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¿Qué es un Equipo de Pulverización Catódica?

Un equipo de pulverización catódica es un dispositivo que realiza sputtering para crear una película muy fina de manera uniforme sobre la superficie de un objeto.

El sputtering es un método de deposición física en fase vapor (PVD), como la evaporación en vacío y el metalizado iónico. El sputtering se utiliza en diversos campos, como la deposición de películas semiconductoras y de cristal líquido. También se utiliza para limpiar la superficie de objetos.

Usos de los Equipos de Pulverización Catódica
Los equipos de sputtering se utilizan para fabricar películas finas para semiconductores, cristales líquidos y pantallas de plasma. Comparado con otros sistemas de evaporación PVD, el equipo de pulverización catódica es capaz de depositar metales y aleaciones con altos puntos de fusión, por lo que tiene una amplia gama de aplicaciones.

Recientemente, se han depositado metales sobre la superficie de plástico, vidrio y películas para hacerlos conductores y utilizarlos como electrodos transparentes y cableado para paneles táctiles, ampliando aún más la gama de aplicaciones de los equipos de sputtering.

Además, existen dispositivos médicos y artículos diversos con propiedades antibacterianas recubiertos con dióxido de titanio fotocatalítico en su superficie. También se utiliza en aplicaciones analíticas, como la preparación de muestras para microscopios electrónicos de barrido (SEM).

Estructura de los Equipos de Pulverización Catódica
Los equipos de pulverización catódica constan principalmente de los siguientes componentes:

Cámara de vacío
Soporte de muestras
Blanco para sputtering
Sistema de escape (bomba rotativa, etc.)
Sistema de suministro de gas
Alimentación eléctrica (alta frecuencia, alta tensión, etc.)

La cámara de vacío contiene un soporte de muestras que sostiene el sustrato y un blanco para pulverización catódica que suministra el material para sputtering, y la bomba de vacío y el sistema de suministro de gas están conectados a la cámara.

Principios de los Equipos de Pulverización Catódica
El principio del equipo de pulverización catódica es depositar una película sobre la superficie de un objeto aplicando alto voltaje bajo vacío y repeliendo los átomos del material de la película. En primer lugar, la cámara se despresuriza lo suficiente mediante una bomba y, a continuación, se introducen en el equipo gases inertes como el argón a una presión constante.

Cuando se aplica un alto voltaje negativo al objetivo, que es el material de la película fina, y se genera una descarga luminosa, el argón lleno en el equipo se convierte en plasma y choca con el objetivo en el cátodo, provocando la expulsión de los átomos y moléculas del objetivo. Los átomos del objetivo se depositan entonces sobre la superficie del objetivo al que se aplica la tensión positiva, lo que da lugar a la producción de una película fina.

Tipos de Equipos de Pulverización Catódica
Existen varios tipos de métodos de sputtering.

1. Método DC
Este método aplica voltaje DC entre electrodos. Este método tiene varias ventajas, como una estructura simple, pero tiene desventajas, como la posibilidad de que la muestra pueda ser dañada por el plasma a alta temperatura y la incapacidad de formar una película correctamente si el blanco de sputtering es un aislante.

2. Método RF
Este método aplica un voltaje de CA de alta frecuencia entre electrodos para formar películas sobre materiales como cerámica, sílice y otros óxidos, óxidos metálicos y nitruros, que no pueden formarse por el método de CC.

3. Método del Magnetrón
Este método utiliza un imán para crear un campo magnético en el lado del objetivo para mantener el plasma cerca del objetivo. Esto no sólo reduce el daño a la muestra causado por el plasma, sino que también aumenta la velocidad de generación de plasma, lo que resulta en una formación de película más rápida. Existen varios métodos de suministro de energía, incluyendo DC, AC y AC de alta frecuencia. Por otro lado, el objetivo se reduce de forma desigual y la eficiencia de utilización tiende a ser baja.

4. Método de haz de iones
Los iones se producen en un lugar separado del objetivo o la muestra y se aceleran hasta el objetivo. Como no hay descarga en la cámara, se minimiza el efecto sobre la muestra y no es necesario tener en cuenta la adherencia de impurezas o la conductividad del objetivo.

Además de lo anterior, existen varios tipos de equipos para sputtering, como el ciclotrón de electrones (ECR), que deben seleccionarse adecuadamente según la aplicación y el presupuesto.

Más Información sobre los equipos de Pulverización Catódica

Características de los Equipos  de Pulverización Catódica
El equipo para sputtering puede hacer que el espesor de la película sea uniforme, y como utiliza propiedades eléctricas, puede aumentar la resistencia de la película. Puede producir películas de metales de alto punto de fusión y materiales de aleación, lo que resulta difícil con otros métodos de PVD. Otro método consiste en utilizar oxígeno en lugar de argón u otros gases inertes para depositar películas de óxido.

Por otro lado, presenta algunas desventajas, como el mayor tiempo necesario para depositar la película en comparación con otros métodos de PVD y el riesgo de dañar el objetivo de la pulverización catódica por el plasma generado.

¿Qué es un Robot SCARA?
Son robots de brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo (SCARA)

Un robot SCARA es un robot industrial articulado horizontalmente con tres ejes de rotación para el movimiento horizontal y un eje para el movimiento vertical.

Las siglas SCARA significan “Selective Compliance Assembly Robot Arm” (brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo), y los robots se conocen comúnmente como robots SCARA. Los robots SCARA poseen las siguientes características:

Movimientos horizontales rápidos
Relativamente baratos
Gran rigidez mecánica en sentido vertical (porque los tres ejes de rotación están dispuestos verticalmente)
Aprovechando estas características, el robot SCARA se utiliza para aplicaciones de trabajo de montaje, como insertar y colocar piezas y apretar tornillos, contribuyendo a la automatización de los centros de producción.

Usos de los Robots SCARA
Los robots SCARA suelen utilizarse en líneas de producción de productos alimentarios y sustratos electrónicos. Además de estas aplicaciones, existen otros usos como operaciones de pick & place de piezas, etc., operaciones de ajuste a presión, operaciones de dosificación, operaciones de montaje, etc.

