PARAMETROS REQUERIDOS PARA UN PTIMO DISEO ELECTRNICO.Diego Omar Camacho Francodocamacho@espe.edu.ecCristian David Chimbo Tamamicdchimbo@espe.edu.ecIngeniera Mecatrnica. 7 nivel, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE-Extensin Latacunga, Mrquez de Maenza S/N Latacunga. EcuadorMartes, 12 de mayo del 2015

RESUMEN: El siguiente escrito hace referencia a ciertos parmetros que hay que tener en cuenta al momento de realizar un diseo electrnico, se realiza un anlisis de la ley de Moore cuyo postulado se ha convertido en uno de los pilares ms importantes de la electrnica, se menciona los niveles de abstraccin cuyo fin es simplificar y reducir la complejidad de un problemas mostrando nicamente los rasgos ms importantes, tambin se hace mencin a otros parmetros como el Fan in/Fan out que referencia al nmero de entradas y salidas de un circuito digital, pero adems dos parmetros imprescindibles al momento de disear un circuito electrnico que son: la potencia y energa que el circuito electrnico consume, al igual que el nivel de tolerancia o inmunidad que tiene al ruido.

PALABRAS CLAVE:Abstraccin, consumo de potencia y energa, inmunidad al ruido, ley de Moore.

1. INTRODUCCIN. Un circuito electrnico tiene la funcin de realizar o permitir el control y ejecucin de un determinado proceso, en las industrias los procesos de produccin y ejecucin se controla mediantes circuitos electrnicos, las tarjetas de circuito electrnicos son parte de los controladores automticos implementados en procesos manufactura, transporte, control de calidad etc., es por eso que al momento de disear un circuito electrnico hay que tener en cuenta varios aspectos importantes, que caracterizan el correcto funcionamiento de este, por ejemplo en un circuito electrnico hay que tener en cuenta cuanta potencia y energa consume, pues se debe disear circuitos de alta, media y baja potencia segn sea la aplicacin que se requiera del circuito.Otros de los aspectos importantes que hay que tener en cuenta es la inmunidad al ruido, por ejemplo en circuitos de transmisin y recepcin de datos el ruido puede distorsionar la informacin causando que esta llegue de manera incompleta o modificada y sin sentido, es por ello que el circuito debe poseer cierta inmunidad al ruido.2. LEY DE MOORE.Ao tras ao los fabricantes de dispositivos electrnicos sorprenden a al mundo con sus nuevos productos, cada vez ms potentes y a la vez extremadamente pequeos, lo que tienen en comn la mayora de estos fabricantes es que se rigen a un postulado en particular conocida como la Ley de Moore.2.1 ENUNCIADO DE LA LEY DE MOORE. La ley de Moore fue enunciado en el ao de 1965 por Gordon Moore, en un artculo para la revista Electronics, Moore analiz datos de produccin de chips y noto que:El nmero de transistores por pulgada en circuitos integrados se duplica cada ao y que la tendencia continuara durante las siguientes dos dcadas.Despus de un tiempo de enunciar la ley, esta fue modificada afirmando que el ritmo bajara por lo que el nmero de componentes acomodados en un integrado ahora se duplicara cada 18 meses. (Tuya, 2000)

