高速CMOS邏輯雙可重觸發(fā)精密單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器CD54HC4538/CD74HC4538/CD54HCT4538/CD74HCT4538深度解析

在電子設(shè)計的領(lǐng)域中，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種常見且重要的電路元件，它在定時、脈沖生成等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。今天，我們就來深入探討一下Harris Semiconductor推出的CD54HC4538、CD74HC4538、CD54HCT4538和CD74HCT4538這幾款高速CMOS邏輯雙可重觸發(fā)精密單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。

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一、器件概述

這幾款器件專為固定電壓定時應(yīng)用而設(shè)計，具有雙可重觸發(fā)/可復(fù)位功能。通過外部電阻 $R{X}$ 和外部電容 $C{X}$ 來控制電路的定時和精度，調(diào)整 $R{X}$ 和 $C{X}$ 可以在Q和Q端子上獲得寬范圍的輸出脈沖寬度。而且，從觸發(fā)輸入到輸出轉(zhuǎn)換的傳播延遲以及從復(fù)位輸入到輸出轉(zhuǎn)換的傳播延遲與 $R{X}$ 和 $C{X}$ 無關(guān)，這一特性為設(shè)計帶來了很大的便利。

二、特性亮點

1. 觸發(fā)與復(fù)位特性

• 具有可重觸發(fā)/可復(fù)位能力，能夠根據(jù)需要靈活控制輸出脈沖。
• 觸發(fā)和復(fù)位傳播延遲獨立于 $R{X}$ 和 $C{X}$，保證了在不同外部元件參數(shù)下的穩(wěn)定性。
• 支持從輸入脈沖的上升沿（A）或下降沿（B）進(jìn)行觸發(fā)，為不同的應(yīng)用場景提供了更多選擇。

2. 輸出特性

• 提供Q和Q緩沖輸出，方便與其他電路進(jìn)行連接。
• 具有獨立的復(fù)位功能，可對每個單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行單獨控制。
• 輸出脈沖寬度范圍寬，能滿足多種不同的定時需求。

3. 輸入特性

A和B輸入端采用施密特觸發(fā)輸入，可有效抑制噪聲干擾，提高電路的抗干擾能力。

4. 其他特性

• 可重觸發(fā)時間獨立于 $C_{X}$，進(jìn)一步增強了電路的穩(wěn)定性。
• 具有較寬的扇出能力，標(biāo)準(zhǔn)輸出可驅(qū)動10個LSTTL負(fù)載，總線驅(qū)動輸出可驅(qū)動15個LSTTL負(fù)載。
• 工作溫度范圍寬，可達(dá) -55°C至125°C，適用于各種惡劣的工作環(huán)境。
• 與LSTTL邏輯IC相比，顯著降低了功耗，符合節(jié)能環(huán)保的設(shè)計趨勢。

5. 不同類型特性

• HC類型：工作電壓范圍為2V至6V，具有較高的抗噪聲能力，在 $V{CC}=5V$ 時，$N{IL}=30%$，$N_{IH}=30%$ 。
• HCT類型：工作電壓范圍為4.5V至5.5V，與LSTTL輸入邏輯直接兼容，$V{IL}=0.8V$（最大），$V{IH}=2V$（最?。?，同時也具備CMOS輸入兼容性。

三、引腳與封裝

1. 引腳排列

不同型號的器件在引腳排列上可能會有所不同，但總體上都遵循一定的規(guī)律。例如，CD54HC4538、CD54HCT4538采用CERDIP封裝，CD74HC4538有PDIP、SOIC、SOP、TSSOP等多種封裝形式，CD74HCT4538有PDIP、SOIC封裝。在進(jìn)行PCB設(shè)計時，需要根據(jù)具體的封裝形式來合理布局引腳。

2. 封裝類型

不同的封裝類型適用于不同的應(yīng)用場景。例如，PDIP封裝適合手工焊接和測試，而SOIC、SOP、TSSOP等表面貼裝封裝則更適合大規(guī)模生產(chǎn)和高密度電路板設(shè)計。

四、工作原理與模式

1. 工作原理

通過外部電阻 $R{X}$ 和電容 $C{X}$ 的組合來確定輸出脈沖的寬度。當(dāng)觸發(fā)信號到來時，電路開始計時，直到達(dá)到由 $R{X}$ 和 $C{X}$ 決定的時間后，輸出狀態(tài)發(fā)生改變。

