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8/16/2019 CONSULTA_NUELA

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DISEÑO ELECTRONICO

NOMBRE

NUELA LUIS

NIVEL

SEPTIMO

CARRERA

MECATRÓNICA

FECHA

26/06/2016


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1.

Evolución de Circuitos Integrados

El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una

cantidad enorme de dispositivos microelectrónicas interactuados, principalmente diodos y

transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores. El

primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo

meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Los elementos más

comunes de los equipos electrónicos de la época eran los llamados “tubos de vacío”, las

lámparas usadas en radio y televisión y el transistor de germanio (Ge). En el verano de 1958

Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico

cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo

pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar

papeles.

El 12 de septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba

fabricado sobre una pastilla cuadrada de germanio (Ge), un elemento químico metálico

y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres

resistencias y un condensador

En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución

de su invento al desarrollo de la tecnología de la información. Los circuitos integrados

fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los

semiconductores pueden realizar las funciones de los tubos de vacío o circuitos de varios

transistores. La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños

chips fue un enorme avance sobre el ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y

circuitos utilizando componentes discretos. La capacidad de producción masiva de circuitos

integrados, con fiabilidad y facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización

de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores que pronto dejaron

obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.


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2. Medición de la Calidad de un diseño.

La palabra calidad se utiliza constantemente en la vida cotidiana para calificar la

superioridad o excelencia de algo. Así, decimos que un producto es de calidad cuando

cumple con nuestras expectativas sobre el mismo y sus características y propiedades nos

parecen adecuadas. El componente de subjetividad que hay en este tipo de juicios de valor

es evidente, ya que no todo el mundo tiene los mismos criterios, necesidades y expectativas

y la percepción de la calidad está condicionada a ello. Por tanto, podemos decir que la

calidad de algo está condicionada a la valoración subjetiva del usuario o consumidor.

Los factores que determinan la calidad se pueden clasificar en 2 grandes grupos:

Factores que se pueden medir directamente (Ej. errores / unidad de tiempo)

Factores que sólo pueden ser medidos indirectamente (Ej. facilidad de

mantenimiento)

En ambos casos, se puede obtener una medida:

Características Operacionales

Corrección

Es el grado en que un programa satisface sus especificaciones y consigue los

objetivos pedidos por el cliente. Este factor tiene una pregunta asociada: ¿Hace lo

que quiero?


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Confiabilidad

Es el grado en que se puede esperar que un programa lleve a cabo sus funciones

esperadas con la precisión requerida. La pregunta asociada a este factor sería: ¿Lo

hace de forma fiable todo el tiempo?

Eficiencia

La cantidad de recursos de computadoras y de código requeridos por un programa

para llevar a cabo sus funciones. La pregunta asociada a este factor sería: ¿Se

ejecutará en mi hardware lo mejor que pueda?

Capacidad de Soportar Cambios

Facilidad de Mantenimiento

Es el esfuerzo requerido para localizar y arreglar un error en un programa. La

pregunta asociada a este factor sería: ¿Puedo corregirlo?

Flexibilidad

Es el esfuerzo requerido para modificar un programa operativo. La pregunta

asociada a este factor sería: ¿Puedo cambiarlo?

Facilidad de PruebaEs el esfuerzo requerido para probar un programa de forma que se asegure que

realiza su función requerida. La pregunta asociada a este factor sería: ¿Puedo

probarlo?

Adaptabilidad de nuevos entornos

Portabilidad

Es el esfuerzo requerido para transferir el programa desde un hardware y/o un

entorno de sistema de software a otro. Este factor tiene una pregunta

asociada: ¿Podré usarlo en otra máquina?

Reusabilidad

Es el grado en que un programa (o partes de este) se pueden reusar en otras


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aplicaciones. Este factor tiene una pregunta asociada: ¿Podré reusar alguna parte

del software?

Facilidad de interoperación es el esfuerzo requerido para acoplar un sistema a otro.

Este factor tiene una pregunta asociada:

3. Ley de Moore

La ley de Moore expresa que aproximadamente cada dos años se duplica el número

de transistores en un microprocesador. La Ley de Moore es un término informático originado

en la década de 1960 y que establece que la velocidad del procesador o el poder de

procesamiento total de las computadoras se duplica cada doce meses. En un principio, la

norma no era muy popular pero sí se sigue utilizando hasta el día de hoy. Quien la acuñó

fue Gordon Moore, el cofundador de la conocida empresa Intel de microprocesadores.

