrados, de los cuales los más comunes son los de construcción CMOS y TTL.

Estos integrados se diferencian por el número que corresponde a su familia: • Los CMOS y MOS corresponden a las series HC ó 40

Ejemplos:

• El integrado 74LS04 es un conjunto de compuertas NOT tecnología TTL • El integrado 74HC04 es un conjunto de compuertas NOT tecnología CMOS Ambos aceptan sólo 5 voltios de alimentación.

La tecnología CMOS es más limpia y consume menos corriente y su nivel de integración supera por mucho a la del TTL, sin embargo su manejo es mucho más delicado ya que una descarga de corriente electrostática puede dañarle permanentemente. La tecnología TTL es más lenta, es más robusta, pero su nivel de integración es mucho menor.

Es importante buscar las características del integrado en cuestión para la aplicación que queremos adaptar.

4.3.2 Microprocesador

Encapsulados más importantes:

• DIP (Dual in-line package).

• PGA (Pin grid array).

• QFP (Quad Flat Package).

• LQFP (Low-profile Quad Flat Package).

• PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).

DIP, o Dual in-line package por sus siglas en inglés, es una forma de encapsulado común en la construcción de circuitos integrados. La forma consiste en un bloque con dos hileras paralelas de pines, la cantidad de éstos depende de cada circuito. Por la posición y espaciamiento entre pines, los circuitos DIP son especialmente prácticos para construir prototipos en tablillas de protoboard. Concretamente, la separación estándar entre dos pines o terminales es de 0.1“(2.54 mm).

La nomenclatura normal para designarlos es DIPn, donde n es el número de pines totales del circuito. Por ejemplo, un circuito integrado DIP16 tiene 16 pines, con 8 en cada fila.

Dada la actual tendencia a tener circuitos con un nivel cada vez más alto de integración, los paquetes DIP han sido sustituidos por encapsulados SMD (Superficial mounted device) o de montaje superficial. Estos últimos tienen un diseño mucho más adecuado para circuitos con un alto número de patas, mientras que los DIP raras veces se encuentran en presentaciones de más de 40 patas.

Orientación y numeración de los pines

Para representar los pines en los esquemas de circuitos, se emplean números que identifican a cada uno. Para numerar los pines de un DIP hay que fijarse en el pequeño agujero que incluye en un extremo. El pin que está a su lado será el número 1. A partir de ahí, se numeran consecutivamente los pines de su fila.

Al terminar pasamos a la otra fila, y, en sentido inverso, la recorremos hasta llegar al final. Es decir, se numeran de forma circular.

En la figura de la derecha aparece como se numeraría un circuito DIL16.

Para trabajos en placas de circuito, se suelen usar unos soportes de plástico para este tipo de empaquetados, denominados zócalos, que contienen una serie de orificios colocados de la misma forma que el circuito. Así no soldamos directamente el circuito a la placa (que podría deteriorarse con el calor), sino el zócalo. Una vez fijado, se coloca encima el circuito integrado. Si tenemos que sacar y poner continuamente el integrado, una forma practica para que no se deterioren las patitas del encapsulado es poner dos zócalos, uno fijo en la placa y otro fijo en el integrado.

Existen los zócalos de cero fuerza cuando se necesita instalar y remover muchas veces el circuito integrado. En este caso con una palanca se libera o sujeta el circuito integrado.

PGA

El Pin grid array o PGA es un tipo de empaquetado usado para los circuitos integrados, particularmente microprocesadores.

Originalmente el PGA, el zócalo clásico para la inserción en una placa base de un microprocesador, fue usado para procesadores como el 80386 y el 80486; consiste en un cuadrado de conectores en forma de agujero donde se insertan las patitas del chip por pura presión. Según el chip, tiene más o menos agujeros (uno por cada patilla).

En un PGA, el circuito integrado (IC) se monta en una losa de cerámica de la cual una cara se cubre total o parcialmente de un conjunto ordenado de pines de metal. Luego, los pines se pueden insertar en los agujeros de un circuito impreso y soldados. Casi siempre se espacian 2.54 milímetros entre sí. Para un número dado de pines, este tipo de paquete ocupa menos espacio los tipos anteriores como el Dual in-line package (DIL o DIP).