Ilustracin 1: Interpretacion grafica de la ley de MooreEn s, esta progresin de crecimiento exponencial el cual se refiere a doblar la capacidad de los microprocesadores cada ao y medio es lo que se conoce como la ley de Moore. (Velasco, 2014) 2.2 LIMITES DE LA LEY DE MOORE.Fabricantes como Samsung han ido desarrollando nuevos chips, cambiando por completo los procesos de fabricacin de los circuitos integrados, obteniendo procesadores como Haswell que contiene 1.400 millones de transistores en un pequeo dado de apenas 177 milmetros cuadrados, donde cada transistor mide apenas 22 nanmetros, estos grandes cambios tecnolgicos apuntan que se est acercando la hora de decirle adis a la utilizacin de la ley de Moore. (Velasco, 2014) 2.3 LIMITES DEL SILICIO.A medida que la escala de integracin va aumentando, es decir a medida que el tamao de los transistores va bajando, estos dejaran de funcionar y dejaran de comportarse como se espera, es por eso que proyectos de investigacin como los de Samsung y la Universidad de California-Los ngeles (UCLA) han estados trabajando en memoria flash extremadamente pequeos desarrollados a partir de transistores de 10 nanmetros, pero para llegar a esta escala de integracin ha sido necesario enfocarse en un nuevo material el grafeno. (Velasco, 2014)Es posible que el grafeno sea uno de los materiales que pueda sustituir al silicio, pudiendo as poder desarrollar una nueva generacin de chips que adems permitan trabajar a muy altas frecuencias, este cambio puede ocasionar el fin de la ley de Moore aproximadamente para el ao 2018.3. NIVELES DE ABSTRACCION.Por lo general en entornos cientficos, cuando se estudia un problema demasiado complejo se utilizan mecanismos que permitan simplificarlo pero que a la vez se muestren sus aspectos ms relevantes. Este proceso de simplificacin, en el que ciertos aspectos se ocultan reduciendo as su complejidad, se le denomina abstraccin.Generalizando este concepto, los niveles de abstraccin son diferentes visiones de un mismo problema relacionadas de tal forma que cada una de ellas provee ms detalle que el nivel anterior, pero ignora detalles del nivel siguiente, entre los niveles de abstraccin se puede establecer una relacin con respecto a dos aspectos: la complejidad y el detalle.

Ilustracin 2: Relacion entre los niveles de Abstraccion

La ilustracin 2 muestra un ejemplo con cuatro niveles y cmo la complejidad y el detalle se relacionan de manera inversa. A mayor nivel de complejidad, mayor nmero de detalles, y cuanto menos complejo menos detalles incluye.

En el caso del estudio de un procesador y de su integracin en un ordenador, existen mltiples niveles de abstraccin y cada uno de ellos contiene diferentes tipos de detalles. A nivel ms detallado, un procesador funciona como un circuito electrnico en el que las intensidades de corriente y los voltajes van cambiando en diferentes partes consiguiendo as su correcto funcionamiento. Basndose en la estructura interna de un procesador se puede entender, por ejemplo, el tiempo que tarda ste en ejecutar una determinada instruccin as como los circuitos que utiliza. (Pardo, 2008)

4. FAN IN/ FAN OUTAl momento de evaluar si un diseo estructurado es bueno se utiliza consideraciones de fan in y fan out.4.1 FAN IN.Hace referencia al nmero de entradas que una compuerta puede manejar, este tambin es llamado como grado de absorcin.Un ejemplo de este tipo por ejemplo viene a ser las compuertas lgicas.

Ilustracin 3: Compuerta logica de 3 entradas.En este caso la compuerta tiene 4 entradas, esto quiere decir que tiene un Fan-in de 4. 4.1 FAN OUT.Fan-out se emplea para indicar el nmero mximo de entradas que se puede conectar a un determinado circuito, est relacionado directamente con la mxima corriente que puede circular por la salida de un circuito digital.Por ejemplo si una compuerta tiene un fan-out de 16, nos dice que no se puede conectar ms de 10 entradas a esa salida.La familia lgica TTL tiene un fan-out de 10, mientras que la familia lgica CMOS tiene un fan-out de 50. (Martinez, 2012)