Cuando las revistas de electrónica le preguntaron cómo se desarrollaría el área en los

próximos diez años, él escribió un artículo en el que predijo el funcionamiento del mercado.

Si miramos las computadoras de 1970 y las comparamos con las de la actualidad, podemos pensar

que la ley está llegando a un límite, y si lo comparamos vemos que en los últimos diez años esto se

cumple. Por eso es importante también tener en cuenta en la ley de Moore el número de

transistores en un CPU

Son los semiconductores, transistores y la creación del circuito integrado los que hacen posible la

Ley de Moore. Antes de los transistores, en electrónica, se utilizaban los tubos de vacío, que tenían

una tendencia a romperse y generaban demasiado calor. Por otra parte, el semiconductor es un

material que actúa como conductor y aislante, y recién en 1947 se creó el primer transistor de la

mano de John Bardeen y Walter Brattain.

Si vamos a lo justo, la Ley de Moore no es ni siquiera una ley, ya que no tiene fundamentos físicos,

y solo se vuelve real por las acciones de los seres humanos. Pero, ¿qué es lo que hace que el ciclo

siga funcionando? Muchas de las razones son puramente psicológicas y están influidas por el

mercado: las compañías están luchando unas contra otras por conseguir circuitos más potentes

microprocesadores. La parte de investigación y desarrollo es inmensa y busca la producción de

componentes más pequeños, pero con mejor performance.

http://curiosidades.batanga.com/4274/historia-de-la-computadora-los-inicioshttp://curiosidades.batanga.com/4175/la-historia-de-los-transistoreshttp://curiosidades.batanga.com/4175/la-historia-de-los-transistoreshttp://curiosidades.batanga.com/4274/historia-de-la-computadora-los-inicios


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El otro factor es simplemente el reto: siempre se ha dicho que la Ley de Moore llegará a un fin,

pero los ingenieros siguen trabajando para atrasarlo. Por otra parte, los consumidores se han

acostumbrado a este hecho y siempre están buscando la novedad, por lo que no hay razones para

no encontrar algo mejor en el mercado el próximo año.

4.

Niveles de Abstracción

Los niveles de abstracción normalmente utilizados en el diseño de CI digitales son:


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5.

Fan-in / Fan-out

Fan-in. - Hace referencia a la capacidad de una compuerta de permitir o absorber corriente

de otras compuertas. se refiere a la cantidad de entradas que puede tener una compuerta

de determinada familia lógica y se encuentra estrechamente relacionada con la capacidad

de esta familia para absorber la corriente que otras compuertas de una etapa anterior le

suministren. En principio se podrían diseñar compuertas con un gran número de entradas,

pero esto implica el uso de más transistores lo que provoca un aumento en el tiempo de

propagación.

Fan-out. - Se basa en su capacidad de entregar corriente de la compuerta por ejemplo El

Fan-out de una compuerta lógica es la cantidad de entradas que puede controlar la

compuerta sin exceder sus especificaciones de carga en el peor de los casos. El Fan-out

depende no solamente de las características de la salida, sino también de las entradas que

se estén controlando. El Fan out debe analizarse considerando los estados de salida, ALTO

o BAJO.

6.

Consumo de Potencia y Energía

Debido a la cada vez más amplia difusión de sistemas portátiles, el diseño de estos sistemas

con un bajo consumo de potencia se ha transformado en un punto de referencia. Por otra

parte, se ha comprobado que en aplicaciones multimedia es la memoria donde mayor

potencia se consume. Se pretende buscar aquellas organizaciones en el acceso a los datos

que minimicen el consumo de potencia. Para ello será necesario aplicar transformaciones

en los datos para aprovechar al máximo la localidad temporal y espacial en el acceso a los

mismos. Llamamos energía a la capacidad de realizar trabajo, directa o indirectamente,

ahora o más tarde. Un cuerpo en movimiento posee una capacidad de efectuar trabajo

denominada energía cinética que es proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de su

velocidad. Pero la energía también puede estar contenida en potencia de muy diversas

maneras, se la llama, entonces, energía potencial. Así una piedra en el borde de un techo

contiene en potencia la energía cinética de la que estará dotada al caer bajo la acción de la

fuerza gravitatoria, energía capaz de "trabajar" sobre un transeúnte lastimándolo. Los


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combustibles químicos y nucleares, las masas de agua elevadas, el viento, la luz solar y el

calor encerrado en las profundidades del suelo poseen un contenido energético que la

tecnología trata de convertir en electricidad por ser ésta una forma de energía de fácil

manejo en el momento de ser distribuida y utilizada. Son unidades de energía útiles en la

problemática que nos ocupa la kilocaloría (kcal o Cal) que se define como la cantidad de

calor necesaria para elevar la temperatura de un litro de agua de 14,5 °C a 15,5 °C y los

múltiplos del vatio-hora (1 Wh = 0, 860 Cal) que son muy utilizados para expresar

producción o consumo de energía eléctrica; su significado se clarifica a continuación.

