Capacitores SMD

Todas los circuitos electronicos modernos vienen con componentes SMD, entre ellos encontramos a los capacitores los cuales pueden ser ceramicos, de tantalio o electroliticos…

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

capacitores encapsulado SMD

Los capacitores SMD son usados en cantidades tan grandes como los resistores, es el componente más empleado después de estos. Existen diferentes tipos de capacitores, de cerámicos, de tantalio, los electrolíticos, etc .

Capacitores Cerámicos SMD

La mayoría de los capacitores que son usados y fabricados en SMD son los cerámicos. Normalmente pueden encontrarse encapsulados similares a los resistores.

  • 1812 – 4.6 mm x 3.0 mm (0.18″ x 0.12″)
  • 1206 – 3.0 mm x 1.5 mm (0.12″ x 0.06″)
  • 0805 – 2.0 mm x 1.3 mm (0.08″ x 0.05″)
  • 0603 – 1.5 mm x 0.8 mm (0.06″ x 0.03″)
  • 0402 – 1.0 mm x 0.5 mm (0.04″ x 0.02″)
  • 0201 – 0.6 mm x 0.3 mm (0.02″ x 0.01″)

capacitores ceramicos SMD

Estructura:  Los capacitores SMD consisten  en un bloque rectangular de cerámica dieléctrica en el cual se intercalan una serie de electrodos de metales preciosos. Esta estructura permite obtener altos valores de capacitancia por unidad de volumen, los electrodos internos se encuentran conectados a los terminales laterales.

Manufactura: El material crudo dieléctrico es finamente molido y cuidadosamente mezclado. Luego es calentado a temperatura entre los 1100 y 1300 °C para alcanzar la composición química requerida. La masa resultante se vuelve a moler y se agregan materiales adicionales para alcanzar las propiedades eléctricas necesarias.

La siguiente etapa del proceso consiste en mezclar el material finamente molido con un aditivo solvente y vinculante, esto permite obtener hojas finas mediante laminado.

Capacitores de Tantalio SMD

capacitores tantalio SMD

Los capacitores de tantalio son ampliamente usados para proveer valores de capacitancia mayores a aquellos que pueden obtener en los capacitores cerámicos. Como resultado de diferentes formas de construcción y requerimientos los encapsulados son distintos. Los siguientes vienen especificados en las normas de la EIA

  • Tamaño A 3.2 mm x 1.6 mm x 1.6 mm (EIA 3216-18)
  • Tamaño B 3.5 mm x 2.8 mm x 1.9 mm (EIA 3528-21)
  • Tamaño C 6.0 mm x 3.2 mm x 2.2 mm (EIA 6032-28)
  • Tamaño D 7.3 mm x 4.3 mm x 2.4 mm (EIA 7343-31)
  • Tamaño E 7.3 mm x 4.3 mm x 4.1 mm (EIA 7343-43)

Capacitores Electroliticos SMD

Los capacitores electrolíticos son  cada vez más usados en los diseños SMD. Sus muy altos valores de capacitancia combinado con su bajo costo los hace particularmente útiles en diferentes áreas.

capacitores electroliticos SMD

A menudo tienen en su parte superior marcado el valor de capacidad y tensión de trabajo.

Se usan dos métodos básicos, uno consiste en incluir su valor de capacidad en microfaradios (uF), y el otro emplea un código. Si estamos en presencia del primer método un código de 33 6V indicaría un capacitor de 33 uF con una tensión de trabajo de 6 voltios.

El sistema de codificación alternativo emplea letras seguidos de tres dígitos, la letra indica el nivel de tensión según se encuentra definido en la siguiente tabla, los dígitos expresan el valor de capacidad en picofaradios, al igual que en el resto de los sistemas de codificación con dígitos, los dos primeros números dan las cifras significativas  y el tercero es el multiplicador. Por Ej: G106 nos indica que el capacitor trabaja a 4 voltios y su capacidad es de 10uF (10 x 10^6 picofaradios)

codigo tension voltage capacitores electroliticos SMD

Resistores MELF SMD

Seguimos con la serie de artículos dedicados a la tecnología y los dispositivos de montaje superficial.

Los resistores MELF son componente SMD de forma cilíndrica con terminaciones metalizadas en sus extremos, usados por su alto valor de precisión y de tolerancia.

