Diversi tipi di circuiti integrati | Tipi di CI

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Ogni apparecchio elettronico che utilizziamo nella nostra vita quotidiana, come telefoni cellulari, laptop, frigoriferi, computer, televisori e tutti gli altri dispositivi elettrici ed elettronici sono realizzati con alcuni circuiti semplici o complessi. I circuiti elettronici sono realizzati utilizzando più componenti elettrici ed elettronici collegati tra loro collegando fili o fili conduttori per il flusso di corrente elettrica attraverso i molteplici componenti del circuito, come resistenze , condensatori , induttori, diodi, transistor e così via. I circuiti possono essere classificati in diversi tipi in base a diversi criteri, come, in base alle connessioni: circuiti in serie e circuiti in parallelo in base alle dimensioni e al processo di fabbricazione del circuito: circuiti integrati e circuiti discreti e, in base al segnale utilizzato nel circuito : circuiti analogici e circuiti digitali. Questo articolo discute una panoramica dei diversi tipi di circuiti integrati e delle loro applicazioni.

Cos'è un circuito integrato?

Il circuito integrato o IC o microchip o chip è un microscopico circuito elettronico matrice formata dalla fabbricazione di vari componenti elettrici ed elettronici (resistori, condensatori, transistor e così via) su un materiale semiconduttore wafer (silicio), in grado di eseguire operazioni simili ai grandi circuiti elettronici discreti costituiti da componenti elettronici discreti.




Circuiti integrati

Circuiti integrati

Poiché tutte queste matrici di componenti, i circuiti microscopici e la base del materiale del wafer semiconduttore sono integrati insieme per formare un singolo chip, quindi, viene chiamato circuito integrato o chip integrato o microchip.



I circuiti elettronici vengono sviluppati utilizzando componenti elettronici singoli o discreti con dimensioni diverse, in modo tale che il costo e le dimensioni di questi circuiti discreti aumentino con il numero di componenti utilizzati nel circuito. Per superare questo aspetto negativo, è stata sviluppata la tecnologia dei circuiti integrati: Jack Kilby della Texas Instruments ha sviluppato il primo IC o circuito integrato negli anni '50 e, successivamente, Robert Noyce di Fairchild Semiconductor ha risolto alcuni problemi pratici di questo circuito integrato.

Storia dei circuiti integrati

La storia dei circuiti integrati è iniziata con i dispositivi a stato solido. L'invenzione del primo tubo a vuoto fu fatta da John Ambrose (J.A) Fleming nell'anno 1897, chiamato diodo a vuoto. Per i motori ha inventato la regola della mano sinistra. Successivamente, nell'anno 1906, fu inventato un nuovo aspirapolvere chiamato Triode e viene utilizzato per l'amplificazione.

Successivamente, il transistor è stato inventato nei Bell Labs nel 1947 per sostituire parzialmente i tubi a vuoto perché i transistor sono piccoli componenti che utilizzano meno energia per funzionare. Circuiti diversi sono stati progettati utilizzando componenti discreti separandoli l'uno dall'altro e disposti sui circuiti stampati controllando attraverso mani note come circuiti non integrati. Questi circuiti integrati consumano molta energia e spazio e il loro output non è così fluido.


Nel 1959 è stato sviluppato il circuito integrato, in cui sono stati fabbricati diversi componenti elettronici ed elettrici su un singolo wafer di silicio. I circuiti integrati utilizzano bassa potenza per funzionare oltre a fornire un output regolare. Inoltre, può anche essere aumentato il potenziamento dei transistor su un circuito integrato.

Evoluzione del circuito integrato da diverse tecnologie

La classificazione dei circuiti integrati può essere eseguita in base alle dimensioni del chip e alla scala di integrazione. Qui, una scala di integrazione specifica il numero di componenti elettronici inseriti in un tipico circuito integrato.
Dal 1961 al 1965, la tecnologia SSI (Small-Scale Integration) è stata utilizzata per fabbricare da 10 a 100 transistor su un singolo chip per realizzare flip flop e porte logiche.

Dal 1966 al 1970, la tecnologia MSI (Medium-Scale Integration) è stata utilizzata per fabbricare da 100 a 1000 transistor su un singolo chip per realizzare multiplexer, decoder e contatori.