1. Aplicaciones en Líneas de Producción Alimentaria
Uso en líneas de producción de alimentos: Se utiliza para llenar bandejas de plástico con productos alimenticios (por ejemplo, aperitivos envueltos individualmente) que fluyen sobre una cinta transportadora.
Embalaje de alimentos envasados en retorta en cajas de envío.
2. Uso en Líneas de Producción de Placas Electrónicas
Utilizado en líneas de producción de placas de circuitos electrónicos, recogiendo y colocando componentes en bandejas después de disponerlos a granel con un alimentador de piezas.
Colocación de componentes electrónicos (por ejemplo, conectores) en bandejas sobre placas de circuitos electrónicos:
Utilizado para ensamblar placas electrónicas en máquinas de inspección y colocar las placas para el siguiente proceso después de la inspección.
3. Otros Usos
Apriete de tornillos: Apriete de tornillos en varias ubicaciones utilizando un destornillador eléctrico en la punta del robot.
Desembalaje de cartón: Vaciado de cartón cortando cinta adhesiva.
Colocación de etiquetas: Colocación de una mano especial de colocación de etiquetas en la punta del robot.

Principios de los Robots SCARA

Los robots SCARA se componen básicamente de cuatro ejes de movimiento: tres ejes de rotación y un eje de movimiento vertical. Los tres ejes de rotación se utilizan para mover la punta del brazo horizontalmente. A partir de esta configuración, puede decirse que los robots SCARA están especializados en movimientos horizontales.

Los tres ejes de rotación se utilizan para mover la punta del robot horizontalmente a una posición directamente por encima de la pieza de trabajo a alta velocidad, y luego los ejes verticales se utilizan para acercarse a la pieza de trabajo desde arriba. A continuación, la punta del robot se acerca a la pieza de trabajo desde arriba utilizando el eje vertical, y realiza tareas como agarrar la pieza de trabajo.

La punta del brazo de los robots SCARA puede equiparse con las siguientes herramientas en función del trabajo a realizar.

Ventosa neumática
Pinza neumática
Pinza eléctrica
Dispositivo de apriete de tornillos
Dispensadores
El manejo de los robots SCARA requiere de un aprendizaje. Hasta ahora, se solía utilizar una herramienta específica denominada “teaching pendant”. En los últimos años, ha aumentado el número de robots SCARA que hacen hincapié en la facilidad de uso, como los modelos que pueden enseñarse en un ordenador y los modelos que pueden enseñarse fácilmente incluso a principiantes, denominados de enseñanza directa.

Más Información sobre los Robots SCARA

1. Robots SCARA de Alta Velocidad
Algunos robots SCARA están diseñados para funcionar a alta velocidad. Los robots SCARA contribuyen a la mejora de la productividad de toda la línea de producción operando a alta velocidad.

Si los robots SCARA pueden terminar su trabajo rápidamente, las piezas pueden pasar a los procesos posteriores con mayor rapidez. Como resultado, se reduce el tiempo necesario para fabricar un solo producto. Esta es la razón por la que la productividad de toda la línea mejora cuando los robots SCARA funcionan a mayor velocidad.

Las siguientes medidas son eficaces para concretar la capacidad de los robots SCARA de funcionar a alta velocidad.

Aumentar la potencia del motor
Reducir el peso del brazo
Aumentar la rigidez de las articulaciones
Controlar el robot para suprimir las vibraciones
Robot SCARA que utilizan cámaras
2. Robots SCARA Basados en una Cámara
Al transmitir la información obtenida de la cámara a los robots SCARA, se puede mejorar el rendimiento del propio robot. Consideremos el caso en el que un robot SCARA está apretando tornillos a una pieza de trabajo. Cada pieza de trabajo tiene intersecciones individuales y, estrictamente hablando, cada una tiene un tamaño ligeramente diferente.

Por lo tanto, incluso si los robots SCARA que sujetan el tornillo se mueven a la posición enseñada, puede surgir una situación en la que el orificio del tornillo en la pieza de trabajo no coincida con la posición de la punta del tornillo en el extremo de los robots SCARA. En tal situación, el apriete del tornillo falla en muchos casos.

En estos caso, se utiliza una cámara para fotografiar los orificios de los tornillos y calcular la cantidad de desplazamiento con respecto a la posición de referencia. La cantidad de desalineación se envía entonces a los robots SCARA, que corrigen la posición desplazándola al punto de aprendizaje original.

De este modo, los robots SCARA pueden realizar trabajos de apriete de tornillos independientemente de dónde se encuentre el orificio del tornillo dentro del rango de imagen de la cámara. Este mecanismo se denomina “compensación de la posición de la imagen” y se utiliza ampliamente en la automatización de fábricas.

¿Qué es una Cámara Termostática?

Una cámara termostática es un tipo de equipo utilizado principalmente en experimentos científicos. Se trata de un recipiente en el que se puede controlar la temperatura a un nivel constante durante un periodo prolongado de tiempo.

Hay dos tipos de cámaras termostáticas: una que cambia la temperatura del aire y otra que cambia la temperatura del agua (tanque termostático).

El tamaño y las especificaciones varían en función de la aplicación y la finalidad, y van desde un tipo que puede utilizarse sobre una mesa a otro que parece un gran frigorífico, pasando por un tipo que puede controlar una única habitación como una cámara termostática.

Usos de las Cámaras Termostáticas

Los principales tipos de cámaras termostáticas son las incubadoras, los secadores a temperatura constante, los depósitos de agua a temperatura constante y los equipos de pruebas ambientales (probadores de ciclos, cámaras de temperatura/humedad constante, etc.). Las incubadoras se utilizan en experimentos científicos para cultivar microorganismos y células. Las incubadoras también se utilizan para incubar huevos en el campo industrial, y en el campo médico, las incubadoras se utilizan para mantener la temperatura corporal de bebés con bajo peso al nacer. Los secadores termostáticos, los baños de agua termostáticos y las cámaras de pruebas ambientales se utilizan ampliamente en bioquímica, química orgánica y otros campos, y se emplean para diversas pruebas analíticas.

Principios de las Cámaras Termostáticas

Una cámara termostática consta básicamente de un recipiente que mantiene la temperatura, un dispositivo de calentamiento (o enfriamiento), un sensor de temperatura y un controlador de temperatura. Para controlar la humedad se utilizan humidificadores y deshumidificadores, y para igualar la temperatura dentro del recipiente se instalan ventiladores y agitadores, dependiendo de la aplicación. La temperatura se varía mediante un humidificador calentado, un enfriador o un deshumidificador y se mantiene a la temperatura deseada mediante un sensor de temperatura.