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

Resistores MELF SMD

Construcción Básica de un Resistor MELF

Los resistores MELF presentan una forma cilíndrica y poseen sus extremos metalizados para poder realizar la soldaduras, los tamaños de estos son iguales a los resistores SMD.

La fabricación de los resistores MELF es más complicado que el estándar de SMD. Se deposita una película de metal sobre cerámica de alta disipación. Las terminaciones en los extremos se logran colocando unos “capuchones” metalizados. El valor de resistencia se ajusta al valor correcto mediante la producción de un corte helicoidal en la película metálica. Finalmente el cuerpo del resistor es protegido por una capa de laca.

Los resistores MELF SMD son usados por las siguientes razones:

  • Proporcionan un alto nivel de fiabilidad.
  • Presentan un capacidad mas predecible que los resistores SMD
  • Pueden ser fabricados con tolerancias tan chicas como 0.1%
  • Se obtienen bajo coeficientes de temperatura, llegando incluso a 5 ppm/°C

A pesar de ser los resistores SMD planos (los estándar) más baratos y más fáciles de manejar durante la fabricación, el rendimiento de un resistor MELF puede ser un factor primordial que los convierte en una solución rentable.

Resistores MELF en la Industria Electrónica

Mientras los resistores MELF proporcionan algunas ventajas técnicas importantes y significativas para su uso en ciertas aplicaciones, no siempre los más fáciles de manejar en la fabricación.

La forma más común de una resistencia SMD, por lejos es el formato plano o cuboides. Esto requiere una forma de nozzle determinada en una máquina pick&place, mientras que los resistores MELF requieren una diferente que permite que la forma cilíndrica puedan ser acomodadas, también requieren un mayor nivel de vacío en la maquina.

Código de Resistores MELF

Al tener un cuerpo cilíndrico no puede imprimirse los caracteres en la superficie, por lo que se usa el clásico código de bandas de colores ampliamente conocido por ser usado en los resistores con plomo.

Se usan 3 variaciones diferentes:

Código de 4 Bandas: Este sistema es usado en resistores con tolerancias hasta 5% de la serie E24. Las primeras 2 bandas nos indican los dígitos significativos, la 3ra banda indica el multiplicador (cantidad de ceros a agregar a los 2 primeros dígitos), mientras que la 4ta y ultima banda indica la tolerancia.

codigo resistencias 4 bandas MELF

A veces nos podemos encontrar con una forma alternativa de pintar las bandas de colores, en donde estas se encuentran agrupadas en un costado y son del mismo tamaño.

codigo resistencias bandas MELF

Código de 5 Bandas: Este sistema es usado para los resistores de tolerancias bajas, generalmente del 1%, correspondientes a la serie, E48, E96 o E192. Las primeras 3 bandas indican los digitos significativos, mientras que la 4ta es el multiplicador y la 5ta la tolerancia.

codigo resistencias MELF

Código de 6 Bandas: En esta codificación se agrego una banda para indicar el coeficiente de temperatura, las bandas se leen exactamente igual al código de 4 bandas con el agregado de la sexta banda de tolerancia.

codigo resistencias MELF 6 bandas

 

Las siguientes tablas muestran que valores corresponden según el color y banda.

codigo colores resistores MELF

coeficientes temperatura resistencias MELF

 

Codigo de Resistencias SMD

Para expresar el valor de resistencia en un resistor de montaje superficial se utilizan 3 tipos de codificaciones diferentes: Códigos de tres o cuatro números, y la norma EIA-96 de dos numeros y una letra

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

codigo resistores SMD

Como los encapsulados de los resistores de montaje superficial son tan pequeños no hay espacio suficiente para colocar bandas de colores, por lo tanto se emplea una codificación numérica como puede apreciarse en la primera imagen del artículo. El código esta formado por 3 o 4 letras o números.

Leer este código es un poco más complicado que las clásicas bandas de colores debido a que existen diferentes codificaciones en uso.

Código de Resistores con 3 Dígitos

La más común emplea 3 dígitos y es muy similar a la codificación con colores. Los primeros dos números indican los dos primeros dígitos del valor de la resistencia mientras que el tercero nos indica la cantidad de ceros (factor de multiplicación).

codigo numerico resistores resistencias
4700 Ω

Código de Resistores con 3 Dígitos

La codificación que emplea 4 dígitos es usada en los resistores con bajas tolerancias +/- 1% o menor. En este caso los primeros 3 dígitos de indican el valor numérico de la resistencia y el cuarto dígito la cantidad de ceros que se debe poner a continuación.

codigo numerico resistencias SMD
47000 Ω

En caso de existir una coma (valor no entero) generalmente se la representa con la letra R.