Dal 1971 al 1979, la tecnologia di integrazione su larga scala (LSI) è stata utilizzata per fabbricare da 1000 a 20000 transistor su un singolo chip per creare RAM, microprocessore, ROM

Dal 1980 al 1984, la tecnologia VLSI (Very Large Scale Integration) è stata utilizzata per fabbricare da 20000 a 50000 transistor su un singolo chip per realizzare microprocessori RISC, DSP e microprocessori mi16-bit e 32-bit.

Dal 1985 ad oggi, la tecnologia ULSI (Ultra Large Scale Integration) è stata utilizzata per fabbricare da 50000 a miliardi di transistor su un singolo chip per realizzare microprocessori a 64 bit.

Limitazioni dei diversi tipi di circuiti integrati

La limitazione dei diversi tipi di circuiti integrati include quanto segue.

  • La potenza nominale è limitata
  • Funziona a bassa tensione
  • Genera rumore durante il funzionamento
  • Non è probabile un punteggio PNP elevato
  • I suoi componenti dipendono dalla tensione come resistori e condensatori
  • È delicato
  • La fabbricazione di un circuito integrato a basso rumore è difficile
  • Il coefficiente di temperatura è difficile da ottenere.
  • L'assemblaggio di PNP di alta qualità non è realizzabile.
  • In IC, qualsiasi file com
  • In un circuito integrato, diversi componenti non possono essere sostituiti, rimossi, quindi, se un componente all'interno di un circuito integrato si danneggia, il circuito integrato completo deve essere sostituito con quello nuovo.
  • La potenza nominale è limitata perché la produzione di circuiti integrati superiori a 10 Watt non è possibile

Diversi tipi di circuiti integrati

Esistono diversi tipi di CI La classificazione dei circuiti integrati viene eseguita in base a vari criteri. Alcuni tipi di CI in un sistema sono mostrati nella figura seguente con i loro nomi in un formato ad albero.

Diversi tipi di circuiti integrati

Diversi tipi di ICS

In base all'applicazione prevista, l'IC è classificato come circuiti integrati analogici, circuiti integrati digitali e circuiti integrati misti.

Circuiti integrati digitali

I circuiti integrati che funzionano solo a pochi livelli definiti anziché a livelli complessivi di ampiezza del segnale sono chiamati IC digitali e sono progettati utilizzando più numeri di porte logiche digitali , multiplexer, flip flop e altri componenti elettronici di circuiti. Queste porte logiche funzionano con dati di ingresso binari o dati di ingresso digitale, come 0 (basso o falso o 0 logico) e 1 (alto o vero o 1 logico).

Circuiti integrati digitali

Circuiti integrati digitali

La figura sopra mostra i passaggi coinvolti nella progettazione dei tipici circuiti integrati digitali. Questi circuiti integrati digitali sono spesso utilizzati nei computer, microprocessori , processori di segnali digitali, reti di computer e contatori di frequenza. Esistono diversi tipi di circuiti integrati digitali o tipi di circuiti integrati digitali, come circuiti integrati programmabili, chip di memoria, circuiti integrati logici, circuiti integrati di gestione dell'alimentazione e circuiti integrati di interfaccia.

Circuiti integrati analogici

I circuiti integrati che operano su una gamma continua di segnali sono chiamati circuiti integrati analogici. Questi sono suddivisi in circuiti integrati lineari (circuiti integrati lineari) e Frequenza radio Circuiti integrati (IC RF). In effetti, la relazione tra la tensione e la corrente può essere non lineare in alcuni casi su un lungo intervallo del segnale analogico continuo.

Circuiti integrati analogici

Circuiti integrati analogici

Il circuito integrato analogico di uso frequente è un amplificatore operazionale o semplicemente chiamato amplificatore operazionale, simile all'amplificatore differenziale, ma possiede un guadagno di tensione molto elevato. Consiste in un numero molto inferiore di transistor rispetto ai circuiti integrati digitali e, per lo sviluppo di circuiti integrati specifici dell'applicazione analogica (ASIC analogici), vengono utilizzati strumenti di simulazione computerizzata.

Circuiti integrati lineari

In un circuito integrato analogico, se esiste una relazione lineare tra la sua tensione e la sua corrente, allora è nota come IC lineare. Il miglior esempio di questo IC lineare è il 741 IC, è un amplificatore operazionale DIP (Dual In-line Package) a 8 pin,

Circuiti integrati a radiofrequenza

Nell'IC analogico, se esiste una relazione non lineare tra la sua tensione e corrente, viene chiamata IC a radiofrequenza. Questo tipo di CI è anche noto come circuito integrato a radiofrequenza.

