Cómo probar un circuito integrado.

Un circuito integrado ( IC = integrated circuit, chip o microchip en inglés) es un componente electrónico que agrupa varios elementos en su interior, como: transistores, diodos y resistencias. Pocas veces incluyen condensadores y bobinas porque ocupan mucho espacio, por lo que dichos componentes deben ponerse afuera del circuito integrado.

Su complejidad se define usualmente por el número de transistores que posea, ya que es el elemento activo que marca la diferencia.

Pueden tener desde unos cuantos transistores  hasta millones de ellos. Según sea el número de componentes en su interior, el circuito integrado recibe su clasificación como:

SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores

MSI (Medium Scale Integration) nivel medio: 101 a 1.000 transistores

LSI (Large Scale Integration) nivel medio superior: 1.001 a 10.000 transistores

VLSI (Very Large Scale Integration) nivel grande: 10.001 a 100.000 transistores

ULSI (Ultra Large Scale Integration) nivel extra grande: 100.001 a 1’000.000 de transistores.

GLSI (Giga Large Scale Integration) nivel ultra grande: más de un millón de transistores.

Los circuitos integrados están fabricados de una pequeña oblea de silicio, la cual esta cableada desde su interior hasta el exterior haciendo contacto con los terminales que forman parte de su encapsulado.

 

El fabricante de circuitos integrados incluye alguna información sobre el encapsulado que puede ser SMD “Surface Mounted Device” (Dispositivo de Montaje Superficial)  o Through hole (Agujero pasante).

Para identificar  a cada uno de ellos, como: referencia, logo de la marca, año y semana de fabricación.

 

Tipos de circuitos integrados: Existen diversos tipos de circuitos integrados, por encapsulado y según la función que pueda realizar. Los encapsulados más comunes son:

DIP “dual in line package” paquete de doble línea, SOP, TSSOP, SOT, SOIC, PLCC, SOJ, QFT, BGA, entre otros.

 

Los circuitos integrados pueden ser construidos para realizar funciones específicas (análogas o digitales) o fijas “specific integrated circuit”  es decir que solo realizan la tarea para la cual fueron hechos.

Los circuitos integrados análogos: sus entradas y salidas pueden tomar cualquier valor comprendido entre su rango de alimentación. Se usan usualmente como amplificadores, osciladores o como reguladores de voltaje. Los amplificadores operacionales son fieles representantes de la electrónica análoga.

Los circuitos integrados digitales: estos solo pueden tener dos estados posibles 1 y 0

Pues obedecen al sistema booleano binario. Sus entradas y salidas toman valores lógicos basados en el riel positivo para el estado alto ó 1 y el riel negativo para el estado bajo ó 0.

Los circuitos integrados programables: estos  pueden ser personalizados o programados, como en el caso de los microcontroladores, microprocesadores y FPGA. Estos circuitos integrados realizan tareas dependiendo de las instrucciones contenidas en un firmware o programa.

Cambiando dicho programa podemos también cambiar las funciones del circuito integrado. Así que podemos tener dos circuitos integrados con la misma referencia, pero haciendo funciones o tareas diferentes…quizás en una misma tarjeta de circuito impreso.

 

Cómo probar un circuito integrado.

 

Las pruebas en circuitos integrados suelen ser complejas. Depende mayormente del grado de integración del mismo; algunos circuitos integrados desempeñan funciones simples y son fáciles de probar.

Pero los de categorías superiores como microprocesadores y microcontroladores entre otros, se debe recurrir a toda la información posible para realizar un diagnóstico correcto del mismo.

Existen algunos métodos generalizados que nos pueden ayudar a diagnosticar un posible fallo en un circuito integrado, veamos a continuación.

- Observe el circuito integrado, quizás detecte abultamientos en su superficie, lo cual es indicativo de un posible cortocircuito en su interior.

- Revise los terminales o pines del circuito integrado; debido al paso del tiempo los terminales suelen oxidarse y degradarse, lo que puede interrumpir una o varias de sus funciones.

- Si físicamente no encontramos algo anormal en él, entonces tome una guía de semiconductores o busque en Internet la correspondiente Datasheet (hoja de datos) del circuito integrado.

- Ubique el o los pines de alimentación y mida el voltaje, deberá obtener los valores exactos o aproximados que se indican en la Datasheet.

- Mida el voltaje de alimentación; si obtiene un valor de alimentación igual o inferior a la mitad del valor real, deberá desoldar la terminal o pin de alimentación del circuito integrado.

Luego mida nuevamente el voltaje de alimentación, si el voltaje regresa a su valor real, es posible que el circuito integrado se encuentre en corto circuito.

- La prueba anterior no es totalmente segura, debido a que la fuente de alimentación puede tener problemas de regulación y esto causaría que el consumo normal de un circuito integrado sea suficiente para disminuir el voltaje de alimentación.

