Tecnologias Microcontroladores 30o6y

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA ELECTRONICA APLICADA VICTOR MONTES 210064 TONY FLORES 210126

Tecnologías para la fabricación de microcontroladores. Breve reseña histórica En 1965, la empresa GI creó una división de microelectrónica, GI Microelectronics División, que comenzó su andadura fabricando memorias EPROM y EEPROM, que conformaban las familias AY3-XXXX y AY5-XXXX. A principios de los años 70 diseñó el microprocesador de 16 bits 1600, razonablemente bueno pero que no manejaba eficazmente las Entradas y Salidas. Para solventar este problema, en 1975 diseñó un chip destinado a controlar E/S: el PIC (Peripheral Interface Controller). Se trataba de un controlador rápido pero limitado y con pocas instrucciones pues iba a trabajar en combinación con el 1600. La arquitectura del PIC, que se comercializó en 1975, era sustancialmente la misma que la de los actuales modelos PIC16C5X. En aquel momento se fabricaba con tecnología NMOS y el producto sólo se ofrecía con memoria ROM y con un pequeño pero robusto microcódigo. El mercado, no obstante, no pensó así y el PIC quedó reducido a ser empleado por grandes fabricantes únicamente. La década de los 80 no fue buena para GI, que tuvo que reestructurar sus negocios, concentrando sus actividades en los semiconductores de potencia. La GI Microelectronics División se convirtió en una empresa subsidiaria, llamada GI Microelectronics Inc. Finalmente, en 1985, la empresa fue vendida a un grupo de inversores de capital de riesgo, los cuales, tras analizar la situación, rebautizaron a la empresa con el nombre de Arizona Microchip Technology y orientaron su negocio a los PIC, las memorias EPROM paralelo y las EEPROM serie. Como parte de esta estrategia, la familia NMOS PIC165x fue rediseñada para emplear algo que la misma compañía fabricaba bastante bien, memoria EPROM. De esta forma nación el concepto de basarse en tecnología CMOS, OTP y memoria de programación EPROM, naciendo la familia PIC16C5x, considerada como la "clásica". Una de las razones del éxito de los PIC se basa en su utilización. Cuando se aprende a manejar uno de ellos, conociendo su arquitectura y su repertorio de instrucciones, es muy fácil emplear otro modelo. Microchip cuenta con su factoría principal en Chandler, Arizona, en donde se fabrican y prueban los chips con los más avanzados recursos técnicos. En 1993 construyó otra factoría de similares características en Tempe, Arizona. También cuenta con centros de ensamblaje y ensayos en Taiwan y Tailandia. Para tener una idea de su alta producción, hay que tener en cuenta que ha superado el millón de unidades por semana en productos CMOS de la familia PIC16CSX.

Tecnologías actuales Con el desarrollo de la tecnología, se introduce en la programación la aplicación de los PIC, los cuales funcionan como un computador, que se programa para que cumpla una función específica. El microcontrolador PIC16C (F) 84, Es un microcontrolador de 18 pines, de 8 bits con tecnología CMOS. Estos dispositivos semiconductores integrados están generalmente construidos en tecnología MOS (Metal-Oxide Semiconductor, Semiconductor de Oxido Metálico) o -más recientemente- CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconducto o Semiconductor de Oxido Metálico Complementario). Lamentablemente, estos dispositivos RAM adolecen de un ligero inconveniente, que es, como ya se ha comentado, su volatibilidad. En cuanto a las técnicas de fabricación, cabe decir que prácticamente la totalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnología CMOS 4 (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnología supera a las técnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.