Llamamos potencia a la capacidad de producir o consumir energía en un determinado

intervalo de tiempo. Una sierra mecánica podrá cortar muchas tablas en el mismo tiempo

en que un carpintero con su serrucho manual corta sólo una. Aun cuando la energía

empleada para cortar cada tabla es la misma, ya que el trabajo realizado es el mismo, existe

aquí una diferencia evidente de potencia. Se define la unidad de potencia vatio (W) como

la capacidad de entregar o consumir un vatio-hora de energía en el lapso de una hora. La

potencia de un modesto calentador de tabletas insecticidas es de 4W y, en consecuencia,

1Wh es la energía consumida por dicho dispositivo en un cuarto de hora. Esto nos muestra

que el vatio representa una pequeña potencia, y que el vatio-hora es una cantidad mínima

de energía en el mundo de la producción o consumo de energía eléctrica. De aquí las

unidades de energía kilovatio-hora (kW), megavatio-hora (MWh) y gigavatio-hora (GWh) -

mil, un millón y mil millones de vatios-hora, respectivamente- y las unidades de potencia

kilovatio (kW), megavatio (MW) y gigavatio (GW) tan utilizadas en las conversaciones sobre

la crisis energética para indicar, por ejemplo, en una hipotética situación, que la Central

Nuclear de Atucha cuya potencia es de 357 MW sería capaz de entregar en 5 días,

funcionando al 80% de su capacidad,

357 MW x (80/100) x (5 x 24 horas) = 34,27 GWh

7.

Inmunidad al Ruido

La inmunidad al ruido es el grado de tolerancia a las variaciones no deseadas en el nivel de

la señal de entrada, esto al mismo tiempo se encuentra asociado con el margen de ruido.


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Todos los circuitos lógicos deben de tener incluida la capacidad de tolerar fluctuaciones* en

la tensión de sus entradas sin que se llegue a cambiar es estado de la tensión original de

entrada que se le denomina margen de ruido, el cual se caracteriza por ser la desviación

máxima en el valor de la señal frente a los que se garantizan los niveles lógicos.

¿Qué es el ruido?

El ruido es una característica común de todos los dispositivos CMOS y que se conoce por ser

una perturbación involuntaria que incluso puede producir un cambio en la salida de ciertos

circuitos. El ruido en las señales de entrada de las compuertas se puede generar de diversas

fuentes, por ejemplo, inducción electromagnética de alta frecuencia producida por

conductores aledaños, las escobillas de motores componentes en mal estado, acoplamiento

inductivos o capacitivos de otras partes del sistema. El ruido de baja frecuencia origina

fluctuaciones en la señal de entrada.

Por ejemplo:

Si tenemos la tensión de ruido en la entrada de una puerta TTL, se hace que la tensión de

nivel alto caiga por debajo de 2 volts, el funcionamiento no será predecible, puesto que se

encuentra en la región de operación no predecible. Sólo así la puerta podrá interpretar la

tensión por debajo de 2v como un nivel bajo.

Si el ruido hace que la tensión de entrada en la puerta para el estado bajo pase por encima

de 0.8v y crea una condición indeterminada

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8.

Características de transferencias de voltaje

Fijada la tensión de alimentación, la temperatura y el número de puertas

conectadas a la salida de nuestra puerta experimental, la curva que relaciona la

tensión de entrada y la de salida será única, si no tenemos en cuenta las

tolerancias de los componentes que la forman. De esta curva destacan una serie

de valores que debemos que tener en cuenta:

VIL: es la tensión de entrada requerida para un nivel lógico bajo en la

entrada de la puerta. Es decir, será el valor máximo de tensión permisible

para el 0. (Consideraremos siempre que estamos en lógica positiva).

VIH: es la tensión de entrada necesaria para obtener un nivel alto a la

entrada de la puerta. Al contrario que el valor anterior, éste será la tensión

mínima permisible para tener un 1.

VOL: es la tensión de salida de la puerta en nivel bajo.

VOH: es la tensión de salida en nivel alto.

9.

Margen de Ruido

El ruido es el elemento más común que puede hacer que nuestro circuito no funcione

habiendo sido diseñado perfectamente. El ruido puede ser inherente al propio circuito

(como consecuencia de proximidad entre pistas o capacidades internas) o también como

consecuencia de ruido exterior (el propio de un ambiente industrial).

Si trabajamos muy cerca de los límites impuestos por VIH y VIL puede que el ruido impida

el correcto funcionamiento del circuito. Por ello debemos trabajar teniendo en cuenta un

margen de ruido:

VMH (margen de ruido a nivel alto) = VOH mín - VIH mín

VML (margen de ruido a nivel bajo) = VIL máx - VOL máx


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VOH y VOL son los niveles de tensión del uno y el cero respectivamente para la salida de la

puerta lógica.

Supongamos que trabajamos a un nivel bajo de VOL = 0'4 V con VIL máx = 0'8 V. En estas

condiciones tendremos un margen de ruido para nivel bajo de: VML = 0'8 - 0'4 = 0'4 V.7

10.

Retardos de Propagación

Cuando una señal digital pasa a través de un circuito lógico, siempre experimenta un

retardo temporal llamado “tiempo de retardo”. Este tiempo seguidos muy importantes

porque limita la frecuencia máxima ala que se podría trabajar.

En la red de coordenado, en el retardo de propagación es la cantidad de tiempo que toma

la punta de la señal en viajar de3l emisor al recetor. Puede ser calculado como relación

entre longitud del enlace y velocidad de propagación del medio especifico.

En la electrónica: el retardo de propagación es la longitud de de tiempo que inicia cuando

la entrada de una puerta lógica se convierte en estable y valido a la vez que la salida es

estable y valida.

La reducción de los retrasos de puerta en circuitos digitales que les permite procesar datos

a una velocidad más rápida y mejor el rendimiento general.

El retardo de propagación de elementos lógicos es el principal contribuyente a fallos en

circuitos. Aunque también el retardo de propagación ayuda para comparar diseños de

aplicaciones lógicas.

Los retardos de propagación son causados por la temperatura del funcionamiento, así como

un aumento de la capacidad de carga de salida. Si la salida de una puerta lógica esta

conectada a un largo rastro o se utiliza para conducir muchas otras puertas el retardo de

propagación aumenta.

Los retardos de propagación duran aproximadamente 3ns a 10ns o 3ps a 10ps o mas, todo

depende de la tecnología utilizada.


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En definición breve y concisa un retardo de propagación es el tiempo que tarda en llegar

una señal a su destino, ese retardo es causado por un calentamiento en el funcionamiento,

o un aumento en la salida que puede durar 3ns a 10ns o picosegundos. Igual los retardos

benefician para comparar diseños de aplicaciones lógicas.

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de

entrada pasa por un determinado valor hasta que la salida reacciona a dicho valor.

Vamos a tener dos tiempos de propagación:

Tphl = tiempo de paso de nivel alto a bajo.

Tplh = tiempo de paso de nivel bajo a alto.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl Tplh)/2

11. Propiedad de Regeneración

Un gran margen de ruido es deseable, pero además se debe garantizar que una señal

perturbada converja gradualmente de nuevo hacia hacia uno de los niveles de tensión

nominales después de pasar a través de una serie de etapas lógicas.

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Bibliografía

Alvarado, P. (2006). Introducción a la fabricación de Circuitos Integrados.Recuperado el, 2.

Joskowicz, J. (2012). Historia de las Telecomunicaciones. Instituto de Ingeniería Eléctrica, Facultad

de Ingeniería, Universidad de la República Montevideo, Uruguay.

CHEANG WONG, J. C. (2005). Ley de Moore, nanotecnología y nano ciencias: Síntesis ymodificación de nano partículas mediante la implantación de iones. Revista Digital Universitaria.

Driscoll, F. F. (1999). Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. Pearson

Educación.

https://israfives.wordpress.com/2012/12/07/1-5-niveles-de-abstraccion/

http://www.ub.edu.ar/catedras/ingenieria/ing_software/ubftecwwwdfd/calidadsw/criterios.htm

https://logicadigital04.wikispaces.com/Consideraciones+de+corriente

http://cidigitales.blogspot.com/2014/09/retardo-de-propagacion-equpo-f-martinez.html

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