Tema 1: Características reales circuitos digitales

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Tema 1: Características reales
circuitos digitales
Electrónica Digital
Curso 2015/2016
Circuito integrado
 Un circuito integrado (chip o microchip):
– Es una pastilla pequeña de material semiconductor
(Silicio), de algunos milímetros cuadrados de área.
– Sobre ella se fabrican circuitos electrónicos
generalmente mediante fotolitografía y que está
protegida dentro de un encapsulado de plástico o
cerámica.
 Historia:
– http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
– http://www.nobelprize.org/educational/physics/integr
ated_circuit/history/index.html
Encapsulados
•Sirven para proteger el circuito (silicio)
–Influencias ambientales (humedad, polvo, …)
–Manejo y montaje
•Tienen terminales de conexión
•Disipan calor
Tipos de encapsulados
De inserción:
Atraviesan la placa
•DIP: Los pines se extienden a
ambos lados del encapsulado
•PGA: Los pines de conexión se
sitúan en la parte inferior del
encapsulado
DIP
PGA
De montaje superficial
Se depositan sobre la placa
•SOP: los pines están sobre los dos
tramos más largos
•QFP: los pines se extienden sobre
los cuatro lados
•QFJ: los pines se extienden sobre
los cuatro lados
SOP
QFP
QFJ
Tipos de encapsulados (II)
•Para cada tipo de encapsulado los hay con diferente
número de patillas
•Todos tienen una numeración y una marca que indica
por donde empezar
Circuitos integrados de baja escala (SSI)
• Contienen unas pocas puertas lógicas:
– Puertas AND, OR, NAND,…
– Multiplexores, decodificadores…
• Se agrupan en familias con características iguales
• Compatibles en tensión e intensidad
• Optimizadas para aplicaciones
Datasheet
Hojas de características
• Contienen la información del dispositivo:
–
–
–
–
–
–
–
Función que realizan
Esquema de patillaje
Rangos de operación
Características temporales
Características eléctricas
Evolución con los agentes externos (temperatura,…)
Dimensiones
Ejemplo: 74LS00
Nombre
Función
Diagrama de
conexiones
internas
Tabla
de
verdad
Datasheet: Página 2
Condiciones generales
De almacenamiento
y operación
Condiciones recomendadas
Características eléctricas
(indicación de cómo
se han medido)
Datasheet: características temporales
Tiempos de propagación
medidos con diferentes
condiciones de carga
Datasheet: dimensiones
Diseño de un transistor
Oxide
Isolation
G
-VSS
n+
S
D
D
p+
p+
n+
G
S
n+
+VDD
p+
p-well
Field oxide
Diseño de un circuito integrado
Evolución del tamaño
Niveles de abstracción de los diseños
SYSTEM
M O DULE
+
G ATE
C I R C U IT
D E V IC E
G
S
n+
D
n+
El transistor MOS
Polysilicon
Aluminum
Inversor CMOS
VDD
N Well
VDD
PMOS
2
Contacts
PMOS
In
Out
In
Out
Metal 1
Polysilicon
NMOS
NMOS
GND
Proceso de fabricación de los
circuitos integrados
Polysilicon
Seed crystal
Crucible
6. Edge Rounding
1. Crystal Growth
Heater
7. Lapping
2. Single Crystal Ingot
8. Wafer Etching
3. Crystal Trimming and
Diameter Grind
Slurry
9. Polishong
4. Flat Grinding
5. Wafer Slicing
Polishing table
10. Wafer Inspection
Polishing
head
Pasos principales en el proceso
de fabricación de IC CMOS
UV light
Mask
oxygen
exposed
photoresist
photoresist
Silicon dioxide
oxide
Silicon substrate
Oxidation
(Field oxide)
Exposed
Photoresist
Mask-Wafer
Photoresist
Coating
Alignment and Exposure
Dopant gas
Ionized CF4 gas
photoresist
oxide
Ionized oxygen gas
oxide
oxygen
gate oxide
Oxide
Etch
Photoresist
Strip
Oxidation
(Gate oxide)
Photoresist
Develop
Ionized CCl4 gas
Silane gas
polysilicon
Polysilicon
Deposition
oxide
Polysilicon
Mask and Etch
Scanning
ion beam
silicon nitride
top nitride
G
ox S
Contact
holes
D
Ion
Implantation
S
G
D
Active
Regions
S
G
D
Nitride
Deposition
Metal
contacts
S G D
drain
G
D
S
Contact
Etch
Metal
Deposition and
Etch
Used with permission from Advanced Micro Devices
From Robert Yung, Intel Corp., ESSCIRC, Firenze 2002 presentation
ENIAC - The first electronic computer (1946)
Intel
Pentium IV
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