Circuiti integrati misti

I circuiti integrati che si ottengono dalla combinazione di circuiti integrati analogici e digitali su un singolo chip sono chiamati circuiti integrati misti. Questi circuiti integrati funzionano come convertitori da digitale ad analogico, Convertitori da analogico a digitale (Convertitori D / A e A / D) e circuiti integrati di clock / temporizzazione. Il circuito rappresentato nella figura sopra è un esempio del circuito integrato misto che è una fotografia del ricevitore radar autorigenerante da 8 a 18 GHz.

Circuiti integrati misti

Circuiti integrati misti

Questo Systems-on-a-chip a segnale misto è il risultato dei progressi nella tecnologia di integrazione, che ha consentito l'integrazione di funzioni digitali, analogiche multiple e RF su un singolo chip.

I tipi generali di circuiti integrati (CI) includono quanto segue:

Circuiti logici

Questi circuiti integrati sono progettati utilizzando porte logiche che funzionano con input e output binari (0 o 1). Questi sono usati principalmente come decisori. In base alla logica o alla tabella di verità delle porte logiche, tutte le porte logiche collegate nell'IC forniscono un'uscita basata sul circuito collegato all'interno dell'IC, in modo tale che questa uscita sia utilizzata per eseguire uno specifico compito previsto. Di seguito sono mostrati alcuni circuiti integrati logici.

Circuiti logici

Circuiti logici

Comparatori

I circuiti integrati di confronto vengono utilizzati come comparatori per confrontare gli input e quindi per produrre un output basato sul confronto dei circuiti integrati.

Comparatori

Comparatori

Commutazione dei circuiti integrati

Interruttori o circuiti integrati di commutazione sono progettati utilizzando i transistor e vengono utilizzati per eseguire il operazioni di commutazione . La figura sopra è un esempio che mostra un interruttore IC SPDT.

Commutazione dei circuiti integrati

Commutazione dei circuiti integrati

Amplificatori audio

L'audio amplificatori sono uno dei tanti tipi di circuiti integrati, che vengono utilizzati per l'amplificazione dell'audio. Questi sono generalmente utilizzati negli altoparlanti audio, nei circuiti televisivi e così via. Il circuito sopra mostra l'IC dell'amplificatore audio a bassa tensione.

Amplificatori audio

Amplificatori audio

Circuito integrato CMOS

I circuiti integrati CMOS sono estremamente utilizzati in diverse applicazioni rispetto ai FET a causa delle loro capacità come tensione di soglia inferiore e basso consumo energetico. Un CI CMOS include dispositivi P-MOS e N-MOS fabbricati congiuntamente su un chip simile. La struttura di questo circuito integrato è un gate in polisilicio che aiuta a diminuire la tensione di soglia del dispositivo, consentendo quindi il processo a livelli di bassa tensione.

Circuiti integrati per regolatori di tensione

Questo tipo di circuito integrato fornisce un'uscita CC stabile nonostante i cambiamenti all'interno dell'ingresso CC. I regolatori di tipo comunemente usati sono i CI LM309, uA723, LM105 e 78XX.

Amplificatori operazionali

Il amplificatori operazionali sono circuiti integrati di uso frequente, simili agli amplificatori audio che vengono utilizzati per l'amplificazione audio. Questi amplificatori operazionali vengono utilizzati per scopi di amplificazione e questi circuiti integrati funzionano in modo simile a transistor circuiti di amplificazione. La configurazione dei pin dell'IC dell'amplificatore operazionale 741 è mostrata nella figura sopra.

Amplificatori operazionali

Amplificatori operazionali

CI timer

Timer sono circuiti integrati speciali utilizzati allo scopo di contare e tenere traccia del tempo nelle applicazioni previste. Lo schema a blocchi del circuito interno di Timer LM555 IC è mostrato nel circuito sopra. In base al numero di componenti utilizzati (in genere in base al numero di transistor utilizzati), sono i seguenti

CI timer

CI timer

Integrazione su piccola scala consiste solo di pochi transistor (decine di transistor su un chip), questi circuiti integrati hanno svolto un ruolo fondamentale nei primi progetti aerospaziali.

Integrazione su media scala è costituito da alcune centinaia di transistor sul chip IC sviluppato negli anni '60 e ha ottenuto una migliore economia e vantaggi rispetto agli IC SSI.