Aunque la cámara termostática está diseñada principalmente para mantener una temperatura constante, dependiendo de la aplicación, la temperatura puede programarse para que suba y baje repetidamente a intervalos regulares o para que suba y baje con un gradiente constante.

El ajuste de un programa especifico depende del dispositivo de programación de la propia cámara termostática y, por tanto, de la funcionalidad de cada producto. Si el producto dispone de una interfaz de comunicación integrada, también puede manejarse a distancia mediante un ordenador personal. Los datos pueden registrarse directamente en la memoria interna de la cámara termostática o en un dispositivo externo, por lo que es necesario seleccionar las especificaciones en función del uso previsto.

Estructura de una Cámara Termostática

Las cámaras termostáticas tienen aproximadamente de 30 cm a varios metros de largo y pueden instalarse en un laboratorio.

Las cámaras termostáticas de agua/aceite se utilizan principalmente en experimentos químicos y biológicos, en los que las muestras se colocan en matraces y se agitan para mantener una temperatura constante.

El uso es sencillo: se llena de agua o aceite el depósito instalado en el instrumento y se ajusta la temperatura. Sin embargo, dado que los experimentos se realizan durante largos periodos de tiempo, en el caso de los depósitos de agua hay que tener cuidado para evitar el agotamiento del agua debido a la evaporación, y en el caso de los depósitos de aceite, hay que tener cuidado para evitar quemaduras, ya que se utilizan principalmente a temperaturas de 100°C o superiores.

Los secadores de temperatura constante y los tanques de temperatura constante y alta humedad se utilizan para secar semiconductores, cultivar microorganismos y secar instrumentos, además de para realizar experimentos.

El uso es sencillo: se abre la puerta, se coloca una muestra dentro de la cámara, se ajusta la velocidad de aumento de la temperatura, la temperatura objetivo, el tiempo de mantenimiento, etc., y se realiza el secado y la observación de la muestra. Además del calentamiento, algunos instrumentos están equipados con una función de refrigeración que permite utilizarlos para experimentos a baja temperatura. Sin embargo, al poder requerir clorofluorocarbonos u otros refrigerantes, es necesario recurrir a un contratista especializado.

Por otro lado, las cámaras termostáticas han utilizado elementos Peltier en los últimos años. Los elementos Peltier pueden enfriar y calentar cambiando la dirección de la corriente eléctrica. Se caracterizan por el ahorro de energía, la ausencia de CFC, su pequeño tamaño y el control preciso de la temperatura.

¿Qué es un Equipo de Grabado?

Los equipos de grabado se utilizan en el proceso de mordentado, que es un proceso de fabricación de semiconductores y otros productos.

El grabado se refiere a una técnica de procesamiento mediante la cual se corta o disuelve la superficie del objetivo de procesamiento. Los equipos de grabado realizan procesos de grabado en películas finas, etc. formadas en obleas semiconductoras, y son esenciales para la fabricación de dispositivos electrónicos como las CPU.

A medida que los dispositivos electrónicos se han vuelto más sofisticados en los últimos años, el grabado requiere un procesamiento cada vez más fino. El proceso también es cada vez más complejo, y a menudo se utilizan varios sistemas de grabado para fabricar un solo componente electrónico.

Usos del Equipo de Grabado

Los equipos de grabado son esenciales para la fabricación de dispositivos electrónicos. Los usos específicos incluyen.

• Circuitos integrados, como las CPU de los PC
• Placas de circuitos impresos
• Paneles de visualización de cristal líquido
• Paneles de visualización de plasma

En su fabricación se utiliza la fotolitografía. La fotolitografía es una técnica para procesar la superficie de un objeto exponiéndolo a la luz de un material fotosensible aplicado sobre él, y el grabado es uno de los procesos de la fotolitografía.

En el proceso de grabado, la película de óxido de la oblea se recubre con resina y se dejan las zonas sin recubrir, mientras que las zonas sin recubrir se despegan. Se crean irregularidades y se forma un patrón.

Principio del Equipo de Grabado

Los equipos de grabado se clasifican en dos tipos: grabado en húmedo y grabado en seco.

1. Grabado Húmedo

Se trata de un proceso que disuelve las películas de óxido utilizando productos químicos ácidos o alcalinos. Se puede procesar un gran número de láminas a la vez y la calidad de la producción es estable.

La solución química es relativamente barata, por lo que puede fabricarse a bajo coste. Sin embargo, como el grabado procede en una dirección, no es posible el procesamiento vertical. El procesamiento de 1 µm es el límite.

2. Grabado en Seco

El grabado en seco es un proceso de grabado que no utiliza productos químicos. El grabado por plasma es el método de grabado en seco más utilizado. Es un método en el que el gas se graba por plasma al vacío con alto voltaje.

Existen dos tipos de métodos de plasmatización, el de acoplamiento dieléctrico y el de microondas, ambos utilizan una fuente de alimentación de alta frecuencia. Este método utiliza el plasma generado para raspar la superficie del objeto, y es más caro que el grabado húmedo. Sin embargo, es posible procesar ranuras finas de 100 nm a 1000 nm.

Otros tipos de grabado por plasma son el grabado iónico por impacto de iones y el grabado gaseoso mediante gases. Ambos requieren equipos de vacío.

Otra Información sobre Equipos de Grabado

1. Mercado y Cuota de Mercado de los Equipos de Grabado

El mercado mundial de la electrónica sigue expandiéndose y la industria de los semiconductores es cada vez más importante para apoyar esta expansión. El mercado mundial de semiconductores está en expansión a pesar de experimentar recesiones como la quiebra de Lehman Brothers.

En los últimos años, el desarrollo de tecnologías para una mayor miniaturización de los soportes de almacenamiento con estructura tridimensional ha sido muy activo. En consecuencia, los equipos de grabado están adquiriendo una importancia cada vez mayor como tecnología básica para las 3D.

