Actualizado a: 15 de mayo de 2023
En el apasionante mundo de la informática, la placas base son los cimientos fundamentales sobre los que se construyen las computadoras.
Estas impresionantes piezas de hardware albergan una compleja red de componentes electrónicos interconectados que permiten el funcionamiento del sistema y de todos los elementos auxiliares o periféricos conectados.
Sin embargo, para muchos, comprender la anatomía y las partes de una placa base puede ser algo complejo. Es por eso que aquí te vamos a ayudar a que las placas base no tengan secretos para ti…
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Si tienes una placa base a mano, te recomiendo un ejercicio con el que vas a aprender bastante. Y es simplemente ir chip a chip, componente a componente, leyendo la instrucción de la marca y modelo del componente y buscar datasheets en Internet para ver qué hace cada cosa…
PCB
Un PCB (Printed Circuit Board) es una placa de circuito impreso, una base física en la que se montan y conectan diversos componentes electrónicos.
Se compone de un sustrato no conductivo, generalmente de fibra de vidrio o cerámica, que tiene capas de cobre que forman trazas conductoras en su superficie. Estas trazas permiten la conexión eléctrica entre los diferentes componentes de la placa.
Además, en las placas base actuales, los diseños son tan complejos y tienen tantas pistas de interconexión que se suelen fabricar con múltiples capas.
Muchas de ellas están entre las 6 y las 10 capas, para que te hagas una idea de su complejidad, ya que todas las pistas no cabrían en su cara frontal ni posterior.
Los componentes de esta PCB se pueden soldar de varias formas, que son:
- SMT (Surface Mount Technology) se refieren a dos métodos diferentes de montaje de componentes en una placa base. En la tecnología SMT, los componentes se montan directamente sobre la superficie de la placa, soldándolos mediante pequeñas soldaduras de pasta de soldadura o soldadura por reflujo. Los componentes SMT son más pequeños y planos, lo que permite un mayor grado de integración y densidad en el diseño de la placa base.
- THT (Through-Hole Technology) una tecnología donde los componentes tienen terminales o pines que atraviesan agujeros en la placa y se sueldan en la cara opuesta. Estos componentes son más grandes y tienen una forma más tradicional. El montaje THT proporciona una mayor resistencia mecánica y estabilidad en comparación con el SMT, siendo adecuado para componentes que requieren una mayor disipación de calor o una mayor capacidad de corriente.
Ambos métodos de montaje tienen sus ventajas y se utilizan en función de los requisitos específicos de diseño y fabricación de la placa base.
La tecnología SMT ha ganado popularidad en los últimos años debido a su capacidad para producir placas más compactas y eficientes en términos de espacio, mientras que la tecnología THT todavía se utiliza ampliamente para componentes que requieren una mayor robustez y durabilidad.
Componentes electrónicos
En una PCB, como la placa base, pueden encontrarse diversos componentes electrónicos esenciales que desempeñan funciones específicas para el funcionamiento del sistema. Algunos de los componentes más comunes son:
- Resistencias: limitan el flujo de corriente en un circuito. Son utilizadas para controlar la intensidad de la corriente eléctrica o para dividir el voltaje.
- Condensadores: almacenan energía en forma de carga eléctrica. Se utilizan para filtrar ruidos, estabilizar voltajes y almacenar energía temporalmente.
- Diodos: permiten el flujo de corriente eléctrica en una sola dirección. Se utilizan para rectificar corriente alterna, proteger circuitos de polaridad inversa y generar señales en circuitos de comunicación.
- Transistores: son amplificadores y conmutadores electrónicos. Pueden amplificar señales eléctricas, regular el flujo de corriente y controlar la conmutación de circuitos.
- Circuitos integrados: IC o CI o chips, como los quieras llamar, son componentes que contienen circuitos miniaturizados en una pastilla de semiconductor, como pueden ser chips de memoria, controladores, etc.
- Conectores: permiten la conexión física entre la PCB y otros dispositivos o componentes. Por ejemplo, pueden ser en forma de cabezal, como un puerto, como una ranura o slot, o como un socket o zócalo.
Estos componentes son los que pueden estar ensamblados o soldados a la PCB de la placa base con técnicas como la SMT o THT que cité anteriormente.
Más información sobre cómo funcionan estos componentes en este artículo.
Oscilador (Xtal)
Un XTAL (cristal) u oscilador, también denominado generador de señal de reloj, es un componente utilizado en una placa base para generar una señal de frecuencia de reloj precisa y estable. La frecuencia de reloj es esencial para sincronizar y regular el funcionamiento de todos los componentes de la placa base y del sistema en general.
