74VHC123A雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在數(shù)字電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一類非常實(shí)用的器件，它能夠在接收到觸發(fā)信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)固定寬度的脈沖輸出。今天我們要介紹的74VHC123A雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，由Fairchild Semiconductor推出，具有高速、低功耗等特點(diǎn)，可應(yīng)用于眾多電子系統(tǒng)中。下面將從其特性、功能描述、工作條件、電氣特性等多個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

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一、器件特性

1. 電氣性能優(yōu)勢(shì)

• 高速運(yùn)行：在 (T{A}=25^{circ} C) 時(shí)，傳播延遲 (t{PD}=8.1ns)（典型值），這使得它能夠在高速數(shù)字系統(tǒng)中迅速響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)，滿足系統(tǒng)對(duì)速度的要求。
• 低功耗：在 (T{A}=25^{circ} C) 時(shí)，靜態(tài)功耗 (I{CC}=4 mu A)（最大值），在工作狀態(tài)下，有源狀態(tài)電流 (I_{CC}=600 mu A)（最大值），有效降低了系統(tǒng)的能耗，適合電池供電等對(duì)功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 高抗噪聲能力：其噪聲容限 (V{NIH}=V{NIL}=28 % ~V_{CC})（最小值），能在存在一定噪聲干擾的環(huán)境中穩(wěn)定工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2. 兼容性與保護(hù)功能

• 引腳與功能兼容：與74HC123A引腳和功能兼容，方便工程師在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)或替換。
• 電源關(guān)斷保護(hù)：所有輸入都具備電源關(guān)斷保護(hù)功能，防止因電源和輸入電壓不匹配而損壞器件。同時(shí)，輸入保護(hù)電路允許在輸入引腳施加0到7V的電壓，無(wú)需考慮電源電壓，可用于5V到3V系統(tǒng)以及雙電源系統(tǒng)（如電池備份）的接口。

二、功能描述

1. 待機(jī)狀態(tài)

在待機(jī)狀態(tài)下，外部電容 (C{x}) 會(huì)被完全充電至電源電壓 (V{CC}) 。連接到 (R{x}/C{x}) 節(jié)點(diǎn)的 (Q{p}) 和 (Q{N}) 晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)，與輸出脈沖定時(shí)相關(guān)的兩個(gè)比較器以及兩個(gè)參考電壓源也關(guān)閉，此時(shí)總電源電流僅為泄漏電流。

2. 觸發(fā)操作

觸發(fā)操作在以下三種情況下有效：

• 當(dāng) (bar{A}) 輸入為低電平，且B輸入有上升信號(hào)時(shí)；
• 當(dāng)B輸入為高電平，且A輸入有下降信號(hào)時(shí)；
• 當(dāng) (bar{A}) 輸入為低電平，B輸入為高電平，且 (CLR) 輸入有上升信號(hào)時(shí)。

觸發(fā)有效后，比較器 (C{1}) 和 (C{2}) 開(kāi)始工作， (Q{N}) 導(dǎo)通，外部電容通過(guò) (Q{N}) 放電。當(dāng) (R{x}/C{x}) 節(jié)點(diǎn)電壓下降到內(nèi)部參考電壓 (V{ref } L) 時(shí)，比較器 (C{1}) 輸出變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)器復(fù)位， (Q{N}) 關(guān)斷。之后， (R{x}/C{x}) 節(jié)點(diǎn)電壓開(kāi)始以由外部電容 (C{x}) 和電阻 (R{x}) 決定的時(shí)間常數(shù)上升。觸發(fā)時(shí)，輸出Q經(jīng)過(guò)內(nèi)部觸發(fā)器和門電路的一定延遲后變?yōu)楦唠娖?，?dāng) (R{x}/C{x}) 達(dá)到內(nèi)部參考電壓 (V{ref } H) 時(shí)，Q輸出變?yōu)榈碗娖?，比較器 (C{2}) 停止工作，器件回到單穩(wěn)態(tài)。輸出脈沖寬度 (t{w}) (OUT) 可近似表示為 (t{W}( OUT )=1.0 C{x} R_{x})（忽略電容放電時(shí)間和IC內(nèi)部延遲）。

3. 重觸發(fā)操作（74VHC123A）

在單穩(wěn)態(tài)期間，當(dāng)新的觸發(fā)信號(hào)施加到 (bar{A}) 或B輸入時(shí)，只有在器件對(duì) (C{x}) 充電時(shí)才有效。此時(shí) (R{x}/C{x}) 節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)再次下降到 (V{ref } L) 水平，若下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)在 (C{x}) 和 (R{x}) 設(shè)定的時(shí)間周期之前到來(lái)，Q輸出將保持高電平。但如果新觸發(fā)信號(hào)與前一個(gè)觸發(fā)信號(hào)非常接近（如在放電周期內(nèi)出現(xiàn)），則無(wú)效。最小有效觸發(fā)時(shí)間 (TRR) (Min) 取決于 (V{CC}) 和 (C{x}) 。