Conceptos de MOS y MNOS MOS, Metal-Oxide Semiconductor, (Semiconductores de Óxidos Metálicos) Estas son cuatro de las tecnologías básicas de fabricación de Semiconductores de Óxidos Metálicos (MOS - Metal-Oxide Semiconductor). MOS hace referencia a las tres capas usadas en la formación de una estructura gate (gate structure) de un transistor de efecto de campo (field-effect transistor) (FET). Los circuitos MOS ofrecen baja disipación de energía y permiten que los transistores sean agrupados, muy próximos entre si, antes de que surja un problema crítico de calentamiento. El PMOS es un proceso MOS de canal P, en gates de silicio, que usa corrientes constituidas por cargas positivas. PMOS es el tipo más antiguo de circuitos MOS. NMOS es un proceso MOS de canal N, en gates de silicio, que usa corrientes constituidas por cargas negativas. NMOS es, por lo menos, dos veces más rápido que el PMOS. El CMOS (ó Mos Complementario) es virtualmente inmune a los ruidos, funciona casi con cualquier fuente de energía, y es una técnica de circuitos de energía extremadamente baja. Por estos motivos, la tecnología CMOS encontró un lugar en el mundo de los microprocesadores y, con este avance, apareció la necesidad de contar con chips de memoria de alta densidad, compatibles con CMOS, lo que se conoce como RAM dinámica (dynamic RAM). MNOS, Metal Nitride-Oxide Semiconductor, (Semiconductor de Óxidos Nitrados Metálico)

Funcionamiento de la tecnología Bipolar y la tecnología MOS Una ROM puede estar fabricada tanto en tecnología bipolar como MOS. La figura muestra celdas ROM bipolar. La presencia de una unión desde una línea de fila a la base de un transistor representa un ‘1’ en esa posición. En las uniones fila/columna en las que no existe conexión de base, las líneas de la columna permanecerán a nivel bajo (‘0’) cuando se direccione la fila.

La figura muestra celdas ROM con transistores MOS. Básicamente son iguales que las anteriores, excepto que están fabricadas con MOSFETs.

La memoria EPROM, se compone de un arreglo de transistores MOSFET de Canal N de compuerta aislada. En la figura se observa el transistor funcionando como celda de memoria en una EPROM.

Celda de memoria de una EPROM Cada transistor tiene una compuerta flotante de SiO2 (sin conexión eléctrica) que en estado normal se encuentra apagado y almacena un 1 lógico. Durante la programación, al aplicar una tensión (10 a 25V) la región de la compuerta queda cargada eléctricamente, haciendo que el transistor se encienda, almacenando de esta forma un 0 lógico. Este dato queda almacenado de forma permanente, sin necesidad de mantener la tensión en la compuerta ya que la carga eléctrica en la compuerta puede permanecer por un período aproximado de 10 años. Las EPROMs también emplean transistores de puerta dual o FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal-Oxide Semiconductor) de cargas almacenadas. Estos transistores son similares a los transistores de efecto de campo (FETs) canal-P, pero tienen dos compuertas. La compuerta interior o flotante esta completamente rodeada por una capa aislante de dióxido de silicio; la compuerta superior o compuerta de control es la efectivamente conectada a la circuitería externa.

Inicialmente, la puerta flotante esta descargada, y el transistor se comporta como un transistor MOS normal. No obstante, mediante un equipo programador, se puede acumular carga en la puerta flotante aplicando una sobre tensión a la puerta y al drenador del transistor. Esta acumulación de electrones en la segunda puerta tiene el efecto de aumentar el umbral del transistor a un valor tal que no conduce aunque se direccione la celda. Así pues la cantidad de carga eléctrica almacenada sobre la compuerta flotante determina que el bit de la celda contenga un 1 o un 0; las celdas cargadas son leídas como un 0, mientras que las que no lo están son leídas como un 1. Tal como las EPROMs salen de la fábrica, todas las celdas se encuentran descargadas, por lo cual el bit asociado es un 1; de ahí que una EPROM virgen presente el valor hexadecimal FF en todas sus direcciones.