2. 工作模式

• 可重觸發(fā)模式：在輸出脈沖期間，如果有新的觸發(fā)脈沖到來，輸出脈沖寬度將延長一個完整的時間周期（T）。
• 不可重觸發(fā)模式：時間周期（T）從第一個觸發(fā)脈沖的應(yīng)用開始計算，在這個周期內(nèi)，新的觸發(fā)脈沖不會影響輸出脈沖寬度。

五、電氣參數(shù)

1. 絕對最大額定值

包括直流電源電壓（$V_{CC}$）范圍為 -0.5V至7V，直流輸入和輸出二極管電流限制，以及每個輸出引腳的直流輸出源或灌電流等參數(shù)。在使用時，必須確保器件工作在這些額定值范圍內(nèi)，否則可能會導(dǎo)致器件損壞。

2. 熱信息

不同封裝的器件具有不同的熱阻特性，例如E（PDIP）封裝的熱阻為67°C/W，M（SOIC）封裝為73°C/W等。在進(jìn)行散熱設(shè)計時，需要考慮這些熱阻參數(shù)，以確保器件在工作過程中不會過熱。

3. 工作條件

• HC類型的工作電壓范圍為2V至6V，HCT類型為4.5V至5.5V。
• 輸入和輸出電壓范圍與電源電壓相關(guān)，輸入上升和下降時間也有一定的限制。
• 外部定時電阻 $R{X}$ 的最小值為5kΩ，外部定時電容 $C{X}$ 的最小值為0pF。

4. 直流電氣規(guī)格

包括高電平輸入電壓、低電平輸入電壓、高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、輸入泄漏電流、靜態(tài)器件電流、有源器件電流等參數(shù)。這些參數(shù)在不同的溫度和電源電壓條件下會有所變化，在設(shè)計時需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景進(jìn)行考慮。

5. 開關(guān)規(guī)格

給出了不同參數(shù)（如傳播延遲、輸出過渡時間、輸出脈沖寬度等）在不同電源電壓和負(fù)載電容條件下的測試結(jié)果。這些參數(shù)對于評估器件的動態(tài)性能非常重要，在高速電路設(shè)計中需要特別關(guān)注。

六、測試與應(yīng)用注意事項

1. 測試電路與波形

文檔中提供了HC和HCT類型器件的過渡時間和傳播延遲時間的測試電路和波形圖，通過這些測試電路可以準(zhǔn)確測量器件的各項性能參數(shù)。

2. 典型性能曲線

包括K因子與直流電源電壓、K因子與 $C_{X}$、最小可重觸發(fā)時間與定時電容等關(guān)系的曲線。這些曲線可以幫助我們更好地理解器件的性能特點，在設(shè)計時進(jìn)行合理的參數(shù)選擇。

3. 掉電模式保護(hù)

在快速掉電情況下，如電源短路且電源濾波不佳時，$C{X}$ 中存儲的能量可能會放電到引腳2或14，導(dǎo)致器件損壞。為避免這種情況，當(dāng) $C{X}$ ≥ 0.5μF時，應(yīng)提供一個額定電流為1安培或更高的保護(hù)二極管（如1N5395或等效器件），并為 $C{X}$ 提供單獨的接地回路。另外，也可以在 $C{X}$ 串聯(lián)一個51Ω的限流電阻，但這樣會導(dǎo)致脈沖寬度略有減小，需要適當(dāng)增大 $R_{X}$ 來獲得原來期望的脈沖寬度。

七、結(jié)論

CD54HC4538、CD74HC4538、CD54HCT4538和CD74HCT4538這幾款高速CMOS邏輯雙可重觸發(fā)精密單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以其豐富的功能特性、廣泛的工作范圍和良好的電氣性能，在電子設(shè)計中具有很高的應(yīng)用價值。但是，在使用過程中，我們需要充分了解其各項參數(shù)和特性，注意測試和應(yīng)用過程中的細(xì)節(jié)，以確保器件能夠穩(wěn)定、可靠地工作。大家在實際設(shè)計中遇到過哪些與單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器相關(guān)的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。