Integrazione su larga scala è costituito da migliaia di transistor sul chip con quasi la stessa economia dei circuiti integrati di integrazione di media scala. Il primo microprocessore, i chip della calcolatrice e le RAM da 1 Kbit sviluppati negli anni '70 avevano meno di quattromila transistor.

Integrazione su larga scala consiste di transistor da centinaia a diversi miliardi di numero (periodo di sviluppo: dagli anni '80 al 2009)

Integrazione su larga scala consiste di transistor in eccesso di oltre un milione, e successivamente sono stati sviluppati l'integrazione su scala wafer (WSI), il sistema su un chip (SoC) e il circuito integrato tridimensionale (3D-IC).

Tutti questi possono essere trattati come generazioni di tecnologia integrata. I circuiti integrati sono anche classificati in base al processo di fabbricazione e alla tecnologia di confezionamento. Esistono numerosi tipi di circuiti integrati tra cui, un circuito integrato funzionerà come timer, contatore, Registrati , amplificatore, oscillatore, porta logica, sommatore, microprocessore e così via.

Tipi di circuiti integrati basati sulle classi

I circuiti integrati sono disponibili in tre classi in base alle tecniche utilizzate durante la loro produzione.

  • CI a film sottile e spesso
  • CI monolitici
  • CI ibridi o multichip

Circuiti integrati sottili e spessi

In questi tipi di circuiti integrati, vengono utilizzati componenti passivi come condensatori e resistori, tuttavia i transistor e i diodi sono collegati come componenti separati per progettare un circuito. Questi circuiti integrati sono semplicemente la combinazione di componenti integrati e separati e questi circuiti integrati hanno caratteristiche e aspetto correlati a parte il modo di deposizione del film. Da ICS, è possibile decidere la deposizione della pellicola di circuiti integrati sottili.

Questi circuiti integrati sono progettati attraverso la conduzione di pellicole di deposito di materiale sulla superficie del vetro, altrimenti su un supporto in ceramica. Modificando lo spessore delle pellicole sui materiali si avrà una resistività diversa e si potrà realizzare la produzione di componenti elettronici passivi.

In questo tipo di circuito integrato, il metodo di stampa serigrafica viene utilizzato per realizzare il modello richiesto del circuito su un substrato ceramico. A volte, questo tipo di circuiti integrati è chiamato circuiti integrati a film sottile stampati.

CI monolitici

In questo tipo di circuiti integrati si possono formare le interconnessioni dei componenti attivi, passivi e discreti su un chip di silicio. Come suggerisce il nome, deriva dalla parola greca come mono non è altro che singolo mentre Lithos significa pietra. Al momento, questi circuiti integrati sono più comunemente utilizzati a causa del minor costo e dell'affidabilità. I circuiti integrati prodotti in commercio vengono utilizzati come regolatori di tensione, amplificatori, circuiti per computer e ricevitori AM. Tuttavia, l'isolamento tra i componenti IC monolitici è scarso ma ha anche una potenza nominale inferiore,

CI del pacchetto dual-in-line (DIP)

Un DIP (un pacchetto doppio in linea) o DIPP (pacchetto doppio pin in linea) è un pacchetto di componenti elettronici in termini di microelettronica o elettronica con una scheda rettangolare e due file parallele con piedini di collegamento elettrico.

CI ibridi o multi-chip

Come suggerisce il nome, multi significa sopra un singolo chip che è interconnesso. I componenti attivi come diodi o transistor diffusi includono questi circuiti integrati mentre i componenti passivi sono i condensatori diffusi o resistori su un singolo chip. Il collegamento di questi componenti può essere effettuato tramite prototipi metallizzati. I circuiti integrati multi-chip sono ampiamente utilizzati per le applicazioni di amplificatori ad alta potenza da 5W a 50W. Rispetto ai circuiti integrati monolitici, le prestazioni dei circuiti integrati ibridi sono superiori.

Tipi di pacchetti IC

I pacchetti IC sono classificati in due tipi come Through-Hole Mount e Surface Mount Packaging.

Pacchetti per montaggio a foro passante

La progettazione di questi può essere eseguita in cui i perni di piombo sono fissati attraverso una faccia della tavola e inceneriti sull'altro lato. Rispetto ad altri tipi, la dimensione di questi pacchetti è maggiore. Questi sono utilizzati principalmente all'interno di dispositivi elettronici per bilanciare lo spazio sulla scheda e i limiti di costo. Il miglior esempio di pacchetti di montaggio a foro passante sono i pacchetti Dual inline perché sono i più utilizzati. Questi pacchetti sono disponibili in due tipi come ceramica e plastica.