Cuando un dado bit de una celda debe ser cambiado o programado de un 1 a un 0, se hace pasar una corriente a través del canal de transistor desde la fuente hacia la compuerta (obviamente, los electrones siguen el camino inverso). Al mismo tiempo se aplica una relativamente alta tensión sobre la compuerta superior o de control del transistor, creándose de esta manera un campo eléctrico fuerte dentro de las capas del material semiconductor. Ante la presencia de este campo eléctrico fuerte, algunos de los electrones que pasan el canal fuente-compuerta ganan suficiente energía como para formar un túnel y atravesar la capa aislante que normalmente aísla la compuerta flotante. En la medida que estos electrones se acumulan en la compuerta flotante, dicha compuerta toma carga negativa, lo que finalmente produce que la celda tenga un 0.

PRINCIPALES FABRICANTES DE MICROCONTROLADORES

CI

FLASH (Kbytes)

SRAM (bytes)

GPIO (pins)

ADC Resolución (bits)

ADC Velocidad (KSPS)

ADC Canales

12 bit DAC Salidas

ADUC7019 ADUC7020 ADUC7021 ADUC7022 ADUC7024

62 62 62 62 62

8192 8192 8192 8192 8192

14 14 13 13 30

12 12 12 12 12

1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

5 5 8 10 10

3 4 2 2

CI

FLASH (Kbytes)

SRAM (Kbytes)

EEPROM (Kbytes)

SCI

SPI

U Periféricos (bits)

MC9S12DT256C

256

12

4

2

3

16

CI

ROM (bytes)

SRAM (bytes)

Líneas I/O

SCI

SPI

Vcc (V)

MC68HC05C4A

4160

176

24

CI

Tiempo instrucc/ ciclo (nseg)

SRAM (bytes)

TC1100 6

144

6

144

TC1130

6

144

TC1910

15

144

TC1912

15

144

TC1115

Vcc (V)

1.8 3.3 1.8 3.3 1.8 3.3 1.8 3.3 1.8 3.3

ü

ü 3.0 - 5.5

ADC Resolución (bits)

Líneas I/O

Temporizadores contadores

Reloj en tiempo real

-

72

3X GPT

-

-

72

3X GPT

-

-

72

3X GPT

-

-

40

3X GPT

ü

-

40

3X GPT

ü

CI

Memoria interna (Kbytes)

SRAM (bytes)

Vcc (V)

ADC Resolución (bits)

ADC Velocidad (KSPS)

Puertos seriales

MAXQ3120 MAXQ2000RBX MAXQ2000RAX MAXQ2000KIT DS80CH11

32 64* 64* 64* -

512 2K 2K 2K 256

3 - 3.6 3 - 3.6 1.8 – 2.75 1.8 – 2.75 4.5 – 5.5

16 -

20.8 -

5 1 2 2 1

*memoria FLASH

Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria FLASH Memoria ROM Memoria de datos (bytes) EEPROM Pines I/O Rango de voltaje (V) Encapsulado

Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria FLASH Memoria ROM(Kbytes) RAM (bytes) Pines I/O Rango de voltaje (V) Encapsulado

PIC16F83

PIC16CR83

PIC16F84

PIC16CR84

10

10

10

10

512

-

1K

-

36

512 36

68

1K 68

64 13 2.0 – 6.0

64 13 2.0 – 6.0

64 13 2.0 – 6.0

64 13 2.0 – 6.0

18-pin DIP

18-pin DIP

18-pin DIP

18-pin DIP

S3C9234

S3C9404

S3C9428

S3C9434

8

10

16

16

S3P9234

S3P9404

S3P9428

S3P9434

4

4

4.8

4

208 52 2.0 – 5.5

208 22 2.7 – 5.5

208 24 1.8 – 5.5

112 11/13 3.0 – 5.5

QFP

30SDIP

28SOP

18DIP

CI

Encapsulado

Pines

Memoria (bytes)

Memoria (tipo)

RAM (bytes)