Ejemplos:

332 representa 3300 Ω o 3,3 kΩ
475 representa 4700000 Ω o 4,7 MΩ
8202 representa 82000 Ω o 82 kΩ
1764 representa  1760000 Ω o 1,76
0R1 representa 0,1 Ω
R33 representa 0,33 Ω
8R2 representa 8,2 Ω
0R47 representa 0,47 Ω
1R000 representa 1 Ω
00R1 representa 0,1 Ω

Codificación EIA-96

Ademas de los códigos de 3 o 4 dígitos, se está comenzando a utilizar la nueva norma EIA-96 empleada en resistores con tolerancias del 1%. Al irse utilizando resistores con un gran valor de resistencia el espacio disponible, aún empleando la codificación de 4 dígitos, es poco para poder anotarlo y debido a esto surge está codificación.

Emplea tres caracteres para indicar el valor de la resistencia: los dos primeros son números e indican los 3 dígitos más significativos del valor de resistencia, el tercer carácter es una letra que indica el multiplicador (cantidad de ceros a agregar). Al usar una letra se evita confusión con la codificación de 3 números.

codigo resistores EIA-96

Los códigos de los multiplicadores utilizados son:

codigo multiplicador EIA-96

La codificación numerica es:

codigo numerico resistores norma EIA-96

Ejemplo:

Si tenemos un resistor con el código 68X, los primeros dos números hacen referencia al valor 499, y la X se refiere al multiplicador 0,1 (ver tablas); por lo tanto estamos en presencia de un resistor cuyo valor de resistencia es 49,9 Ω

Resistores SMD

Echamos un poco de luz sobre los resistores SMD. Que código se utiliza y que significa, los tamaños y potencias…

Esta introducción sobre la Tecnología y Dispositivos de Montaje Superficial se encuentra dividido en las siguientes paginas:

resistencias SMD

Los resistores son el componente SMD más utilizado electrónico. Millones de resistencias son usadas diariamente en la producción producir de equipos electrónicos desde teléfonos celulares hasta televisores y reproductores de MP3, equipos de comunicaciones comerciales  y equipos de investigación de alta tecnología.

Construcción Básica de un Resistor SMD

Los resistores SMD son de forma rectangular. Tienen áreas metalizadas en los extremos del cuerpo lo que les permite ponerse en contacto con la placa de circuito impreso a través de la soldadura.

El resistor consiste en un sustrato de cerámica y en éste se deposita una película (capa) de óxido de metal. El grosor y la longitud de la película real determina la resistencia. En vista del hecho de que las resistencias SMD se fabrican utilizando óxido de metal, son bastante estables y por lo general tienen una buena tolerancia.

Encapsulados

Los resistores (o resistencias para los Argentinos), vienen en una gran variedad de encapsulados. A medida que la tecnología avanzo el tamaño de los encapsulados a disminuido.

Los principales encapsulados SMD usados en resistores son:

tamaño resistores smd

Si prestamos atención a la columna con las dimensiones en pulgadas podemos apreciar que el numero que identifica al encapsulado se corresponde con las dimensiones físicas. Una resistencia SMD en un encapsulado 0805 mide 0,08 por 0,05 pulgadas

Especificaciones para los Resistores SMD

Los resistores de montaje superficial son fabricados por un número de diferentes empresas, por lo tanto las especificaciones pueden variar de un fabricante a otro. Por ello, es necesario siempre tener en cuenta las especificaciones brindadas por el fabricante de resistor adquirido y no la de otro fabricante.

No obstante, es posible generalizar algunos aspectos que nos encontraremos en las datasheet de todos los fabricantes serios.

  • Potencia: La potencia requiere una cuidadosa consideración en cualquier diseño. En los diseños con SMD los niveles de potencia que podemos disipar son menores que en los circuitos con componentes convencionales (through-hole).

