MICROELECTRONICA

SIMULACIÓN Y DISEÑO DE LAYOUT DE LA COMPUERTA CMOS: FASE 2

CURSO MICROELECTRÓNICA

ESTUDIANTE

JAMES BETANCOURTH – 1.110.529.540

JAIME ANDRES MAYA

JORGE ENRIQUE GARCIA GARCIA - 1098608614

TUTOR

NESTOR JAVIER RODRIGUEZ

GRUPO

299008-471

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

BOGOTA – COLOMBIA

2018

INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo analizaremos los aspectos más importantes para el diseño de una compuerta seleccionada por el grupo para la solución de la primera fase donde se realizará el diseño de un circuito integrado usando DSCH usando las compuertas lógicas y explicándolo mediante un video.

OBJETIVOS

*El estudiante analiza e interpreta diagramas esquemáticos y layouts generados por simulaciones.

* Usar Software's que permitan diseñar circuitos electrónicos.

* El estudiante reconoce, analiza y diseña dispositivos con ordenes especificadas basado en las compuertas lógicas.

* El estudante integra conocimientos teóricos y prácticos respecto a dispositivos CMOS.

RESEÑA HISTÓRICA

La revolución tecnológica de la Electrónica surge con la invención de los dispositivos basados en semiconductores, como lo fue el transistor. Los primeros trabajos sobre semiconductores fueron comenzados por Hall en 1879 sobre el efecto que lleva su nombre. Los primeros rectificadores de unión metal-semiconductor se estudian entre 1920 y 1930, y es en 1938 cuando Shottky y Mott realizan separadamente un estudio sistemático sobre las propiedades de estos dispositivos, proponiendo la primera teoría del espacio de carga. En esta época, se realizan muchos estudios sobre semiconductores y se perfeccionan las técnicas de crecimiento de cristales. En 1943, se obtiene la primera unión P-N sobre cristal único de silicio.

La idea inicial de construir un circuito completo de estado sólido en un bloque semiconductor fue propuesta por Dummer en 1952. No obstante, en 1958 Kilby concibió la idea de un monolítico, es decir, construir un circuito completo en germanio o silicio. El primer circuito integrado fue un oscilador por rotación de fase que se construyó empleando como material base el germanio, y sobre él, se formaban resistencias, condensadores y transistores, utilizando cables de oro para unir estos componentes.

Otro dispositivo que intervino en el avance espectacular de la Electrónica, aunque su desarrollo fue posterior al del transistor debido a problemas tecnológicos, es el transistor de efecto de campo. Antes de la invención de este transistor, numerosos investigadores ya habían estudiado la variación de conductividad de un sólido debido a la aplicación de un campo eléctrico. En 1962, Hofstein y Heiman emplearon la nueva tecnología MOS para fabricar un circuito integrado con más de mil elementos activos. El nuevo dispositivo MOS presentaba diversas ventajas sobre transistores bipolares y sentaba la base para el desarrollo de la alta escala de integración. La electrónica digital tiene su máxima expansión con las familias lógicas basadas en el transistor MOS, debido a que su proceso de fabricación es más sencillo, permite mayor escala de integración y los consumos de potencia son más reducidos. Estas características ha dado lugar que la tecnología MOS desplace a la bipolar en la mayor parte de las aplicaciones.

ELECTRÓNICA DIGITAL

Los circuitos digitales son sumamente apropiados para su inserción en circuitos integrados: de un lado, la ausencia de autoinducciones y el poder prescindir, asimismo, de condensadores reduce los elementos a integrar a transistores y resistencias y a las conexiones de estos entre sí; de otro, la propia modularidad de los sistemas digitales precisa de un número reducido de tipos de puertas lógicas, e incluso, basta con un solo tipo de ellas (puertas Nand o Nor).

PUERTAS LÓGICAS

Una compuerta lógica es aquel circuito digital que tiene la capacidad de aplicar un proceso interno a sus n bits de entrada, que cumple con alguna de las operaciones definidas en el Álgebra de Boole, y que cuyos resultados son manifiestos en sus bits de salida.

FAMILIA CMOS

La integración de transistores MOS presentó inicialmente grandes dificultades, derivadas de ser un efecto superficial que es afectado por cualquier impureza o dislocación en la superficie del cristal de silicio; fue preciso desarrollar técnicas de muy alta limpieza ambiental que no estuvieron disponibles hasta mediados de los años setenta. Sin embargo, una vez que se dispuso de tales técnicas, las extraordinarias ventajas de los transistores MOS, determinaron un rápido desarrollo y difusión de los circuitos integrados digitales MOS.

La tecnología NMOS actual utiliza puertas formadas por un plano de transistores activos NMOS y un transistor MOS de empobrecimiento como resistencia de polarización; aprovecha plenamente la tensión de alimentación, pues VoH=VCC y VoL 0V, y su consumo es muy reducido, ya que Ri ~ y la resistencia del transistor de polarización se hace adecuadamente alta. Esta tecnología resulta apropiada para la integración de muy alta densidad (VLSI) y sigue utilizándose en grandes bloques digitales (microprocesadores, memorias, etc.) y en los circuitos integrados programables de tipo matricial (PROM, PAL, PLA, PLS).

