Circuitos Integrados



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Circuitos Integrados

INTRODUÇÃO

Os componentes que mais se destacam e também que exercem as funções principais das placas dos computadores são os circuitos integrados, que muitos chamam de chips, que são pequenas peças dotadas de terminais metálicos e em cujo interior existem diminutas pastilhas de silício semicondutor. Estes circuitos integrados, realmente possuem uma complexidade incrível e muitos deles têm “pastilhas” como os “microprocessadores”, que podem reunir até mais de 7,5 milhões de componentes já interligados de modo a executar uma série muito grande de funções complexas. Assim, é na pastilha denominada chip (muitas pessoas chamam o componente inteiro de chip, quando na verdade o componente inteiro de chip, quando na verdade o componente é um circuito integrado), que temos os componentes do computador. Estes circuitos integrados possuem terminais que permitem seu encaixe num soquete especial, ou ainda, que sejam soldados na placa.

Por estes terminais as correntes podem entrar e sair da diminuta pastilha no interior do invólucro, permitindo assim seu funcionamento. Dependendo da época em que o computador foi feito, podemos encontrar circuitos integrados com diversas aparências. Assim, temos os mais simples,em invólucros DIP, com duas filas de terminais paralelos.

Temos ainda os VLSI que podem ser encaixados em soquetes ou para montagem em superfície. Seu formato é quadrado e eles possuem filas de terminais nos quatro lados.

As correntes que passam pela pastilha de silício de um circuito integrado são extremamente fracas. Assim, o circuito integrado é extremamente sensível a problemas de curto circuitos, eletricidade estática, calor excessivo ou aplicações de tensões indevidas. Basta cair um parafuso, um fiapo de bom-bril ou clipe num circuito integrado, que seus terminais serão curto circuitados quando o computador estiver funcionando e pronto: a corrente circulante nestas condições pode ser sufuciente para causar sua queima imediata. Muitos circuitos integrados são tão delicados, que o simples toque dos dedos nos seus terminais causa sua queima. A eletricidade estática armazenada em nosso corpo pode ser suficiente para causar a destruição imediata do componente.

Os circuitos integrados não são todos iguais: a identificação, número de terminais e forma diferenciam uns dos outros.

Temos circuitos integrados que contêm os microprocessadores, memórias, saídas de vídeo, reguladores das fontes de alimentação, coprocessadores, que reúnem muitas funções e muitos outros.


Módulos de Circuitos Integrados

O circuito integrado(IC) é tão pequeno que toma menos espaço que um único tansístor.

O IC pode ser uma abertura lógica, um amplificador ou uma combinação de circuitos que substituem diferentes transistores, resistores e capacitores. O IC é feito de uma pequena lasca de material semelhante a vidro, e vedado dentro de um invólucro estanque ao ar.

Os IC são usados em equipamentos eletrônicos, não apenas porque reduzem o peso e o tamanho, mas também porque custam menos, melhoram o desempenho do equipamento e são mais confiáveis do que o circuito que substituem. Para reduzir o custo e o tamanho, os resistores, transistores e capacitores são construídos dentro do IC. Contudo, indutores, transformadores e capacitores de grande valor devem ser montados fora do acondicionamento do IC. Os fundamentos de eletrônica se aplicam aos circuitos IC da mesma maneira que aos circuitos transistorizados.