Consiste en un cristal de cuarzo cortado de manera precisa, que presenta una propiedad llamada efecto piezoeléctrico. Cuando se aplica un voltaje al cristal, este vibra mecánicamente a una frecuencia natural específica.
Esta vibración se convierte en una señal eléctrica de frecuencia estable y precisa. El oscilador, por otro lado, es un circuito electrónico que utiliza el cristal como elemento clave para generar una señal de frecuencia de reloj. El oscilador proporciona la energía necesaria para excitar el cristal y mantiene su oscilación constante. Puede haber diferentes tipos de osciladores, como osciladores de cristal, osciladores de resonancia cerámica o osciladores de circuito integrado.
La frecuencia generada por el XTAL u oscilador determina la velocidad de funcionamiento de la placa base y afecta el rendimiento general del sistema. La frecuencia de reloj se mide en hercios (Hz) y se refiere a la cantidad de ciclos completos que se producen por segundo.
Las placas base modernas suelen utilizar osciladores que pueden ser de 25 Mhz o similares, sin embargo, mediante multiplicadores de frecuencia, a través del bus, se irá multiplicando para generar la frecuencia necesaria para la CPU, memoria RAM, etc.
Por ejemplo, esos 25 Mhz pueden multiplicarse por 8x para conseguir un bus de 200 Mhz, y este bus de la placa base a su vez multiplicarse por x16 para generar una frecuencia de 3.2 Ghz para la CPU, por ejemplo…
VRM
Un VRM (Voltage Regulator Module) es un componente esencial en una placa base que se encarga de regular y suministrar voltaje de manera precisa a los diferentes componentes del sistema, como el procesador.
Y lo puedes ver justo alrededor del socket o alrededor de la CPU si es de tipo BGA. Su función principal es convertir y estabilizar el voltaje de entrada proveniente de la fuente de alimentación a un nivel adecuado para el funcionamiento de los componentes.
Un VRM consta de varias partes clave, entre las cuales se encuentran:
- Condensadores: se utilizan para almacenar y liberar energía eléctrica de manera rápida. Ayudan a mantener la estabilidad del voltaje suministrado, filtrando posibles fluctuaciones o ruidos.
- Choke (Inductor): también conocido como bobina o inductor, es un componente que almacena energía magnética y actúa como un filtro. Ayuda a suavizar y regular la corriente eléctrica que fluye hacia los componentes, evitando fluctuaciones y picos indeseables.
- PWM chip (Controlador de Modulación de Ancho de Pulso): es un circuito integrado que controla la regulación del voltaje. Es responsable de ajustar y mantener la salida de voltaje del VRM de acuerdo con las demandas del sistema. El PWM chip recibe señales de retroalimentación del sistema para ajustar la cantidad de energía que se entrega.
- MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): son dispositivos electrónicos que se utilizan en el VRM para regular y controlar el flujo de corriente. Actúan como interruptores electrónicos que permiten o bloquean el paso de energía hacia los componentes según las señales enviadas por el PWM chip. Los MOSFET son esenciales para la eficiencia y regulación precisa del voltaje en el VRM.
En conjunto, estos componentes trabajan en sinergia dentro del VRM para asegurar un suministro de voltaje estable y adecuado para un componente tan crítico como la CPU. Además, deben ser sistemas dinámicos para adaptarse a lo que conocemos como DVFS.
Socket de la CPU
Un socket o zócalo de CPU es el mecanismo físico presente en una placa base que permite la conexión e instalación de un procesador. Es una estructura que proporciona un enlace eléctrico y mecánico entre el procesador y la placa base.
Está diseñado de forma específica para un tipo o familia de procesadores, ya que cada fabricante de procesadores (como Intel o AMD) utiliza diseños y pines diferentes. El socket asegura la alineación correcta de los pines del procesador con los contactos correspondientes en la placa base. Además, pueden ser de diferentes tipos, como los LGA, los PGA, etc.
El socket de la CPU también es responsable de proporcionar alimentación eléctrica al procesador y facilitar la comunicación entre el procesador y otros componentes del sistema, como la memoria RAM y el chipset de la placa base.
En el caso de las placas base para portátiles, miniPCs, AIO, etc., puede que la CPU no tenga socket, sino que esté soldada en la propia placa base. Es decir, en este caso son diseños BGA.