PUERTAS LÓGICAS FAMILIA CMOS

AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL

El amplificador operacional surgió hacia 1947, como un dispositivo construido con tubos de vacío, como parte de las primeras computadoras analógicas dentro de las cuales ejecutaban operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc.), de lo cual se originó el nombre por el cual se le conoce. El primer amplificador operacional monolítico construido como circuito integrado, fue desarrollado en 1964 en la empresa Fairchild Semiconductor por el ingeniero electricista estadounidense Robert John Widlar y llevó el número de modelo μA702. A éste le siguió el μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular μA741 (1968), desarrollado por David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar, el cual se convirtió en estándar de la industria electrónica.

Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los amplificadores operacionales tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas:

• Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial.

• Amplificador de tensión: proporciona ganancia de tensión.

• Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos. Éste también proporciona una ganancia adicional.​

Compuertas Lógicas

Las compuertas lógicas se usan para implementar circuitos digitales para ello debemos transformar la forma de las ondas en valores lógicos (0 lo cual indica que no pasa corriente y 1 que significa que si pasa corriente),

CMOS

Semiconductor Complementario de óxido metálico, su característica consiste en que está conformado de transistores tipo pMOS y tipo nMOS, mucha de la tecnología actual esta fabricada con este tipo de circuitos debido a sus grandes utilidades y su baja cantidad de consumo.

Aspectos relevantes

Metodologías De Diseño

La conclusión más relevante sería el ahorro que la tecnología actual que puede evitar una gran cantidad de pasos en la elaboración del diseño de un circuito funcional para solucionar un determinado problema o situación.

La estructura jerárquica o los pasos en su construcción están en el mismo orden y es necesario conocerlos.

Lo más relevante son los métodos más comunes en el diseño de circuitos electrónicos. Existen tres procesos básicos para describir un circuito en microelectrónica:

· Jerarquización: se entiende como una división en bloques o funciones para que cada parte del circuito sea entendible

· Abstracción: El uso de partes pequeñas del circuito o específicas que se entiendan o sean tratables. Posee los siguientes niveles:

-Nivel físico: descripción de una parte fundamental del circuito

-Nivel eléctrico: descripción eléctrica de circuito

-Nivel Lógico: descripción lógica del circuito

-Nivel de arquitectura: descripción del circuito completo

· Representación

-Representación estructural: descripción del circuito por estructuras de bloques y funciones conocidas.

-Representación funcional: descripción del circuito por la función o funcionamiento de estas estructuras.

-Representación física: el aspecto que tendrá el circuito una vez fabricado.

Con el diagrama de la “Y” podemos definir algunos procedimientos de diseño y entender el paso de un nivel de abstracción a otro, pueden ser:

Abstracción: Traduce un circuito de un sistema inferior a uno superior

· Refinamiento: Traduce un circuito de un sistema superior a uno inferior

· Síntesis: Traduce una representación estructural en su equivalente funcional

· Análisis: Encontrar una descripción funcional a partir de un circuito estructural.

· Optimización: encontrar la descripción general y funcional del sistema

· Generación: donde se pasa de una presentación estructural a una física

· Extracción: contrario al anterior, por ejemplo, sacar (extraer) parte funcional de un circuito determinado para conformar un circuito más complejo.

Variables De Diseño A Nivel De Arquitectura

Partiendo del problema propuesto para llegar a una tarea en específico debemos de trabajar con una serie de compuerta para a partir de la función obtenida por medio de tablas de verdad y implicación de la misma. De igual manera propongo que realicemos la compuerta NAND para el desarrollo de la presente actividad donde esta se comporta de la siguiente manera.

link de video publicado en YouTube por parte del grupo.

https://www.youtube.com/watch?v=37ZnvAfIDQM

CONCLUSIONES

Luego de analizar el trabajo y la simulación podemos entender cómo podemos proponer, realizar y diseñar un circuito CMOS usando los programas propuestos por el curso, el estudiante interpreta y analiza aspectos relevantes del curso.

RECOMENDACIONES

* Continuar usando y profundizar mas en los software's designados por el curso.

* brindar mas material de apoyo a los estudiantes.

Diseño de CMOS usando DSCH3 compuertas NAND

SIMULACIÓN Y DISEÑO DE LAYOUT DE LAZ COMPUERTA CMOS: FASE 2

INTRODUCCIÓN

Generar proyectos basados en compuertas logicas para el diseño de microcontroladores enfocados en tareas designadas, dándonos a conocer de mejor manera como trabajar con compuertas lógicas y brindar diversas funciones a nuestro circuito, usando para nuestro proyecto distintos software's, en este caso tendremos en cuenta par el diseño de nuestro circuito integrado diversas variables.

RESUMEN

Se realiza la tabla de verdad del problema propuesto para la fase cuatro, se presenta dicha tabla sus simplificaciones por medio de tablas de karnaug, se presentan las funciones y el circuito correspondiente al diseño de la fase 4, se presenta pantallazo de simulación del circuito en DSH y en Microwing. Finalmente se presenta las retroalimentaciones realizadas por cada uno de los estudiantes.