El tamaño del mercado de consumo de equipos de grabado fue de 1,389,3 mil millones de yenes japoneses en 2018. La cuota por región de consumo es Corea del Sur (28%), China (19%), Japón (19%), Taiwán (14%) y Estados Unidos (10%). La cuota por nacionalidad de los vendedores también es de EE.UU. (64%) y Japón (32%) en 2018; en 2018, el mercado está oligopolizado por empresas de EE.UU. y Japón.

2. Equipos de Grabado en Seco y el Mercado de NAND 3D

El grabado en seco es una de las tecnologías para la microfabricación, y se venden muchos tipos de equipos en función del material a procesar. Sin embargo, los equipos destinados principalmente a semiconductores y metales, como los de interconexiones de silicio y metal, son los más utilizados. Los equipos de grabado en seco de películas aislantes representan una alta proporción en las plantas normales de semiconductores.

En 2017, el mercado de equipos de grabado en seco tuvo un valor de 10 700 millones de dólares.

El rápido crecimiento del tamaño del mercado de equipos de grabado en seco se debe a la estructura tridimensional de las memorias. A medida que avanza la miniaturización, aumenta el proceso de grabado en seco, lo que lleva al desarrollo de estructuras tridimensionales para la memoria flash.

Para formar las celdas de las memorias flash NAND tridimensionales son necesarios varios procesos. En concreto, el procesamiento de agujeros de canal profundos es difícil y requiere un largo proceso de grabado. En las fábricas de memorias semiconductoras, el número de piezas procesadas por hora es importante. Por ello, la capacidad de procesamiento se garantiza aumentando el número de sistemas de grabado en seco instalados.

¿Qué es un Interruptor de Puerta de Seguridad?

Los interruptores de puertas de seguridad son dispositivos de seguridad que se utilizan para comprobar el estado de apertura/cierre de las puertas y cubiertas de las vallas de seguridad.

Muchas máquinas industriales están sometidas a pares y presiones potentes, y si una máquina se pone en marcha mientras una puerta o cubierta está abierta, pueden producirse lesiones personales. Por ello, a menudo se utilizan como mecanismos de enclavamiento, por ejemplo, para impedir que el equipo se ponga en marcha cuando es posible entrar en una valla de seguridad, o para detener el equipo cuando se abre una tobira.

Existen varias normas de seguridad, como la ISO 14119, que garantizan que los productos estándar no pierdan su función como sensores de seguridad en caso de un único fallo. Seleccionar interruptores de seguridad para puertas con marcas de certificación emitidas por organismos de certificación nacionales e internacionales garantiza un nivel de seguridad aún mayor.

Usos de los Interruptores de Seguridad para Puertas

Los interruptores de puerta de seguridad se utilizan para la seguridad o la protección de equipos. Los siguientes son ejemplos de aplicaciones para interruptores de puerta de seguridad

1. Control de Máquinas y Robots

Se utilizan para controlar el arranque y la parada de máquinas y para garantizar la seguridad de robots industriales. Las máquinas industriales que se utilizan a menudo en la producción tienen barreras de seguridad fuera de su rango de movimiento, que en la mayoría de los casos son interruptores de puerta de seguridad. Están diseñados para detener automáticamente la máquina cuando se abre una puerta o una cubierta, evitando así lesiones personales.

2. Aplicaciones de Seguridad

Los interruptores de seguridad también pueden utilizarse para la seguridad de edificios. Los interruptores de seguridad para puertas se instalan en las puertas de entrada y salida de los edificios para impedir la entrada de intrusos activando una alarma si la puerta se abre o se cierra involuntariamente.

3. Equipos Médicos

Los interruptores de seguridad para puertas también se utilizan en equipos médicos para proteger las máquinas y aumentar la seguridad, por ejemplo en laboratorios de resonancia magnética, donde una puerta con un interruptor de seguridad interrumpe el examen cuando se abre o se cierra. Los interruptores de puerta de seguridad desempeñan un papel esencial para garantizar la seguridad de los exámenes de resonancia magnética.

Principio del Interruptor de Puerta de Seguridad

Los interruptores de puerta de seguridad constan de un sensor y un circuito de control, por ejemplo

1. Sensores

Los sensores son los componentes utilizados para detectar si una puerta o cubierta está abierta o cerrada. Tienen forma de microinterruptores, finales de carrera o interruptores magnéticos de láminas. Detectan el estado de apertura o cierre de la puerta y envían una señal al circuito de control.

2. Circuitos de Control

El circuito de control es un circuito eléctrico responsable, por ejemplo, de la parada automática de la máquina. El circuito de control se activa mediante la realimentación del sensor y detiene automáticamente la máquina si se abre la puerta.

A veces se utiliza en combinación con interruptores de parada de emergencia. Los interruptores de parada de emergencia detienen rápidamente la máquina en caso de peligro.

La combinación de interruptores de puerta de seguridad e interruptores de parada de emergencia proporciona una mayor protección para el operario y las personas de su entorno.

Tipos de Interruptores de Seguridad para Puertas

Los interruptores de seguridad para puertas se dividen a grandes rasgos en tipos sin contacto y de bloqueo electromagnético.

1. Tipo Sin Contacto

Los interruptores de puerta sin contacto son interruptores de puerta con un interruptor de láminas interno. Se suministran con un actuador especial y utilizan un imán integrado para detectar la apertura y el cierre. Al no entrar en contacto con la puerta, se caracterizan por tener pocas piezas sujetas a desgaste mecánico.

Mientras que los interruptores reed estándar pueden abrir y cerrar sus contactos utilizando un imán, los interruptores de puerta de seguridad están diseñados para requerir el uso de un actuador dedicado. Esto se hace para evitar que el interruptor de láminas funcione mal.

2. Tipo Cerradura Electromagnética

Los interruptores de puerta de tipo cerradura electromagnética tienen la función de bloquear la puerta con una cerradura electromagnética. Seleccionando un tipo de cerradura electromagnética, es posible evitar la entrada accidental bloqueando la puerta. Generalmente, se proporciona un enclavamiento para detener el equipo si la puerta se abre a la fuerza cuando está bloqueada.

Más Información sobre los Interruptores de Seguridad para Puertas

Dispositivos de Seguridad Similares

Entre los dispositivos de seguridad similares a los interruptores de seguridad para puertas se encuentran las cortinas fotoeléctricas y los escáneres láser. Se trata de dispositivos que detectan intrusiones bloqueando la luz visible e infrarroja.