Chipset
Para más información, leer este artículo dedicado al chipset.
Slot para memoria RAM
El slot DIMM (Dual In-line Memory Module) y el slot SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module) son los tipos de conectores utilizados en las placas base para insertar y conectar los módulos de memoria RAM. Ambos tipos de slots cumplen la misma función, pero se diferencian en su tamaño y aplicaciones específicas.
El slot DIMM se utiliza comúnmente para PCs de escritorio, servidores y HPC. Por otro lado, el slot SO-DIMM se utiliza en equipos portátiles. Además, existen muchas placas base, especialmente de portátiles, que tienen la memoria RAM soldada en la placa, como es el caso de la variante LPDDR, por lo que no se podrá ampliar o sustituir.
Ranuras de expansión
Las ranuras de expansión de una placa base son conectores físicos diseñados para permitir la instalación de tarjetas de expansión adicionales en un sistema informático. Estas ranuras proporcionan una forma de ampliar las capacidades y funcionalidades de la placa base al agregar componentes adicionales que no están integrados en la placa base de forma predeterminada.
Las tarjetas de expansión se insertan en estas ranuras para proporcionar funciones adicionales al sistema. Algunos ejemplos comunes de tarjetas de expansión incluyen tarjetas gráficas, tarjetas de sonido, tarjetas de red, tarjetas de captura de video y tarjetas de almacenamiento adicional, entre otras.
Las ranuras de expansión más utilizadas en las placas base actuales son las PCIe o PCI Express de distintos carriles, como los x16, x8, etc.
BIOS/UEFI (firmware)
El BIOS (Basic Input/Output System) y el UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) son programas de firmware que se ejecutan en una placa base y proporcionan una interfaz entre el hardware de la computadora y el sistema operativo.
El BIOS fue el estándar predominante durante mucho tiempo y todavía se encuentra en algunas placas base. Proporciona las instrucciones básicas para que la computadora inicie correctamente y se comunique con los dispositivos de hardware, como el disco duro, la tarjeta gráfica y los periféricos.
El BIOS también permite acceder y modificar ciertos parámetros de configuración, como la fecha y hora del sistema, la secuencia de arranque y la detección de dispositivos.
El UEFI es una evolución del BIOS que ofrece una interfaz más avanzada y flexible. Es compatible con sistemas operativos modernos y proporciona características adicionales, como una interfaz gráfica más amigable, soporte para discos duros grandes (> 2TB), inicio seguro y capacidades de red.
El UEFI también ofrece una arquitectura más modular y extensible, lo que permite un mayor grado de personalización y compatibilidad con hardware y software.
Pila o batería de la CMOS
Muchas placas base están equipadas con una batería tipo CR2032 de litio con una capacidad de 3V, cuya vida útil varía entre 3 y 5 años según el uso.
Esta batería es responsable de mantener en funcionamiento el RTC (Real-Time Clock), el cual se encarga de mantener la hora y la fecha actualizadas incluso cuando el equipo está apagado y no recibe alimentación de la PSU (Unidad de Suministro de Energía).
RTC
Es un chip RTC (Real Time Clock) que también suele estar situado próximo al BIOS/UEFI y a la pila, y con marcas como Dallas, Odin, etc. Su cometido, como su propio nombre indica, es el de mantener la hora y fecha actuales gracias a la alimentación de la pila.
Puertos E/S
Los puertos de E/S (Entrada/Salida) de una placa base son los puntos de conexión física a través de los cuales se comunican los dispositivos externos con el sistema. Estos puertos permiten la transferencia de datos, la conexión de periféricos y la interacción con el mundo exterior.
Algunos se sitúa en la parte trasera de la placa base, como los RJ-45, USB-C, Jacks de sonido, USB-A, etc. Otros en cambio están en la superficie de la propia placa base, como pueden ser los mSATA, SATA, IDE, etc.
Chips controladores
Los puertos de E/S que hemos citado en el apartado anterior necesitan de unos chips controladores que se encargan de gestionar el tráfico entrante y saliente de estos puertos. Por ejemplo, puede haber chips controladores para los puertos USB, otros para el teclado, etc. No obstante, muchos han sido integrados en el chipset.
Super I/O
Más información en este artículo que dediqué especialmente a este chip.
Adaptadores integrados
Marcas como Realtek, Creative, Marvell, Qualcomm, Intel, etc., también suelen suministrar chips que se integran a las placas base y que se encargan de trabajar como adaptadores integrados. Por ejemplo, pueden ser un chip de tarjeta de sonido integrado en la propia placa base, un adaptador de red cableada o inalámbrica (WiFi + Bluetooth), etc.