Para asegurarse de cuál de las dos partes involucradas es la del problema, debería tomar por ejemplo un motor de los utilizados en reproductores de DVD (o si tiene una carga electrónica mejor aún) y colocarlo entre la línea de alimentación y tierra.

Ahora mida el voltaje. Si el voltaje es normal entonces el circuito integrado esta averiado.

Si por el contrario la línea de alimentación se disminuye también con el motor, entonces la fuente de alimentación tiene un problema de regulación.

- Haga pruebas dinámicas. Ingrese una señal de prueba al circuito integrado y luego verifique su salida, teniendo en cuenta los datos técnicos especificados en la datasheet.

- Una buena opción, es la de utilizar los simuladores de circuitos; estos programas contienen distintos tipos de circuitos integrados, y quizás  encuentre el que es objeto de nuestras pruebas.

Si bien los simuladores de circuitos no son 100% confiables, en la mayoría de los casos dan buenos resultados.

Monte el circuito correspondiente a su circuito integrado; en muchas datasheet’s se suele dar un circuito de prueba.

Observando su funcionamiento podemos comparar los resultados con el del circuito real.

Dejamos de ultimo el que quizás sea el método más práctico para probar un circuito integrado… el mapa de impedancias.

 

El mapa de impedancias.

 

Todo circuito eléctrico y electrónico finalmente obedece a la ley de ohm. Todos los nodos, conexiones, uniones en un circuito tendrán una resistencia intrínseca que pertenece a cada punto en particular. Gracias a esta condición podremos medir dicha resistencia, directa o indirectamente… y la segunda suele ser la mejor.

Si recordamos la ley de ohm, esta nos dice que teniendo dos de sus tres valores (voltaje, corriente y resistencia) podremos hallar un tercer valor que es desconocido.

Así que utilizando la escala de diodos de nuestro multímetro que nos provee un voltaje a su salida y midiendo en cada terminal tendremos una caída de voltaje debido a la resistencia intrínseca de ese punto en particular.

¡Un momento! pero si estamos hablando de medir resistencia, ¿no es más fácil y obvio usar el óhmetro de nuestro multímetro? ¡claro que sí! pero sucede que un cambio pequeño de resistencia quizás no nos diga mucho sobre el estado de un circuito.

Pero ese pequeño cambio de resistencia si provocara un gran cambio en la corriente, sobre todo si usamos la escala de microamperios y ahí es donde estaremos detectando una anomalía en el circuito.

¡Espere! ¿no estábamos hablando de usar el voltaje de la escala de diodos? ¡sí!  y es que ambos métodos suelen funcionar, pero el autor de este articulo considera que en puntos rebeldes de los circuitos es mejor usar el método de la corriente (en microamperios) para detectar problemas, pero en la mayoría de los casos el método de la caída de voltaje desde la escala de diodos será suficiente. También podríamos usar los dos métodos combinados para hilar más fino.

Aclarar que esta técnica para probar circuitos integrados es válida si tenemos valores de referencia para compáralos con los que nosotros tomemos.

 Aplicando el método de la escala de diodos.

 

1- Desconectar de la alimentación el equipo bajo prueba.

2- Con el multímetro en escala de diodos, ponemos la punta positiva a tierra (Gnd) y con la punta negativa vamos tocando los terminales del circuito integrado. ¿Por qué la punta positiva a tierra? porque  así evitamos activar junturas de los diodos y/o alimentar circuitos integrados que modificarían la resistencia del circuito que nos alteraría todo.

3- Miramos los valores obtenidos en pantalla y lo comparamos con los valores de referencia. Si la diferencia es más del 20% entre los valores, podemos estar ante un circuito con problemas.

 Aplicando el método de la corriente.

 

1- Desconectar de la alimentación el equipo bajo prueba.

2- Necesitara de una pila de 3v del tipo CR2032, un pulsador y un multímetro en escala de microamperios para medir la corriente.

3- Coloque el amperímetro en serie con la alimentación que provee la pila de (observe el circuito de ejemplo). Con las puntas libres del multímetro toque los terminales del circuito integrado.

4- Compare los valores obtenidos con los valores de referencia. Si los valores difieren en más de un 20% estaríamos frente a un problema en el circuito bajo prueba.

Nota: No realice esta prueba en circuitos integrados al aire (fuera del circuito impreso) que son  susceptibles a descargas electrostáticas, pues podría dañarse. Si el IC se encuentra en el PCB no debería haber ningún problema. El circuito de prueba es solo un ejemplo básico, ya que puede contener más componentes.

5- También puede encontrar el circuito de prueba ya fabricado, el cual es conocido como dock test. El mismo es muy popular entre los técnicos reparadores de teléfonos móviles o celulares.