En los últimos años, las cortinas fotoeléctricas y los escáneres láser se han utilizado cada vez más en la fabricación para ahorrar espacio y adaptarse con flexibilidad a los cambios de disposición.

¿Qué es un Búfer de Reloj?

Un búfer de reloj es un circuito integrado utilizado para minimizar la diferencia de retardo entre la llegada de un reloj a varios circuitos lógicos de un sistema de placa de circuito impreso y para hacer coincidir (sincronizar) la temporización.

Cuando se utilizan varios circuitos lógicos, es necesario sincronizarlos. Se necesita una señal para controlar todo el sistema, y la señal periódica de una determinada frecuencia utilizada para este fin es un reloj (como un metrónomo en música).

El conjunto de circuitos que funcionan conjuntamente con el reloj se denomina circuito de sincronización. El reloj se ramifica en el sistema y se propaga a una serie de circuitos lógicos. Sin embargo, si el reloj no está sincronizado, se necesita un búfer de reloj, ya que un mal funcionamiento de los circuitos lógicos puede hacer que todo el sistema no funcione como se desea.

Usos del Búfer del Reloj

Los búferes de reloj se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como ordenadores personales, sistemas de comunicación y equipos industriales.

Algunas aplicaciones específicas son:

1. Circuitos lógicos digitales (CPU, FPGA, etc.)

2. Convertidores de datos (conversión analógico-digital)

3. Interfaces de alta velocidad (USB, Serial-ATA, PCI-Express, etc.)

4. Conversión de frecuencias en sistemas inalámbricos

A modo de ejemplo, la CPU (Unidad Central de Procesamiento), que es el corazón del funcionamiento de un ordenador personal, utiliza señales de reloj para sincronizar los circuitos (unidad de control, unidad aritmética, registros, interfaz con dispositivos de almacenamiento, interfaz con dispositivos de entrada/salida) para controlar su funcionamiento. La señal de reloj se utiliza para sincronizar los circuitos.

En todas las aplicaciones, una sincronización más precisa de la información y el intercambio de datos entre varios circuitos es esencial para un funcionamiento estable.

Principio del Búfer de Reloj

Los búferes de reloj se clasifican según el tipo de circuito en “búfer sin PLL” o “búfer con PLL”.

La principal diferencia radica en el uso interno o no de un bucle de enganche de fase (PLL). Las características de cada uno son las siguientes.

Buffer sin PLL
La señal de entrada se distribuye sin un PLL, lo que produce una menor degradación del jitter (desenfoque periódico).

Búfer PLL
Retardo extremadamente pequeño entre las señales de entrada y salida.

Dado que el búfer de reloj puede emitir varias señales de reloj, es posible utilizar una fuente de señal de reloj y un búfer de reloj para generar un reloj que pueda ser utilizado por varios grupos de circuitos que funcionen con un reloj de la misma frecuencia.

Esto permite reducir el coste de los componentes y simplificar el diseño de la placa de circuito impreso. Otras características son la conversión de niveles y la facilidad de configuración de algunos productos.

Cómo elegir un Búfer de Reloj

El dispositivo más adecuado para el sistema que se va a diseñar se selecciona tras comprobar los requisitos de la señal de entrada, la frecuencia del reloj de salida, el número de señales, la tensión, el jitter, el skew, el retardo de entrada-salida, la tensión de alimentación del búfer de reloj, las dimensiones exteriores del encapsulado, el número de patillas, el consumo de energía, el coste y otros factores en la hoja de datos del dispositivo.

Lo ideal sería que los relojes distribuidos a cada grupo de circuitos del sistema conmutaran con la misma temporización el 100% del tiempo, pero esto rara vez es posible en la realidad. Sin embargo, es importante seleccionar un dispositivo con excelentes características para evitar fallos en el funcionamiento de los circuitos.

Más Información sobre las Memorias Cíclicas

Uso y Función de los Búferes de Reloj

Para generar un reloj estable que pueda utilizarse en un sistema, se necesita una fuente de señal de reloj y un producto de reloj que lo complemente y lo distribuya adecuadamente a varios grupos de circuitos.

1. Fuente de Señal de Reloj

Como fuentes de señal de reloj se utilizan resonadores y osciladores. Un resonador es un péndulo con una frecuencia específica.

No funcionan de forma independiente y pueden dividirse en las categorías de cerámica, cristal y SAW. Un oscilador es un producto compuesto por un circuito que hace oscilar el péndulo y mantiene la oscilación (circuito oscilador) y un resonador en un envase. Existen osciladores de cristal, SAW, silicio y MEMS.

2. Productos de Relojería

Un tipo de producto de reloj que complementa la fuente de señal de reloj es un búfer de reloj. La señal de salida del oscilador se introduce en el búfer de reloj. La función del búfer de reloj es emitir varias señales de reloj de la misma frecuencia que la señal de entrada.　

Otros productos de reloj que complementan al oscilador son los generadores de reloj (que pueden generar múltiples frecuencias), los limpiadores de fluctuaciones (que mejoran el rendimiento de las fluctuaciones) y los sintetizadores de RF (que emiten altas frecuencias), y el diseñador debe utilizarlos en función de los requisitos del sistema, como las especificaciones y el coste.

¿Qué es el Software de Análisis de Campos Magnéticos?

Software de análisis de campos magnéticos es la simulación de campos magnéticos generados en equipos electrónicos, etc., mediante métodos de análisis numérico.

Los métodos de análisis de campos magnéticos incluyen métodos de análisis en el dominio del tiempo, métodos de análisis en el dominio de la frecuencia y métodos de red constante concentrada equivalente. El software de análisis de campos magnéticos se realiza desde la fase de diseño de los equipos electrónicos para evitar interferencias entre equipos electrónicos, etc. Es lo que se denomina contramedidas CEM.

El campo magnético se reproduce resolviendo numéricamente las ecuaciones de Maxwell en un ordenador, reproduciendo las condiciones de la estructura y las corrientes que se den.

Usos del Software de Análisis de Campos Magnéticos

El software de análisis de campos magnéticos se utiliza ampliamente en el diseño y desarrollo de productos como equipos electrónicos con el fin de aplicar medidas de CEM. También se refiere al diseño de productos para que no causen interferencias electromagnéticas o no estén sujetos a interferencias, y para que funcionen correctamente aunque estén sujetos a interferencias.