Refrigeración on-board y elementos implicados
Por supuesto, las placas base también pueden incluir algunos elementos de refrigeración para los diferentes elementos integrados en la PCB que se suelen sobrecalentar. Por ejemplo, podemos ver disipadores, heatpipes o ventiladores para el chipset, disipadores para elementos como los MOSFET del VRM, etc.
Además, las modernas placas base han incluido escudos hechos de material conductor que no solo tapan los elementos superficiales para mejorar la estética, también sirven como disipadores.
Por supuesto, también tendremos sistemas como el soporte o anclaje de la refrigeración de la CPU, que suele estar alrededor o integrada en el socket, ya que estos sistemas pueden ser de diversos fabricantes y se compran de forma independiente a la placa base.
Conectores de alimentación
El conector de alimentación ATX (también puede ser de otros estándares, según el factor de forma, aunque el ATX es el más popular) de una placa base es un conector eléctrico que proporciona la energía necesaria para el funcionamiento de la placa base y otros componentes del sistema.
El conector de alimentación ATX se encuentra en la placa base y se conecta a la fuente de alimentación del equipo.
Para conocer más acerca de este conector y de los factores de forma, puedes consultar estos otros artículos.
Conectores on-board
En las placas base también podemos encontrar diferentes cabezales o pines para conectar otros elementos auxiliares.
Uno de los cabezales más importantes es el de los conectores del panel del sistema, donde irán conectados los cables de la torre para la señal de reset, encendido y apagado, el speaker (un pequeño altavoz que suele venir en las torres y que emite pitidos o beeps para informar de errores durante el arranque o P.O.S.T. del BIOS/UEFI), etc.
También puede haber otros tipos de pines para conectar jumpers de configuración, para conectar los ventiladores de la CPU (CPU_Fan) o de la caja (Case-Fan), GPIO configurables para propósito general, etc. La inmensa mayoría se identifican fácilmente, ya que tienen inscripciones impresas en la propia superficie de la PCB para indicar su función.
En el pasado también había otros elementos adicionales en las placas base que eran muy comunes, como los jumpers para configurar ciertos parámetros como el voltaje, la frecuencia de reloj, etc., ya que en una misma placa base se podían instalar varios procesadores muy diferentes.
Estos jumpers se sustituyeron más tarde por interruptores DIP o switches DIP, y en la actualidad estas configuraciones se realizan de forma automática o se pueden controlar mediante el firmware.
OnBoard LED / Display
Algunas placas base cuentan con LEDs integrados que proporcionan indicaciones visuales de eventos importantes, como encendido u otro estado.
En el pasado, algunas placas base también incluían un display LED de 7 segmentos que mostraba códigos numéricos utilizados para detectar problemas o proporcionar información sobre el estado de la placa.
Es decir, básicamente es como una tarjeta P.O.S.T. integrada que mostrará códigos que se pueden interpretar para saber si la placa base está bien o si hay algún fallo en alguno de los componentes.
Agujero de montaje
Los agujeros en la placa base cumplen varias funciones importantes. Permiten fijar la placa base de manera segura al chasis de la computadora. Estos agujeros están alineados con los orificios correspondientes en el chasis, lo que permite que la placa base se coloque correctamente y se mantenga en su lugar. Esto garantiza una instalación estable y evita que la placa base se mueva o se dañe debido a vibraciones o movimientos.
En ellos se podrán introducir los tornillos necesarios para la sujeción, que son tornillos de tamaño estándar. Además, entre el chasis o soporte de la torre y la placa base, habrá otros elementos denominados espaciadores o separadores.
Estos son pequeños cilindros o casquillos de metal o plástico que se colocan entre la placa base y el chasis de la torre. Los espaciadores aseguran que la placa base esté elevada y separada del chasis, evitando así cortocircuitos y daños causados por el contacto directo entre la placa base y el chasis metálico.
Los espaciadores también ayudan a proporcionar una mejor ventilación y reducir la transferencia de vibraciones y ruidos no deseados entre la placa base y el chasis.
Conclusión
Como puedes ver, una placa base es un elemento muy importante para el funcionamiento de un ordenador, pero también muy complejo. Conforme pasa el tiempo se están volviendo cada vez más complejos. Sin embargo, aquí tienes un buen resumen para saber qué es cada una de las principales partes y cuál es su función.