4. 復(fù)位操作

在正常工作時(shí)， (CLR) 輸入保持高電平。若 (CLR) 為低電平，觸發(fā)信號(hào)將無(wú)效，因?yàn)镼輸出被保持為低電平，觸發(fā)控制觸發(fā)器復(fù)位。同時(shí)， (Q{p}) 導(dǎo)通， (C{x}) 迅速充電至 (V_{CC}) ，器件進(jìn)入等待狀態(tài)。

三、工作條件與限制

1. 絕對(duì)最大額定值

為避免損壞器件，需注意其絕對(duì)最大額定值，如電源電壓范圍為 -0.5V 到 +7.0V ，直流輸入電壓范圍為 -0.5V 到 +7.0V 等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致器件損壞或影響其可靠性。

2. 推薦工作條件

推薦的工作條件能確保器件達(dá)到最佳性能。例如，電源電壓 (V{CC}) 范圍為2.0V 到 +5.5V ，輸入電壓 (V{IN}) 范圍為0V 到 +5.5V ，工作溫度 (T_{OPR}) 范圍為 -40°C 到 +85°C 。此外，未使用的輸入必須保持高電平或低電平，不能浮空。

3. 外部元件限制

• 外部電容 (C{x}) 理論上無(wú)限制，但 (C{x}) 和 (R{x}) 的最大允許值受電容 (C{x}) 泄漏、器件泄漏以及電路板布局和表面電阻的影響。當(dāng) (R_{x}>1 M Omega) 時(shí)，可能會(huì)受到外部噪聲信號(hào)的影響。
• 外部電阻 (R{x}) 要求在 (V{CC}=2.0V) 時(shí)， (R{x}>5kOmega) ；在 (V{CC}>3.0V) 時(shí)， (R_{x}>1kOmega) 。

四、電氣特性

1. 直流電氣特性

包括高電平輸入電壓 (V{IH}) 、低電平輸入電壓 (V{IL}) 、高電平輸出電壓 (V{OH}) 、低電平輸出電壓 (V{OL}) 、輸入泄漏電流 (I{IN}) 、靜態(tài)電源電流 (I{CC}) 等參數(shù)。這些參數(shù)隨電源電壓 (V{CC}) 和溫度 (T{A}) 的變化而有所不同，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的工作條件進(jìn)行選擇和考慮。

2. 交流電氣特性

涉及傳播延遲時(shí)間 (t{PLH}) 、 (t{PHL}) 、輸出脈沖寬度 (t{WOUT}) 、輸出脈沖寬度誤差 (Delta t{WOUT}) 、輸入電容 (C{IN}) 、功耗電容 (C{PD}) 等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估器件在交流信號(hào)下的性能至關(guān)重要，例如傳播延遲時(shí)間會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，輸出脈沖寬度則決定了觸發(fā)后的脈沖持續(xù)時(shí)間。其中，功耗電容 (C{PD}) 可用于計(jì)算平均工作電流 (I{CC}) (opr.) ，計(jì)算公式為 (I{C C} (opr.) =C{P D} cdot V{C C} cdot f{I N}+I{C C}^{1} cdot Duty / 100+I{C C} / 2)（每電路）。

3. 交流工作要求

規(guī)定了最小觸發(fā)脈沖寬度 (t{w}(L)) 、 (t{w}(H)) 、最小清除脈沖寬度 (t{w}(L)) 和最小重觸發(fā)時(shí)間 (t{RR}) 等參數(shù)。這些參數(shù)確保了器件在交流工作時(shí)能夠正確響應(yīng)觸發(fā)和清除信號(hào)，例如最小觸發(fā)脈沖寬度必須滿足一定要求，否則器件可能無(wú)法正常觸發(fā)。

五、封裝信息

該器件提供多種封裝形式，如16引腳小外形集成電路（SOIC）、16引腳小外形封裝（SOP）和16引腳薄收縮小外形封裝（TSSOP），分別對(duì)應(yīng)型號(hào)74VHC123AM、74VHC123ASJ和74VHC123AMTC。同時(shí)，還提供表面貼裝封裝的卷帶包裝，可通過(guò)在訂貨編號(hào)后附加后綴字母 “X” 來(lái)指定。

六、總結(jié)與思考

74VHC123A雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器憑借其高速、低功耗、高抗噪聲等特性，在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要綜合考慮器件的工作條件、電氣特性以及外部元件的選擇，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用74VHC123A進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。