I/O

COP8TAC9 COP8AME9 COP8CBE9 COP8CCE9 COP8CBR9

LLP SOIC WIDE TSSOP PLCC TSSOP PLCC TSSOP

44 28 48 44 - 48 44 - 48

4000 8000 8000 8000 32000

Flash Flash Flash Flash Flash

128 512 256 256 1000

21 40 37 37 37

CI

Comunicación

CY500

ASCII - Decimal Binaria

5

CY233LINC

ASCII - BINARIA

5

-

5

CYB233

Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria FLASH (Kbytes) Memoria RAM (Kbytes) Rango de voltaje (V) Encapsulado

Vcc (V)

Comandos Lenguaje de alto nivel Lenguaje de alto nivel Lenguaje de alto nivel

Programación (vía)

Instrucciones /segundo

Teclado ASCII

3300

Puerto serial (RS232)

-

Puerto serial (RS232)

-

LPC 2104

LPC2105

LPC2106

LPC2119

LPC2129

60

60

60

60

60

128

128

128

128

256

16

32

64

16

16

3.0 – 3.6

3.0 – 3.6

3.0 – 3.6

3.0 – 3.6

3.0 – 3.6

LQFP48

LQFP48

LQFP48

LQFP64

LQFP64

FAMILIAS DE MICROCONTROLADORES PIC (PERIPHERAL INTERFACE CONTROLLER) GAMA ENANA

PIC12C508 (MICROCHIP) Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria ROM(Kbytes) RAM (bytes) EPROM Rango de voltaje (V) Pines I/O Instrucciones Encapsulado

4 25 512 x 12 3.0 – 5.5 5 33 DIP-JW -SOIC 8 pines

GAMA BAJA

PIC16C505 (MICROCHIP) Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria ROM(bytes) RAM (bytes) EPROM Rango de voltaje (V) Pines I/O Instrucciones Encapsulado

20 72 25 1024 3.0 – 5.5 11 33 DIP-JW -SOIC 14 pines

GAMA MEDIA

PIC16F84 (MICROCHIP) Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria ROM(bytes) Memoria FLASH EPROM (bytes) Rango de voltaje (V) Pines I/O Interrupciones Encapsulado

10 1K 1K 64 2.0 – 6.0 4 4 DIP- SOIC 18 pines

GAMA ALTA

PIC17C752 (MICROCHIP) Máxima frecuencia de operación (MHz) Memoria ROM (bytes) Memoria FLASH EPROM (bytes) Rango de voltaje (V) Pines I/O Interrupciones Encapsulado

33 8K 3.0 – 5.5 50 18 TQFP 64 pines PLCC 68 pines

BIBLIOGRAFIA http://pomelo.ivia.es/mecanizacion/www/Manual_Electronica/micros/pic1.html http://eya.swin.net/ http://www.monografias.com/trabajos12/decibin/decibin.shtml http://www.monografias.com/trabajos/eproms/eproms.shtml http://ilustrados.com/publicaciones/EpyVFpAppyVWlriaRk.php http://es.tldp.org/Otros/diccionario-us-es/diccionario-us-es-0.1.6/M.html http://www.monografias.com/trabajos18/memorias-programables/memoriasprogramables.shtml http://www.dbup.com.ar/link-fabricantes.htm http://www.analog.com/ http://www.infineon.com/cgi-bin/ifx/portal/ep/home.do?tabId=1 http://www.maxim-ic.com/products/microcontrollers/_guides.cfm http://www.freescale.com/ http://www.freescale.com/files/shared/doc/package_info/thermal_addendums/908E625A CDWBTAD.pdf http://www.national.com/catalog/MicrocontrollerProducts.html http://www.semiconductors.philips.com/markets/mms/products/microcontrollers/product _catalog/16_32bit/lpc/index.html http://www.samsung.com/Products/Semiconductor/common/product_list.aspx?family_cd =LSI060101 ftp://.intel.com/design/mcs51/SPECUPDT/27283609.pdf