OBJETIVOS

* Diseñar, esquematizar y elaborar circuitos integrados usando las compuertas lógicas.

*Comprender lenguajes de programación y entender la importancia que tienen para el desarrollo profesional y académico de quienes comprenden la programación.

*Interpretar las arquitectura de diseño de un microcontrolador Arduino usando software para ls simulación.

DESARROLLO DEL CIRCUITO

Caso

Utilizando el foro y teniendo en cuenta el caso de estudio, el grupo de trabajo colaborativo diseñará y desarrollará la Fase 4 del caso de estudio, con ella deberá diseñar el circuito integrado, en primera instancia la simulación utilizando DSCH y luego generar el layout en Microwind, para este caso se solicita diseñar un circuito integrado que sea capaz de simular el comportamiento de un carrito evasor de obstáculos, para ello como se indica que solo se van a trabajar estados digitales, a continuación se relaciona la tabla que los estudiantes deben tener en cuenta para sus diseño.

Relaciones a tener en cuenta para el diseño de nuestra simulación.

Compuertas logicas usadas en el diseño de nuestro carrito evasor de obstaculos

Video de la simulación de nuestro carrito evasor de obstaculos.

LIN DE YOUTUBE DEL VIDEO:

https://www.youtube.com/watch?v=bp1jrBwXm-Q

INTRODUCCIÓN

Se espera que con la actividad realizada podamos entender mejor los conceptos de la electrónica usando las compuertas lógicas para desarrollar circuitos que cumplan funciones interpretando, analizando y programando dispositivos lógicos programables.

RESUMEN

Se realiza la tabla de verdad del problema propuesto para la fase cinco, se presenta dicha tabla sus simplificaciones por medio de tablas de karnaug, se presentan las funciones y el circuito correspondiente al diseño de la fase 5, se presenta pantallazo de simulación del circuito en DSH y en Microwing. Finalmente se presenta las retroalimentaciones realizadas por cada uno de los estudiantes y el link del video correspondiente.

OBJETIVOS

GENERAL

· Desarrollar nuevas tecnologías y Diseños de circuitos de microelectrónica.

ESPECIFICOS

· Emplear dispositivos lógicos programables.

· Aplicar diseños de circuitos electrónicos usando las compuertas lógicas.

· Realizar simulaciones en los software’s designados DSCH 3 y Layout en Microwind.

CONTENIDO

Caso

Para la Fase 5 el estudiante junto con el grupo de trabajo colaborativo desarrolla la tercera fase para el diseño del circuito integrado que debe suplir la necesidad del curso de introducción a la ingeniería electrónica, para ello se solicita que los estudiantes deben diseñar el integrado para un robot de mini-zumo tenga la movilidad de acuerdo a los contrincantes que va a enfrentar, para ello se debe tener en cuenta lo siguiente:

El circuito integrado que para este caso es el layout del mini-zumo debe ser capaz de moverse de acuerdo a 3 contrincantes que se le enfrente

El mini-zumo se programa antes que el contrincante salga a la arena para que se pueda movilizar de acuerdo a este

Se debe diseñar los comandos para el grado de giro de las llantas 1 y 2

Link de video de YouTube

https://www.youtube.com/watch?v=3K6nuzbXPfs&t=

link de presentación calameo

https://es.calameo.com/accounts/5370196

CONCLUSIONES

Se implementa a partir del problema dado el circuito correspondiente representando cada uno de los estados de entrada y de salida para las diferentes marchas de carrito, de igual manera se logro el diseño tanto en DSH como en microwin, donde final mente se obtiene el Layaut correspondiente, de la misma manera s logra el diseño del libro de calameo y la pagina wix

LINK DE ARCHIVO PRESENTACIÓN POWER PAINT CALAMEO

https://es.calameo.com/read/005370196cba4df430fb7

LINK DEL VIDEO REALIZADO POR EL GRUPO MINI-ZUMO YOUTUBE

https://www.youtube.com/watch?v=3K6nuzbXPfs&t=114s

RECOMENDACIONES

* Combinar mas elementos electrónicos con la ayuda correspondiente para generar mejores proyectos.

* Mas proyectos de este indole, en lo personal me ha gustado muchísimo lo que he aprendido a través del curso.(James Betancourth)

CONCLUSIONES

Se implementa a partir del problema dado el circuito correspondiente representando cada uno de los estados de entrada y de salida para las diferentes marchas de carrito, de igual manera se logro el diseño tanto en DSH como en microwin, donde final mente se obtiene el Layaut correspondiente, de la misma manera s logra el diseño del libro de calameo y la pagina wix.

REFERENCIAS

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· Robayo, F. (2009). Repaso de Electrónica Digital y Circuitos Combinacionales. Bogotá D.C. Universidad Nacional Abierta y/a Distancia. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/11265

· Robayo, F. (2009). Tecnologías para la integración de Circuitos Y Dispositivos Lógicos Programables. Bogotá D.C. Universidad Nacional Abierta y/a Distancia. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/11266

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Vallejo, H. (2005). Los controladores lógicos programables. Recuperado de http://www.todopic.net/utiles/plc.pdf