Con el rápido desarrollo de los equipos electrónicos, es preciso garantizar un funcionamiento sin interferencias electromagnéticas de forma inmediata en el equipo. Por ello, la simulación mediante análisis de campos magnéticos desempeña un papel importante en la fase de diseño de circuitos, placas y carcasas. 

Principios de Análisis de Campos Magnéticos

A continuación se explican los principios de análisis de campos magnéticos utilizando como ejemplo el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo.

1. Método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo

Las ecuaciones de Maxwell se simplifican mediante el método de las diferencias (división del tiempo por el tiempo finito) y la respuesta temporal del campo electromagnético se obtiene mediante cálculo numérico. Todo el espacio a analizar se divide en una malla y las ecuaciones de Maxwell y el método de la diferencia se aplican a cada bloque dividido. Es superior para modelizar la respuesta transitoria de campos magnéticos y estructuras no homogéneas.

2. El Método de las Diferencias

Es uno de los métodos de discretización en el que la derivada se sustituye por una aproximación por diferencias (cociente de diferencias). Este método se utiliza desde hace mucho tiempo como método de análisis numérico. La ecuación diferencial se denomina ecuación en diferencias cuando la derivada de la ecuación diferencial se sustituye por la diferencia.

En el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo, la respuesta temporal de los campos electromagnéticos se obtiene numéricamente expandiendo las ecuaciones de Maxwell en ecuaciones en diferencias.

3. Ecuaciones de Maxwell

Son las ecuaciones básicas del electromagnetismo clásico que describen el campo electromagnético. Consta de cuatro ecuaciones, que se explican a continuación.

• Ecuación 1
  Ley de Gauss, que establece que la presencia de una carga eléctrica genera líneas de fuerza eléctricas desde su entorno.
• Ecuación 2
  El flujo magnético tiene forma de bucle, que establece que el flujo magnético que surge siempre vuelve a su origen.
• Ecuación 3
  La ley de Faraday de la inducción electromagnética, que establece que cuando el flujo magnético cambia, se genera un campo eléctrico para impedir el cambio y se genera una fuerza electromotriz.
• Ecuación 4
  Ley de Ampere, que establece que cuando circula una corriente, se genera un campo magnético a su alrededor.

3. Modelización

Al realizar un análisis, se crea un modelo dividiendo la zona que se va a analizar en una malla. La finura y la escala de la malla influyen en la frustración del análisis en la creación del modelo.

Cuanto más fina se divide la malla, más precisos pueden ser los resultados del cálculo. Por otro lado, esto tiene la desventaja de que la carga de procesamiento del cálculo es mayor, lo que requiere una mayor potencia de procesamiento o lleva más tiempo de procesamiento.

Aunque debe establecerse una malla con una tosquedad adecuada, hay que tener cuidado, ya que la malla queda excluida del cálculo intermedio.

Tipos de Software de Análisis de Campos Magnéticos

Los métodos típicos de simulación utilizados en el software de análisis de campos magnéticos son los de dominio temporal o los de dominio frecuencial. Los primeros incluyen el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDHD), los segundos el método de los momentos (MoM) y el método de los elementos finitos.

1. Método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo

Excelente para analizar estados transitorios gracias al análisis en el dominio del tiempo. Se caracteriza por unos cálculos intuitivos y fáciles de comprender. En cambio, requiere una gran cantidad de memoria y un largo tiempo de cálculo, ya que se utiliza un gran espacio como objetivo de cálculo.

2. Método de Momentos

El conductor a analizar se divide en forma de malla y se calculan los valores de corriente de los bloques de precios, teniendo en cuenta la interacción electromagnética entre los bloques. Es adecuado para el análisis CEM de conductores uniformes, pero difícil para modelizar estructuras no uniformes. Este método se utiliza a menudo para calcular la radiación de las antenas.

3. Método de los Elementos Finitos

Este método divide en una malla toda la superficie de la estructura que se va a analizar. Tiene la ventaja de que permite modelizar estructuras no uniformes, pero es difícil de extender al cálculo de la radiación, como ocurre con el método de los momentos.

¿Qué es un Front End Analógico (AFE)?

Un front end analógico es un conjunto de circuitos analógicos que conecta un dispositivo que detecta señales, como un sensor, a un dispositivo que procesa señales digitales.

A veces se denomina AFE, del acrónimo de Analog Front End. Como la función principal de un Front End Analógico es ajustar las señales analógicas emitidas por los sensores para conectarlas a circuitos digitales, a veces también se denomina circuito acondicionador de señales.

Las señales analógicas detectadas por sensores y otros dispositivos suelen ser muy débiles y contener muchos componentes de ruido, por lo que es necesario ajustar estas señales analógicas eliminando el ruido y amplificándolas.

Usos de los Front End Analógicos (AFE)

Los front-ends analógicos se utilizan para controlar diversos módulos sensores.

La era actual se conoce a menudo como la era IoT, y entre los muchos módulos de sensores, los módulos de sensores IoT desempeñan un papel importante en la era IoT. La estructura básica del sistema es que los fenómenos físicos se detectan mediante sensores como valores analógicos, se convierten en señales digitales, se procesan digitalmente mediante un microcontrolador y, a continuación, se cargan en la nube mediante un chip de comunicación inalámbrica.

En esta configuración, el Front End Analógico desempeña un papel importante junto con los sensores y el chip de comunicación inalámbrica: para mejorar el rendimiento del módulo sensor IoT, el AFE debe diseñarse adecuadamente para permitir el procesamiento digital al tiempo que se extrae el máximo posible de las características del sensor.

Principio del Front End Analógico (AFE)

El principio del Front End Analógico reside en las diversas innovaciones de circuito que conectan con precisión la información analógica de los valores de salida del sensor con la circuitería digital. En concreto, las salidas generales de los sensores son ruidosas y las propias señales son débiles, por lo que es necesario utilizar filtros y amplificadores para eliminar el ruido y amplificar la señal. Los circuitos necesarios se integran en el AFE y luego se integran con un convertidor A/D para convertir las señales analógicas en valores digitales.