A continuación una tabla con las potencias típicas para los tamaños más usados, solo sirven como guia, ya que pueden variar según el fabricante y el tipo.

potencia resistores smd

  • Tolerancia: En vista del hecho de que las resistencias SMD están fabricadas con películas de óxido de metal los valores de tolerancia son estrechos. Normalmente un 5%, 2% y 1% se encuentran ampliamente disponibles. Para aplicaciones especializadas se pueden obtener los valores 0,5% y 0,1% .
  • Coeficiente de temperatura: Una vez más el uso de películas de óxido de metal permite proporcionar un buen coeficiente de temperatura. Los valores de 25, 50 y 100 ppm / °C están disponibles.

Aplicaciones

tamaño resistor smd

Los resistores SMD se utilizan en todos los diseños industriales. Su tamaño no sólo significa que son aptos para tarjetas de circuitos compactos, y para las técnicas de montaje automático, sino que también posee las ventajas que éstas funcionan bien en frecuencias de radio. Su tamaño significa que tienen inductancia poco falsa y capacitancia. Sin embargo, la atención tiene que ser tomado para el cálculo de su disipación de potencia, ya que sólo puede disipar pequeños niveles de energía.

¿Que es VHDL?

VHDL es el acrónimo que representa la combinación de VHSIC y HDL, donde VHSIC es el acrónimo de Very High Speed Integrated Circuit y HDL es a su vez el acrónimo de Hardware Description Language.

Es un lenguaje definido por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (ANSI/IEEE 1076-1993) usado por ingenieros para describir circuitos digitales

modelo VHDL

VHDL significa very-high-speed integrated circuits hardware description language o lenguaje de descripción de hardware de circuitos integrados de muy alta velocidad.

Como indica su denominación es un lenguaje similar a ADHL o Verilog usado para describir circuitos internos y la programación de FPGAs. Estos lenguajes presentan un mismo objetivo y se diferencia del clásico C (o cualquiera parecido a este) por ser un lenguaje paralelo no secuencial

Un FPGA no es como un microcontrolador, en realidad es un conjunto masivo de celdas o bloques lógicos programables. Estas celdas son programadas individualmente para convertirse en pequeños bloques de construcción. Pueden ser compuertas simples (AND, OR y NOT, etc) o flip-flops.
FPGA Xilinx
Xilinx FPGA (Spartan XC3S400). Posee 400000 compuertas y funciona a 50 MHz
Así que la diferencia entre una FPGA y un micro es que nosotros programamos cada celda para funcionar como un bloque de lógica. Esto significa que, debido a que cada bloque es tan independiente, todos están operando al mismo tiempo. A diferencia de un micro donde cada línea de código se procesa a su vez. Por lo tanto los programadores de FPGA pueden conseguir velocidades mucho más altas de procesamiento… en teoría.

Este punto anterior es muy importante a tener en cuenta. Un programa realizado en VHDL puede parecer como un programa de computadora clásico (secuencial) y puede procesar los datos en los cambios de flanco del clock, pero hay que recordar que todo está funcionando a la vez (paralelo).

El lenguaje se encuentra definido bloques también. Cada función que deseamos, es a nivel superior definida por una “entidad” donde se especifica las entradas y salidas del bloque. Por ej, una compuerta AND queda definida como:

entity ANDGATE is

Port( A, B : in bit;

X : out bit);

end ANDGATE;

Los bits del lenguaje se definen dentro de la entidad y se denomina “arquitectura”, la compuerta AND quedaría:

begin

X <= A and B;

end inst;

El lenguaje VHDL contiene otros comandos más complejos que pueden existir dentro de la arquitectura como Loops While, If y If-Else. Todos los tipo de cosas que se ven en la programación en C. Sin embargo, cuando se define un bucle en C el código da vueltas y vueltas, en VHDL que en realidad podríamos estar diciendo que genera múltiplos bloques idénticos de lógica y que todos ellos procesen los datos en un ciclo de clock – si así se requiere.

que es VHDL

Aprender VHDL para personas que se han escrito en C en micros por mucho tiempo puede consistir en un desafío bastante importante al tener que enfocarse a pensar sobre el hardware.

VHDL es un lenguaje muy sencillo pero también muy poderoso. No es tan flexible como un micro a los ojos de algunas personas, pero un buen programador se pueden generar cosas que no puedes comprar o replicar con un micro, diseñando el hardware según nuestros requisitos.

Para los que quieren comenzar a programar es recomenable la herramientas gratuitas Altera. Nos permite diseñar y simular sin necesidad de ningún hardware.

Para más detalles sobre VHDL, ejemplos y consejos los siguientes sitios son recomendados: