芝識(shí)課堂【CMOS邏輯IC基礎(chǔ)知識(shí)】—設(shè)計(jì)大業(yè)始于學(xué)會(huì)讀數(shù)據(jù)表（下）

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在前一講的芝識(shí)課堂中，我們以74VHC系列IC的數(shù)據(jù)表為例介紹了該器件數(shù)據(jù)表前兩頁(yè)所包含的各種重要基礎(chǔ)信息和管腳情況等內(nèi)容。今天的芝識(shí)課堂，我們帶大家一起精讀74VHC04FT產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中涉及到電氣特性的各種技術(shù)參數(shù)細(xì)節(jié)，通過(guò)了解這些細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)信息能夠讓您基于74VHC04FT實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

接下來(lái)我們來(lái)了解一下74VHC04FT的主要直流特性。

輸入電壓（VIH和VIL）：確定輸入信號(hào)為高或低的電壓稱為閾值電壓，74VHC04的輸入電壓（VIH和VIL）與供電電壓（VCC）之間遵循CMOS邏輯IC的標(biāo)準(zhǔn)，即VIH和VIL設(shè)計(jì)為1/2VCC，圖1是74VHC04的數(shù)據(jù)表中的直流特性對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。

輸出電流（IOH和IOL）：當(dāng)連接CMOS邏輯IC與LSI芯片時(shí)，輸出緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力和保證的輸出電流非常重要，CMOS邏輯IC在設(shè)計(jì)中用于提供對(duì)于IOH和IOL基本相同的驅(qū)動(dòng)能力。

圖1 74VHC04直流特性對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖

輸入電流（IIN）：由于CMOS邏輯IC是電壓驅(qū)動(dòng)IC，幾乎不需要輸入電流，74VHC04的輸入電流僅為漏電流，低至幾毫微安（nA）。

靜態(tài)供電電流（ICC）：CMOS器件在非活動(dòng)狀態(tài)下消耗的電流極為靜態(tài)供電電流。CMOS器件的靜態(tài)供電電流比其它類型的器件低得多，僅為漏電流，低至幾毫微安（nA）。

交流電氣特性也是邏輯IC不可缺少的部分，74VHC04FT的交流特性包括傳輸延遲時(shí)間（tpLH和tpHL）、功耗電容（CPD）和功耗電容（CPD）。

理想情況下，74VHC04的輸出信號(hào)應(yīng)立即響應(yīng)輸入信號(hào)的變化而發(fā)生變化，但實(shí)際上會(huì)存在延遲；對(duì)應(yīng)于輸入變化而發(fā)生輸出變化響應(yīng)所需的時(shí)間稱為傳輸延遲時(shí)間。在功耗電容方面，隨著工作頻率的增加，CMOS邏輯IC的電源電流會(huì)線性增加。74VHC04的輸入頻率（fIN）與電流（ICC）斜率如圖2所示。

圖2 74VHC04的輸入頻率（fIN）與電流（ICC）斜率

除了這些之外，交流特性還包括輸入容限功能，具有輸入容限功能的CMOS邏輯IC允許在電源激活或在0V時(shí)向輸入端施加高達(dá)最大工作電壓的電壓。輸入容限功能允許電平從較高電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓。通過(guò)精讀數(shù)據(jù)表可以很容易區(qū)分一個(gè)IC是否具有輸入容限功能。讓我們看一下TC74HC和74VHC系列IC的數(shù)據(jù)表，參閱工作范圍表中顯示的輸入電壓。TC74HC系列的數(shù)據(jù)表顯示VIN＝0至VCC。這意味著輸入引腳的最大容限為VCC。因此，TC74HC系列沒(méi)有輸入容限功能。相比之下，74VHC系列的數(shù)據(jù)表顯示VIN＝0至5.5V，這意味著無(wú)論VCC如何，均可將高達(dá)5.5V的電壓施加到輸入引腳。因此，74VHC系列具有輸入容限功能。請(qǐng)參考圖3的示意。

圖3 如何通過(guò)數(shù)據(jù)表區(qū)分IC是否具有輸入容限功能

與之對(duì)應(yīng)的是輸出容限功能，CMOS邏輯IC的輸出電路具有圖騰柱配置，由如下所示的一對(duì)p溝道和n溝道MOSFET組成。通常，CMOS邏輯IC在輸出端和電源之間有一個(gè)寄生二極管。當(dāng)在關(guān)斷狀態(tài)下向IC施加電壓或在打開(kāi)狀態(tài)下向具有三態(tài)輸出的IC（例如74LCX245）施加電壓時(shí)，寄生二極管就會(huì)導(dǎo)通。產(chǎn)生的大電流可能會(huì)損壞IC。即使將高于供電電壓（VCC）的電壓施加到輸出端，電流也不會(huì)流入具有這種寄生二極管的輸出配置的IC中。那么如何確定此IC具有輸出容限功能呢？讓我們看一下74VHC和74LCX系列IC的數(shù)據(jù)表，參閱工作范圍表中顯示的總線I/O電壓。74VHC245的數(shù)據(jù)表顯示VIO＝０至VCC。這意味著輸出引腳的最大容限為VCC。因此，74VHC245沒(méi)有輸出容限功能。相比之下，74LCX245的數(shù)據(jù)表顯示VIN＝0至5.5V，這意味著無(wú)論VCC如何，總線I/O引腳都可以施加高達(dá)5.5V的電壓。因此，74LCX245具有輸出容限功能，如圖4所示。

圖4 如何通過(guò)數(shù)據(jù)表區(qū)分IC是否具有輸出容限功能

掉電保護(hù)也是一個(gè)非常重要的電氣特性功能，為降低功耗，具有兩個(gè)電壓范圍（VCC1和VCC2）的系統(tǒng)可以提供局部掉電模式，其中由VCC1運(yùn)行的子系統(tǒng)將被關(guān)閉。例如，假設(shè)在電壓范圍VCC1內(nèi)使用74VHC系列。74VHC系列在輸出端和電源之間具有意外的寄生二極管。因此，當(dāng)VCC2>VCC1時(shí)，該寄生二極管導(dǎo)通。在這種情況下，產(chǎn)生的大電流可能會(huì)損壞IC。使用既沒(méi)有輸入也沒(méi)有輸出寄生二極管的IC（例如74VHCT、74LCX和74VCX系列）可以防止器件損壞。那么如何區(qū)分一個(gè)IC是否具有掉電保護(hù)功能呢，還是請(qǐng)看74VHC和74LCX系列IC的數(shù)據(jù)表中的直流特性表。74LCX245的數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定了斷電泄漏電流（IOFF），這表明即使在電源關(guān)閉時(shí)也幾乎沒(méi)有泄漏電流流動(dòng)。因此，74LCX245具有掉電保護(hù)功能。相反，由于74VHC245在輸出端和電源之間有一個(gè)寄生二極管，如果在相同條件下進(jìn)行測(cè)試，則會(huì)有大電流流過(guò)。因此，74VHC245沒(méi)有IOFF調(diào)節(jié)，也沒(méi)有掉電保護(hù)功能。參見(jiàn)圖5。

圖5 通過(guò)數(shù)據(jù)表的直流特性部分區(qū)分一個(gè)IC

是否具有掉電保護(hù)功能

通過(guò)今天我們的芝識(shí)課堂介紹，相信大家一定對(duì)如何通過(guò)數(shù)據(jù)表來(lái)了解器件的基本電氣相關(guān)特性有了一定認(rèn)識(shí)。在后續(xù)的使用中，這些特性將為您的設(shè)計(jì)過(guò)程提供非常實(shí)用的幫助，并讓您在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)細(xì)節(jié)部分得心應(yīng)手，從而高效精準(zhǔn)的完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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