Ilustracin 4: Esquema representativo del Fan-in y Fan-out

5. CONSUMO POTENCIA Y ENERGIA. Cuando se est diseando un circuito hay que tener cuenta la potencia y la energa que este consume, teniendo presente los niveles de tensin de entrada y salida de los circuitos, aqu aparece un trmino muy conocido que es la disipacin de potencia que se refiere a la energa consumida por el circuito digital y que fuente de potencia debe suministrar. (Martinez, 2012)El consumo de energa depende de la tecnologa de fabricacin como por ejemplo los elementos de la tecnologa CMOS son de bajo consumo.Cuanto menor sea el consumo por compuerta lgica para una determinada tecnologa de fabricacin, mayor ser el nmero de puertas que se podrn integrar sobre un mismo chip sin superar los lmites de disipacin del sustrato del mismo, es por eso que para altas densidades de integracin la disipacin de potencia debe ser lo menor posible. (Martinez, 2012)La disipacin de potencia depende fuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles es decir de la frecuencia de las seales involucradas.6. INMUNIDAD AL RUIDO. El ruido es uno de los factores de vital importancia, que se debe tener presente en el diseo de sistemas electrnicos, tanto analgicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseador, ya que no es fcil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseado. (C. J. Savant)El ruido no es ms que toda perturbacin no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensin alto cuando debera ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido ms comunes suelen ser: Ruido ambiental, radiado en las cercanas del sistema digital. Algunos ejemplos son: motores con escobillas, contactores, rels, mquinas de soldadura, etc. Ruido exterior al sistema digital, que se acoplan por la fuente de alimentacin. Picos en la alimentacin provocados por cambios bruscos de consumo. Por ejemplo, conmutaciones sobre lneas de alterna o continua con cargas fuertes. Ruido acoplado en conexiones o lneas cercanas. Ruido producido por reflexiones y oscilaciones en lneas mal adaptadas. Los tipos de acoplo entre las fuentes de ruido y el circuito susceptible a l son: Acoplo por impedancia comn. Acoplo magntico o inductivo. Acoplo electrosttico Acoplo por radiacinEl ruido se puede presentar en un sistema digital de dos formas:Como una tensin de variacin aleatoria, pero con una cierta componente continua (o pulsos de larga duracin) que se suma algebricamente a los niveles de las tensiones del circuito sacando a stas de sus mrgenes permitidos Este tipo de ruido se denomina ruido en continua (D. C.) o analgico. (C. J. Savant)Como impulsos de menor duracin que, segn su amplitud, pueden ser interpretados como niveles altos o como bajos. Este tipo de ruido, cuyo camino de acoplo suele ser capacitivo, se denomina ruido en alterna (A. C.). (C. J. Savant)7. CONCLUSIONES

Los grandes fabricantes de circuito integrados ao tras ao desarrollan nuevos chips a niveles de integracin sumamente pequeos de orden de nanmetros, por lo cual es posible que el silicio, material del cual hasta ahora se ha estado empleando para la fabricacin de los componentes de circuito integrados no funcione correctamente a estos niveles de integracin, razn por la cual se debe buscar otro tipo de material que permita el correcto funcionamiento de los chips internos de los integrados. Los niveles de integracin cada vez ms pequeos permite que se pueda compactar muchos ms componentes en los circuitos integrados, esto posibilita que muy pronto la ley de Moore sea obsoleta, llegando a duplicar los componentes a introducir en un circuito integrado cada vez mas rpido. Cuando se utiliza circuitos integrados hay que tener en cuenta los parmetros de fan- in y fan-out que muestran la capacidad de funcionamiento del circuito como nmero de entradas que soporta el integrado y tambin el nmero de conexiones a la salida. El consumo de energa de un circuito digital o analgico depende de la tecnologa a la cual pertenezca TTL, CMOS etc. El ruido es un factor que distorsiona la seal de salida de un circuito electrnico alterando la informacin que se transmite o se ejecuta.

8. RECOMENDACIONES Se debe realizar una investigacin a fondo del tema que se trata con la finalidad de comprender y proponer ideas propias sobre el tema. Es recomendable asegurarse que los temas consultados sea referente al diseo de circuitos electrnicos con el propsito de tener informacin eficaz. Se recomienda utilizar fuentes bibliogrficas confiables, con el propsito de obtener informacin verdica de los temas que se trate.

9. REFERENCIAS

C. J. Savant, M. S. (s.f.). Diseo Electronico Circuitos y sistemas. Mexico: Printer Hall.Martinez, J. (23 de junio de 2012). Electronica Facil. Obtenido de Electronica Facil: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/ESCALAS-INTEGRACION-CIRCUITOS-LOGICOS-SSI-MSI-LSI.phpPardo, A. (2008). ocw.uc3m.es. Obtenido de ocw.uc3m.es: http://ocw.uc3m.es/ingenieria-telematica/arquitectura-de-ordenadores/lecturas/html/int.htmlTuya, M. (15 de junio de 2000). electronicosonline. Obtenido de electronicosonline: http://www.electronicosonline.com/etiqueta/ley-de-moore/Velasco, J. (15 de enero de 2014). Laley de Moore, uno de los pilares fundamentales de la electronica. Ciencia y Tecnologia, pgs. 26-30.