Variantes del PGA

Las versiones plastic pin grid array (PPGA) y posteriormente flip-chip pin grid array (FCPGA) fueron creadas por Intel Corporation para sus procesadores Pentium, y a menudo son usados en tarjetas madre con zócalos ZIF (Zero Insertion Force) para proteger los delicados pines.

pin grid array del Motorola XC68020. QFP

Un encapsulado Quad Flat Package (QFP o encapsulado cuadrado plano) es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con los conectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía.

QFP utiliza habitualmente de 44 a 200 pines, con una separación entre ellos de 0,4 a 1 mm. Esto es una mejora respecto del encapsulado Small-Outline Integrated Circuit (SOP o SOIC) pues permite una mayor densidad de pines y utiliza las cuatro caras del chip (en lugar de solo dos). Para un número de pines mayor se utiliza la técnica Ball grid array (BGA) que permite usar toda la superficie inferior.

El antecesor directo de QFP es Plastic leaded chip carrier (PLCC), que utiliza una distancia entre pines mayor 1.27 mm (50 milésimas de pulgada, a veces abreviada mil) y una mayor altura del encapsulado.

Las siglas QFP también pueden hacer referencia a la tecnología de lógica digital Quantum Flux Parametron.

Variantes

Microprocesador Cyrix Cx486SLC en Bumpered Quad Flat Package

Aunque la base de todos es un rectángulo (o cuadrado) plano con los pines por todos los lados, se utilizan múltiples variantes. Las diferencias son usualmente en número de pines, espaciado entre ellos, dimensiones y material usado (normalmente para mejorar las características térmicas). Una variante clara es el Bumpered Quad Flat Package (BQFP) que presenta unos salientes en las esquinas del cuerpo del encapsulado que protegen a los pines contra daños mecánicos antes de su soldadura.

LQFP

Un encapsulado Low-profile Quad Flat Package (LQFP o encapsulado cuadrado plano de perfil bajo) es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con los conectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía. El espacio entre pines puede variar; los intervalos más comunes son 0.4, 0.5, 0.65 y 0.80 mm.

Cyrix CX9210A en encapsulado LQFP de 144 pines

PLCC

Un Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC), también llamado Quad-Flat-J-Leg Chipcarrier (QFJ) es un encapsulado de circuito integrado con un espaciado de pines de 1,27 mm (0,05 pulgadas). El número de pines oscila entre 20 y 84. Los encapsulados PLCC pueden ser cuadrados o rectangulares. El ancho oscila entre 0,35 y 1,15 pulgadas. PLCC es un estándar JEDEC. Las configuraciones PLCC requieren menos espacio en placa que sus competidores los leadless chip carrier (similares a los encapsulados DIP pero con bolitas en lugar de pines en cada conector).

Un dispositivo PLCC puede utilizarse tanto para montaje en superficie como para instalarlo en un zócalo PLCC. A su vez los zócalos PLCC pueden montarse en superficie o mediante through-hole (perforaciones en la placa con borde metalizado). La causa de usar un zócalo montado en superficie puede ser que el chip no soporte el calor generado durante el proceso, o para facilitar su reemplazo. También puede ser necesario cuando el chip requiere programación independiente, como las FLASH ROM. Algunos zócalos thru-hole están diseñados para su uso en prototipos mediante wire wrap.

Usualmente los PLCC tienen forma cuadrada con el mismo número de pines en cada lado, aunque existen variaciones de forma rectangular con más pines en los lados más largos, pero siempre con el mismo espaciado entre pines.

El nombre normalmente indica el número de pines a continuación de las siglas. Por ejemplo un encapsulado de 52 pines se designa como QFJ52 o PLCC52. Las variantes más usadas son:

• QFJ20 (PLCC20) - (10-0-10-0) • QFJ32 (PLCC32) - (7-9-7-9) • QFJ52 (PLCC52) - (13-13-13-13) • QFJ68 (PLCC68) - (17-17-17-17) • QFJ84 (PLCC84) - (21-21-21-21) Usos

Aunque por su altura no es adecuado para aplicaciones de muy alta integración, se usa en:

• Microcontroladores

• Aplicaciones de memoria Flash como las BIOS

• Hasta la aparición de la tecnología PGA, microprocesadores

Microcontrolador Motorola MC68HC711E9CFN3 en encapsulado QFJ52 (PLCC52)

Gigabyte DUAL BIOS en encapsulado QFJ32(PLCC32)

4.3.3 xtal