Los convertidores A/D suelen ser del tipo de modulación delta-sigma y la escala del circuito suele ser de 16 a 32 bits, en función de la cantidad de datos que haya que manejar. Los circuitos amplificadores incluyen amplificadores de instrumentación, amplificadores operacionales y amplificadores de transimpedancia, que tienen varias funciones de conmutación y funciones de ajuste de ganancia para ajustar una amplia gama de señales de sensores.

El propio AFE debe funcionar con circuitos digitales para el control de la comunicación serie, como SPI, por lo que también está equipado con circuitos digitales para interfaces serie.

Información Adicional sobre Front End Analógicos (AFE)

Los chips semiconductores suelen ser de alto rendimiento, y los Front End analógicos abarcan desde productos discretos con un alto grado de libertad hasta productos integrados con muchas funciones. Las funciones integradas múltiples son relativamente fáciles de utilizar.

En la actualidad existen en el mercado muchos chips de front-end analógico altamente integrados y con una gran funcionalidad, como los front-end analógicos integrados en sensores de presión, de temperatura, etc. Amplificadores, convertidores A/D y otros componentes están integrados en un único chip, que también dispone de funciones que permiten ajustar las características de la sección AFE y de la fuente de corriente en función de las características del elemento sensor. Esto se debe a que los elementos sensores suelen presentar diversas variaciones de salida en función de la temperatura y la intensidad. La función de compensación también es una característica muy importante para AFE.

Los front end analógicos (AFE) para sensores ópticos están disponibles en una amplia variedad de variantes, incluyendo los que están integrados con elementos ópticos y disponibles como paquete, y los que no incluyen elementos ópticos y sólo proporcionan funciones AFE, permitiendo al usuario seleccionar libremente los elementos ópticos a conectar.

¿Qué es un Cable Apantallado?

Los cables apantallados son cables en los que la sección del conductor metálico que transmite señales y energía está cubierta por una capa metálica conectada a tierra.

La capa metálica de tierra está hecha de una fina película u otro material entretejido en el cable. Al cubrir la sección del conductor con una capa metálica se bloquean las ondas electromagnéticas del exterior y, al mismo tiempo, se evita la fuga de ondas electromagnéticas al exterior.

Esta estructura contribuye a la comunicación de alta velocidad en los campos de las telecomunicaciones y la instrumentación y es importante para garantizar la seguridad en el campo de la alta potencia. En los cables multifilares, también sirve para anular el ruido entre hilos.

Usos de los Cables Apantallados

Los cables apantallados se utilizan mucho en cables LAN para equipos de ofimática y altavoces para equipos de audio.

La finalidad de estos usos es proteger los equipos de las ondas electromagnéticas emitidas desde el exterior. Por el contrario, los cables apantallados también se utilizan en aplicaciones de distribución de energía de alta tensión. La finalidad de éstos es evitar la generación de ondas electromagnéticas.

Principio de los Cables Apantallados

Los principales componentes de un cables apantallados son el conductor, la capa de apantallamiento (pantalla), la capa aislante y la cubierta.

En los cables metálicos normales, el conductor exterior está cubierto por una capa aislante. En cambio, los cables apantallados se cubren además con una capa de apantallamiento, como una fina película metálica, encima de la capa aislante que cubre el conductor.

El exterior de la capa de apantallamiento está cubierto por una película aislante denominada cubierta, que protege el cable del entorno exterior. Conectando a tierra la capa de apantallamiento, los cables de señal pueden protegerse del ruido. El uso de cables apantallados en los cables de alimentación también puede contrarrestar las ondas electromagnéticas generadas.

La anulación de las ondas electromagnéticas de los cables de alimentación se utiliza a menudo desde el punto de vista de la seguridad, ya que conduce a la prevención de accidentes por descargas eléctricas debidas a la inducción.

Tipos de Cables Apantallados

Existen dos tipos de cables apantallados: los cables apantallados electrostáticos, que evitan el ruido externo, y los cables apantallados electromagnéticos, que evitan que los flujos magnéticos causados por las corrientes eléctricas afecten a los equipos externos. El método de conexión a tierra de la capa de apantallamiento difiere según el tipo, por lo que es importante conectar a tierra el cable utilizando un método adecuado al tipo.

1. Cables Apantallados Electrostáticos

Los cables apantallados electrostáticos son cables con un alma recubierta de cinta metálica, como cobre o aluminio, o de alambre trenzado de malla.

Esto absorbe el ruido externo y lo canaliza a tierra, evitando que el ruido penetre en los hilos del núcleo. Se utilizan principalmente para cables de señal y comunicación. El método básico de puesta a tierra de los cables sembrados electrostáticamente es la puesta a tierra de un solo extremo. Esto se hace para evitar que las corrientes de retorno fluyan hacia la pantalla.

Si ambos lados están conectados a tierra, aumenta la posibilidad de que la corriente fluya a través de la pantalla y existe el riesgo de que se genere ruido en la pantalla debido a la corriente que fluye a través de ella. Tenga en cuenta también que si el apantallamiento no está conectado a tierra, no sólo no será efectivo, sino que se generará ruido en la señal si la carga eléctrica que se ha acumulado en el apantallamiento se libera de alguna manera. Cuando se utilicen Cables Apantallados, deben estar conectados a tierra.

2. Cables Apantallados Electromagnéticamente

Los cables apantallados electromagnéticos son cables con un alambre central recubierto de hierro y cobre para evitar que el flujo magnético causado por las corrientes eléctricas se emita al exterior.

La desventaja es que el revestimiento de hierro los hace vulnerables a la flexión y el plegado. Se utiliza principalmente para cables con grandes corrientes, como cables de alimentación y motores. A la hora de conectar a tierra los cables apantallados electromagnéticos, hay que elegir entre una conexión a tierra doble o simple, en función de la distancia. Para la transmisión de energía a larga distancia, el cable debe conectarse a tierra en ambos extremos, mientras que para distancias más cortas debe conectarse a tierra en un extremo. En ambos casos, el efecto de apantallamiento puede aumentarse haciendo que el cableado de puesta a tierra tenga la menor resistencia eléctrica posible.