O IC monolítico
O circuito integrado monolítico é o de uso mais generalizado. Denomina-se monolítico porque o circuito é formado dentro de um único cristal semicondutor. O IC monolítico incorpora diodos e transistores de elevadas qualidades, mas resistores e capacitores de qualidade inferior à média. O IC monolítico começa como parte de uma pastilha muito delgada de silício, de cerca de 1 ¼ de polegada de diâmetro. Durante a produção, cerca de 200 pastilhas são processadas ao mesmo tempo. O processo utilizado é um desenvolvimento da tecnologia desenvolvida para fabricar transistores de silício.
O IC de película delgada
Outro tipo de circuito integrado, denominado IC de película delgada, é construído depositando-se películas extremamente delgadas de metais e isoladores sobre um substrato de vidro ou cerâmica. Nesse caso, o substrato serve apenas de plataforma para o circuito, em oposição ao IC monolítico que é formado no interior do substrato.
O IC híbrido
Os processos monolíticos e de película delgada, por vezes, são combinados para fabricar um IC híbrido. O híbrido resultante pode ter os diodos e transistores, de elevada qualidade, formados pelo processo monolítico; e os resistores e capacitores de alta qualidade, formados pelo processo de película delgada. São construídos IC híbridos também pela montagem de lascas individuais ligadas por fios finos, na mesma embalagem. Este método (denominado de lascas e fios) permite circuitos mais complicados e melhora o isolamento entre componentes.
Aplicações do IC
Desde que foram desenvolvidos, em 1960, cada vez se descobrem mais aplicações para os circuitos integrados. Concebidos inicialmente para equipamentos militares, os IC são agora utilizados em produtos comerciais, desde automóveis até aparelhos para surdos. Os IC são divididos em duas categorias – lineares e digitais. Os IC lineares (também denominados análogos) produzem saídas diretamente proporcionais às entradas; são utilizados para circuitos de receptores e transmissores. Os IC lineares são também utilizados para amplificadores (áudio, vídeo, RF e IF) , circuitos de abafamento, misturadores, osciladores e outras funções de circuitos lineares. A maioria dos IC lineares precisa ser feita sob medida, porque os requisitos de cada circuito são geralmente diferentes. Os IC digitais desempenham funções de comutação em circuitos lógicos.

Os circuitos digitais se mostram ideais para os IC, porque funcionam com baixa energia, são utilizados milhares de vezes da mesma forma e podem operar de maneira eficaz a despeito de tolerâncias bastante amplas. Os IC digitais incluem circuitos ou portas lógicas, multivibradores (flip-flops), contadores e registradores de desvio. Um exemplo de IC digital é o circuito ou porta lógica (logic gate) de oito entradas. Ela está contida em uma única lasca monolítica e é utilizada em computadores de alta velocidade.

Uma das grandes vantagens que os IC digitais apresentam sobre os circuitos digitais convencionais é que funcionam mais rapidamente. Isso porque os componentes são microscópicos e não têm fios longos de ligação entre si. Alguns IC digitais podem operar em 400 trilionésimo de segundo. Isso é o tempo necessário para que um feixe de luz atravesse 5 polegadas.
Manutenção do IC
A manutenção dos IC é baseada na política-do-jogar-fora. Quando um IC apresenta defeito, é substituído.

Ao substituir um IC, os seguintes pontos importantes devem ser observados:




  1. Não remover o IC enquanto não estiverem verificados todos os componentes externos.

  2. Não desfazer solda nem mudar nenhum fio do IC com o equipamento na posição LIGADO.

  3. Manusear o IC com cuidado, para evitar avaria em seus condutores.

  4. Usar um ferro de soldar com controle termostático.

  5. Certificar-se de que estejam soldados os pinos aos corretos terminais.

  6. Verificar todos os terminais soldados, para certificar-se de que estejam em boa ou má posição.

  7. Depois de soldar um novo IC verificar todas as tensões terminais do IC.

  8. Ao efetuar verificações de tensão nas conexões, ter cuidado para evitar que dois terminais sejam postos em curto.

Circuitos Integrados



Histórico

Surgidos na década de 1970, os circuitos integrados são formados por elementos fixos instalados em um único suporte semicondutor. Com os circuitos integrados abriram-se novos caminhos, em virtude de sua miniaturização e da possibilidade de sua fabricação em série sendo responsáveis pela miniaturização dos circuitos, a qual resultou em enorme diminuição tanto do preço como do consumo de energia, além de favorecer o aumento da velocidade e precisão com que os sinais elétricos são manipulados. Atualmente, pode-se integrar milhares de transistores em superfície de apenas quarenta milímetros quadrados, o que permite o processamento de sinais de amplitude mínima em comunicações, informática, reprodução de imagem e som etc. Os anos seguintes foram de desenvolvimento contínuo da eletrônica, que se transformou em uma das mais pujantes indústrias dos países desenvolvidos.

Processo de fabricação

A primeira parte do processo é obter pequenos discos de silício originado de tarugos monocristalinos com propriedades elétricas adequadas e forma cilíndrica cujas dimensões são da ordem de 50 x 300 mm. Depois de cortados, estes discos ficam com espessura de 1 mm e são novamente divididos em partes menores denominada fatia. É neste ponto do processo que são acrescentadas as impurezas que determinam a polaridade do material. Um acabamento final é dado através de um banho corrosivo e um polimento que reduz a espessura da fatia para 200 micra. Passado este acabamento, as fatias são postas em um forno especial aquecido a 1100ºC e submetidas a um fluxo de oxigênio e vapor de água em ambiente totalmente limpo para que seja depositada uma fina película (geralmente 0,5 micrômetros) de dioxido de silício.


Depois são colocadas sobre as fatias quantidades adequadas de substância fotoresistentes. Para que esta substância recubra toda a superfície, as fatias são submetidas a grandes velocidades angulares. Se forma assim uma camada de aproximadamente 1 micrômetro de espessura. A substância fotoresistente polimiriza sob ação da luz ultravioleta e com isso passa a resistir a ação de solventes. Uma mascara que contém o layout do circuito a ser fabricado é colocada sobre a fatia. Esta fatia é submetida a radiações ultravioletas indo depois para a revelação. Na revelação, as regiões que foram expostas à luz se mantém inalterada enquanto que a camada fotoresistente que não recebeu luz é removida, dando acesso a camada de óxido que está logo abaixo. Um banho em ácido apropriado ataca a camada de óxido expondo o material que está logo abaixo. Uma nova camada é posta entre a camada de óxido e o silício. É uma película muito fina denominada epitaxial que tem polaridade diferente do material original e para ser intercalada é necessário que as fatias sejam acomodadas em fornos de indução a uma temperatura que varia entre 900 e 1300ºC para difundir substância dopantes no silício. O isolamento individual dos componentes do circuito integrado é feito mediante uma barreira de potencial que surge quando uma junção PN é polarizada inversamente enquanto que as ligações entre os componentes fica por conta de uma fina película metálica. A fatia é então cortada em várias partes onde cada parte resultara em um circuito integrado

©Encyclopaedia Britânica do Brasil Publicações Ltda.



Linhas de Pesquisa: Circuitos e Sistemas Integrados
Circuitos Integrados Analógicos

Embora grande parte do processamento do sinal seja feita em forma digital atualmente, circuitos analógicos são e sempre serão necessários para interfacear o mundo físico com os circuitos de processamento de sinal. Portanto, os circuitos integrados analógicos são indispensáveis em grande parte das aplicações modernas. Em função da necessidade permanente de interfaces analógicas, e das restrições de mercado cada vez mais maiores no que se refere ao consumo de potência e à tensão de alimentação, uma importante atividade de pesquisa é dedicada à área de circuitos analógicos.



Projeto de Circuitos Analógicos de Baixo Consumo

A necessidade de reduzir o consumo de energia por componente em circuitos cada vez mais complexos, assim como a de manter a confiabilidade de circuitos com dimensões cada vez menores (submicrométricas) levaram à redução das tensões de alimentação. Nestas condições, os transistores MOS operam principalmente nas regiões de inversão fraca e moderada, onde o modelo usualmente empregado de inversão forte não é aceitável. É objetivo deste projeto a elaboração de metodologia de projeto adaptada aos recentes modelos do transistor válidos em todas as regiões de operação.



Circuitos Integrados Mistos Analógicos/Digitais

A atual tecnologia permite a completa integração de sistemas, incluindo a maior parte das interfaces analógicas, para diversos campos de aplicação tais como vídeo, áudio, telecomunicações, implantes biomédicos, etc. A fim de se ter maior confiabilidade e portabilidade de funcionalidade, os circuitos de processamento analógico e digital devem ser realizados num mesmo circuito integrado. Os circuitos atuais de alta complexidade (VLSI) são implementados em tecnologia CMOS. Neste contexto, o projeto de circuitos integrados CMOS analógicos/digitais é indispensável para o desenvolvimento de sistemas requeridos em grande parte das aplicações modernas.



Projeto de Circuitos Integrados com Metodologia Mar de Transistores ("Sea of Transistors").

Circuitos integrados pré-difundidos ("Sea of Gates", "Sea of Transistors") são amplamente utilizados para a implementação de circuitos digitais. Neste projeto foram elaborados uma estrutura de "Sea of transistors" assim como técnicas de circuito para a integração de circuitos mistos (analógico-digitais).



Modelagem e Simulação de Circuitos MOS

Um dos assuntos recentes de pesquisa é o modelo do transistor MOS para projeto de circuitos de baixo consumo de potência e de baixa tensão de alimentação. Na atualidade o projeto de circuitos integrado está baseado na simulação dos circuitos, sendo a eficiência da mesma dependente da consistência e da precisão dos modelos adotados. Hoje existe uma proliferação de modelos do transistor MOS utilizados por projetistas, o que denota uma não consensualidade relativa ao que seria um modelo apropriado para simulação de circuitos. A fim de tentar dotar a comunidade de circuitos integrados com um modelo simples e consistente do transistor MOS, a área de circuitos e sistemas integrados tem dedicado considerável esforço a esta linha de pesquisa.



Um Modelo Compacto do Transistor MOS para Simuladores de Circuitos.

Na atualidade o projeto de circuitos integrados está baseado na simulação dos circuitos, sendo a eficiência da mesma dependente da consistência e da precisão dos modelos adotados. Os modelos dos componentes integrados são o veículo de comunicação entre o fabricante dos circuitos ("silicon foundry") e os projetistas dos mesmos ("fabless customers"). Uma primeira versão do modelo do transistor MOS canal curto foi desenvolvido para validação do modelo. Uma segunda versão do modelo está atualmente em fase de teste. O modelo desenvolvido está implementado em SMASH, um simulador elétrico comercial.



Circuitos Integrados - Cadastro

Um de nossos objetivos é cadastrar mais de 250 circuitos integrados. O acervo abaixo representa 16,4% deste total.



CA = Coletor Aberto
CK = Clock
CL = Clear
PR = Preset

7400 - 4 portas NE/2 entradas

7446 - Decodificador/excitador BCD/7 seguimentos

7401 - 4 portas NE/2 entradas - C.A.

7447 - Ver circuito integrado 7446

7402 - 4 portas NOU/2 entradas

7448 - Decodificador/excitador BCD/7 seg. (pull-up interno)

7403 -

7450 - 2 portas E-OU-inversoras/2 entradas

7404 - 6 inversores

7451 - Ver circuito integrado 7450

7405 - Ver circuito integrado 7404

7453 - Portas E-OU inversoras ampliáveis

7406 - Ver circuito integrado 7404

7454 - Portas E-OU inversoras

7407 - 6 buffers/drives - C.A.

7460 - 2 expansores/4 entradas

7408 - 4 portas E/2 entradas

7470 - Flipflop JK com preset e clear (ativado por frente positiva)

7409 - Ver circuito integrado 7408

7472 - Flipflop JK master-slave com preset e clear

7410 - 3 portas NE/3 entradas

7473 - 2 flipflop JK com clear

7411 - 3 portas E/3 entradas

7474 - 2 flipflop JK com clear e preset

7412 - Ver circuito integrado 7410

7475 - Latch biestável/4 bits

7413 - 2 portas NE Schmitt Triggers/4 entradas - C.A.

 

7414 - Ver circuito integrado 7404

 

7416 - Ver circuito integrado 7404

 

7417 - Ver circuito integrado 7407

 

7420 - 2 portas NE/4 entradas

 

7421 - Ver circuito integrado 7420

 

7422 - Ver circuito integrado 7420

 

7423 - 2 portas NOU ampliáveis/4 entradas (strobe)

 

7425 - 2 portas NOU/4 entradas (strobe)

 

7426 - Ver circuito integrado 7400

 

7427 - 3 portas OU/3 entradas

 

7428 - Ver circuito integrado 7402

 

7430 - 1 porta NE/8 entradas

 

7432 - 4 portas OU/2entradas

 

7433 - Ver circuito integrado 7402

 

7437 - Ver circuito integrado 7400

 

7440 - 2 portas NE buffers/4 entradas

 

7442 - decodificadores 4 p/10 linhas

 

7443 - Ver circuito integrado 7442

 

7444 -.Ver circuito integrado 7442

 

7445 - decodificador/excitador BCD/decimal

 

 

Circuitos Integrados - Características






EEPROM


Devido à habilidade de manter a memória mesmo na ausência de energia, EEPROM possui ampla gama de aplicações em armazenagem de dados e de transmissão de dados em alta velocidade.   Desde produtos de Informática e Telecomunicações a Eletrônica de consumo, EEPROM tornou-se um dispositivo essencial.

Características principais:

- Baixo Custo


- Alta imunidade a ruído e distúrbio de dados (função de segurança aprimorada)
- Alta capacidade de memória (8K, 16K)
- Baixa Voltagem de Operação (1,8V)
- Baixo Consumo de Energia no modo espera






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Especificações

Aplicações

93LC46

1K bits (SPI bus)

LAN card, Telecomunicações, M/B

93LC56

2K bits (SPI bus)

LAN card, Telecomunicações, Modem

93LC66

4K bits (SPI bus)

Monitores, Telecomunicações

24LC02W

2K bits (FC bus)

Modem, Módulo DIMM

24C04P

4K bits, bit de segurança e registro de proteção (FC but)

Monitores

24C08

8K bits (FC bus)

USB monitor

24C16

16K bits (FC bus)

USB monitor

 




HALL IC

Hall IC é o mais crítico dispositvo para motor ventilador sem escovas.  É usado para detectar a mudança no campo magnético e enviar o sinal elétrico correspondente, de modo que o motor ventilador sem escovas possa manter a operação constante e estável.  Todo motor ventilador sem escovas deverá conter um Hall IC.








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Especificações

Aplicações

ATS 177

Hall (SMD)

ventilador - 2.0cm~12cm DC

ATS 276

Hall, driver

ventilador - 6cm~8cm DC

ATS 266

Hall, alta voltagem (24V) driver

ventilador alta voltagem DC

ATS 377

Hall, driver e diodo de proteção

ventilador - 4cm~5cm DC

ATS 477

Hall, H-driver

ventilador - 2.5cm~6cm super-thin DC

ATS 577

Ligamento e desligamento automático

ventilador para modo de economia de energia

ATS 677

Alarme e controle rápido

ventilador para modo de economia de energia

ATS 777

Ligamento e desligamento automático, alarme e controle rápido

ventialdor para modo de economia de energia

 

IC CARD IC

A demanda por IC card IC tem aumentado rapidamente devido à tendência de substituir o dinheiro por moeda plástica e carteiras eletrônicas, e chave convencional por chave eletrônica.   A capacidade de memória desses IC's também aumentou devido a necessidade de aprimorar a segurança dos cartões, proteção e outras características funcionais.










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Especificações

Aplicações

AM4428

8K bit memória com chip PSC

Memória cartão

AM4442

2K bit memória com chip PSC

Memória cartão

CPU card IC

8051 embedded, tipo EEPROM

SIM card, Smart card

RF ID IC

125KHz / 13.56MHz

Segurança, Transmissão




MOTOR DRIVER IC

Motor Driver IC's são frequentemente usados em micro-motores, por exemplo, vídeo/recorder player, tape recorder revolving motor, brinquedos, CD-ROM, DVD-ROM, etc.








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Especificações

Aplicações

AR5937

Quad driver IC

40XiB50X CD-ROM

AR6849

Spindle driver IC

40XiB50X CD-ROM

AR6651

Alta Energia, estabiliza voltagem driver IC

Tape recorder motor, revolving motor

AR6652

Baixa Energia, estabiliza voltagem driver IC

Tape recorder motor, revolving motor




GERENCIADOR DE ENERGIA IC

Gerenciador de Energia IC é o dispositivo essencial para garantir a estabilidade do fluxo de corrente em um sistema eletrônico.  Este é usado para estabilizar voltagem e obter o correto fornecimento de energia para o sistema eletrônico.






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Especificações

Aplicações

AP34063

DC-DC chave

Carregador de Bateria

AP3842

PWM controlador

Energia de Alimentação, Energia monitor

AP494

PWM controlador

Energia de Alimentação

AP431

Referência de pressão driver

Energia de Alimentação




VFD DRIVER IC

VFD driver IC é o mais crítico dispositivo ativo no display fluorescente.  Ele permite que VFD apresente cores vívidas e por conseguinte é adequado às aplicações multi-cores.   VFDs tem sido amplamente aplicados a produtos tais como VCD / DVD, bem como painéis industriais.








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Especificações

Aplicações

AD16311

16 bit/12 segmentos ou 8 bit/20 segmentos

DVD, A/V, Instrumentos

AD16312

11 bit/11 segmentos ou 16 bit/4 segmentos

DVD, A/V, Instrumentos

AD16321

16 bit/20 segmentos ou 8 bit/28 segmentos

Aúdio

AD16322

12 bit/16 segmentos ou 4 bit/24 segmentos

Aúdio




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