In ATmega328, i 28 pin sono posizionati parallelamente l'uno all'altro espandendosi verticalmente e disposti su un pannello di forma rettangolare in plastica nera. Lo spazio tra i pin viene mantenuto con 0,1 pollici. Inoltre, la confezione cambia di dimensioni a causa della differenza all'interno del n. di perni in confezioni dissimili. La disposizione di questi pin può essere eseguita in modo tale da poter essere regolati al centro di una breadboard in modo che non si verifichino cortocircuiti.

I diversi pacchetti IC con montaggio a foro passante sono PDIP, DIP, ZIP, PENTAWATT, T7-TO220, TO2205, TO220, TO99, TO92, TO18, TO03.

Confezione per montaggio superficiale

Questo tipo di imballaggio segue principalmente la tecnologia di montaggio, altrimenti posizionando i componenti direttamente sul PCB. Anche se i suoi metodi di fabbricazione aiuteranno a fare le cose rapidamente, migliorano anche le possibilità di guasti dovuti ai componenti minuscoli e sono disposti molto vicini l'uno all'altro. Questo tipo di imballaggio utilizza stampaggio di plastica o ceramica. I diversi tipi di imballaggi a montaggio superficiale che impiegano stampi in plastica sono il piccolo pacchetto con piombo a L e BGA (Ball Grid Array).

I diversi pacchetti IC a montaggio superficiale sono SOT23, SOT223, TO252, TO263, DDPAK, SOP, TSOP, TQFP, QFN e BGA.

Vantaggi

I vantaggi dei tipi di circuiti integrati sono discussi di seguito.

Il consumo di energia è basso

I circuiti integrati utilizzano meno energia per funzionare correttamente a causa delle loro dimensioni e struttura inferiori.

La dimensione è compatta

È possibile ottenere un piccolo circuito utilizzando circuiti integrati per una data funzionalità rispetto al circuito discreto.

Meno costi

Rispetto ai circuiti discreti, i circuiti integrati sono disponibili a un costo inferiore grazie alle loro tecnologie di fabbricazione e all'utilizzo di materiale ridotto.

Meno peso

I circuiti che utilizzano circuiti integrati hanno un peso inferiore rispetto ai circuiti discreti

La velocità operativa è migliorata

I circuiti integrati funzionano a velocità elevate grazie alle loro velocità di commutazione e al basso consumo energetico.

Alta affidabilità

Una volta che il circuito utilizza connessioni basse, i circuiti integrati forniranno un'elevata affidabilità rispetto ai circuiti digitali.

  • La dimensione dell'IC è piccola ma su questo chip possono essere fabbricati migliaia di componenti.
  • Utilizzando un singolo chip, vengono progettati diversi circuiti elettronici complessi
  • A causa della produzione di massa, questi sono disponibili con un costo inferiore
  • La velocità operativa è elevata a causa della mancanza di effetto capacità parassita.
  • Dal circuito madre, può essere modificato facilmente

Svantaggi

Gli svantaggi dei diversi tipi di circuiti integrati includono quanto segue.

  • Il calore non può essere dissipato alla velocità necessaria a causa delle sue piccole dimensioni e il trabocco di corrente può causare danni al circuito integrato
  • Nei circuiti integrati, i trasformatori, così come gli induttori, non possono essere incorporati
  • Gestisce una gamma limitata di potenza
  • L'assemblaggio di PNP di alta qualità non è realizzabile.
  • Non è possibile ottenere un coefficiente di bassa temperatura
  • La gamma di dissipazione di potenza è fino a 10 watt
  • Non è possibile ottenere il funzionamento ad alta tensione e bassa rumorosità

Quindi, si tratta di una panoramica dei diversi tipi di circuiti integrati. I circuiti integrati convenzionali sono ridotti nell'uso pratico, a causa dell'invenzione della nanoelettronica e della miniaturizzazione dei circuiti integrati che viene continuata da questo Tecnologia nanoelettronica . Tuttavia, i circuiti integrati convenzionali non sono ancora stati sostituiti dalla nanoelettronica, ma l'utilizzo dei circuiti integrati convenzionali sta diminuendo parzialmente. Per migliorare tecnicamente questo articolo, invia le tue domande, idee e suggerimenti come commenti nella sezione seguente.

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