Para reducir la resistencia de puesta a tierra, se suelen empotrar placas de cobre o pilotes de cobre a varios metros bajo tierra. Este conductor enterrado es la pértiga de puesta a tierra. Los cables que salen a la superficie desde el polo de tierra se conectan a una barra de cobre llamada barra de tierra o barra colectora.

¿Qué es un Medidor de Frecuencia?

Los medidores de frecuencia son dispositivos que miden la frecuencia de una señal.

Es un dispositivo o componente electrónico que emite la frecuencia en forma de número, también llamado contador de frecuencia. Mide el número de impulsos periódicos de una señal eléctrica y emite la frecuencia.

Los medidores de frecuencia se utilizan en muchas aplicaciones relacionadas con la tecnología de radio de alta frecuencia para medir señales de frecuencia de alta precisión. Proporcionan mediciones exactas y precisas y permiten un análisis detallado de la forma de onda de la señal y de las características de frecuencia. Los medidores de frecuencia se utilizan ampliamente en diferentes áreas de pruebas eléctricas para medir la frecuencia de señales repetitivas.

Usos de los Medidores de Frecuencia

Los medidores de frecuencia se utilizan ampliamente en ingeniería eléctrica e ingeniería de telecomunicaciones para

1. Evaluar la Fiabilidad de los Equipos

Los medidores de frecuencia se utilizan ampliamente para evaluar la fiabilidad de los equipos electrónicos. Algunos ejemplos son el ruido generado en los circuitos de alimentación y la evaluación del funcionamiento de los circuitos de conversión de frecuencia.

2. Evaluación de la Respuesta en Frecuencia

Los medidores de frecuencia también se utilizan para evaluar las características de frecuencia. Por ejemplo, la respuesta en frecuencia puede evaluarse en equipos acústicos como amplificadores y altavoces. También se utilizan para evaluar las características de los filtros de frecuencia.

3. Ingeniería de Comunicaciones

Los medidores de frecuencia son también importantes instrumentos de medida en la ingeniería de telecomunicaciones. Por ejemplo, se utilizan para ajustar la frecuencia de los transmisores y para evaluar la frecuencia de los receptores. También se utilizan para el análisis de fallos en las radiocomunicaciones.

4. Medición de Potencia

Los medidores de frecuencia también se utilizan para medir la potencia. Por ejemplo, se utilizan para evaluar la frecuencia de generadores y transformadores. También se utilizan para evaluar la eficiencia de la potencia de CA en convertidores de frecuencia.

5. Diseño de Sistemas

Los medidores de frecuencia también se utilizan en el diseño de sistemas. Por ejemplo, se utilizan para evaluar la respuesta en frecuencia de sistemas completos y para diseñar circuitos de conversión de frecuencia.

6. Mediciones Acústicas

En los espacios acústicos, los medidores de frecuencia se utilizan como monitores para comprobar la reflexión y absorción del sonido, crear un campo sonoro uniforme y comprobar la intensidad y frecuencia de las vibraciones emitidas por los equipos.

Por ejemplo, en el habitáculo de un vehículo se crea un espacio acústico complejo por la reflexión del sonido en el parabrisas y el cristal trasero, la absorción del sonido en los asientos y el suelo, y el ruido del motor. Para crear un sonido confortable, se comprueba la frecuencia y la distribución de la intensidad de la señal con un medidores de frecuencia y se refuerzan o debilitan los agudos y los graves con un ecualizador para crear un espacio acústico confortable.

Principio de los Medidores de Frecuencia

Los medidores de frecuencia suelen utilizarse en combinación con otros instrumentos de medida, como los osciloscopios. Los medidores de frecuencia son de sobremesa, portátiles, de alta frecuencia, de baja frecuencia, de radiofrecuencia y de microondas.

Los medidores de frecuencia constan de una sección de conformación de forma de onda, un generador de impulsos de tiempo de referencia, una sección de compuerta y una sección de visualización. La señal de entrada se transforma en un tren de impulsos en la sección de conformación de la forma de onda y en el generador de impulsos de tiempo de referencia se genera un impulso con una anchura de tiempo precisa de 0,1 s o 1 s. La sección de puerta conmuta la señal de entrada en un tren de impulsos.

La sección de compuerta conmuta la señal de entrada conformada en un tren de impulsos con impulsos que tienen esta anchura de tiempo. El número de impulsos obtenido aquí se procesa y se envía a la unidad de visualización. Por ejemplo, si la anchura de tiempo es de 1 s y el número de trenes de impulsos de entrada es de 10, la frecuencia es de 10 Hz.

Hay que tener cuidado al medir, ya que la forma de onda del pulso puede volverse inestable si contiene ruido, lo que podría dar lugar a una medición de frecuencia errónea.

Otra Información sobre Medidores de Frecuencia

1. Ventajas de los Medidores de Frecuencia

La ventaja de los medidores de frecuencia es que pueden medir no sólo la frecuencia, sino también el periodo, el servicio, etc. los medidores de frecuencia se utilizan para comprobar el funcionamiento de los circuitos electrónicos mediante la visualización digital de la frecuencia.

Pueden utilizarse como monitores para ajustar la frecuencia de oscilación a un valor predeterminado o para comprobar la estabilidad de la oscilación (fluctuación de frecuencia). El principio se utiliza para mediciones de vibraciones y acústicas. En esta aplicación, la señal de entrada se transforma en Fourier y se representa gráficamente en forma de espectro.

Otras aplicaciones diversas son la observación de formas de onda y el procesamiento de señales en el campo de la electrónica, las mediciones ultrasónicas en el ámbito médico, las mediciones de ondas electromagnéticas y los estudios medioambientales.

2. Aplicaciones de los Medidores de Frecuencia

Los medidores de frecuencia se suministran con aplicaciones que no sólo cuantifican la frecuencia de la señal de entrada, sino que también la grafican. Aunque no es posible comprobar los componentes de oscilación y ruido utilizando sólo los números, la operación FFT puede aislar los componentes de frecuencia y representar gráficamente sus respectivas intensidades.

Se proporcionan aplicaciones para expresar la calidad de la señal de una forma visual fácil de entender, como mostrar la intensidad de los lóbulos laterales que aparecen junto a la señal principal, promediar la señal de entrada para eliminar el ruido repentino y obtener mediciones precisas, y expresar el bamboleo de la señal en términos de tonos de color.