SN54HC157和SN74HC157：高速CMOS多路復(fù)用器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，多路復(fù)用器是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇和路由的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的SN54HC157和SN74HC157這兩款高速硅柵CMOS多路復(fù)用器，了解它們的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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芯片特性與概述

特性亮點(diǎn)

• 寬工作電壓范圍：這兩款芯片的工作電壓范圍為2V至6V，能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，為設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。
• 低功耗：最大ICC電流僅為80μA，典型的傳播延遲時(shí)間tpd為11ns，在保證高速性能的同時(shí)，有效降低了功耗。
• 高驅(qū)動(dòng)能力：輸出能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)15個(gè)LSTTL負(fù)載，并且在5V電源下具有±6mA的輸出驅(qū)動(dòng)能力。
• 低輸入電流：最大輸入電流僅為1μA，減少了對(duì)前級(jí)電路的負(fù)載影響。

功能概述

SNx4HC157內(nèi)部包含四個(gè)2:1多路復(fù)用器，可用于選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)源之一。所有通道由相同的地址選擇（A/B）輸入和選通（G）輸入控制。當(dāng)選通端為高電平時(shí)，所有輸出將被強(qiáng)制拉低。

引腳配置與功能

引腳定義

引腳功能說(shuō)明

• 地址選擇（A/B）：用于選擇每個(gè)通道的輸入數(shù)據(jù)是來(lái)自A還是B。
• 選通（G）：低電平有效，當(dāng)G為低電平時(shí)，芯片正常工作；當(dāng)G為高電平時(shí)，所有輸出被強(qiáng)制拉低。
• 數(shù)據(jù)輸入（A和B）：每個(gè)通道有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)地址選擇信號(hào)進(jìn)行切換。
• 數(shù)據(jù)輸出（Y）：輸出所選通道的數(shù)據(jù)。

規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須確保芯片的工作條件不超過(guò)絕對(duì)最大額定值，否則可能會(huì)導(dǎo)致芯片永久性損壞。以下是一些關(guān)鍵的絕對(duì)最大額定值：

• 電源電壓范圍（Vcc）：-0.5V至7V
• 輸入鉗位電流（IK）：±20mA
• 輸出鉗位電流（IOK）：±20mA
• 連續(xù)輸出電流（Io）：±35mA
• 通過(guò)Vcc或GND的連續(xù)電流：±70mA
• 結(jié)溫（TJ）：150°C
• 存儲(chǔ)溫度（Tstg）：-65°C至150°C

推薦工作條件

電氣特性

開(kāi)關(guān)特性

應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

典型應(yīng)用

SNx4HC157可用于多種數(shù)據(jù)選擇和路由應(yīng)用，例如在一個(gè)4位數(shù)據(jù)總線(xiàn)系統(tǒng)中，通過(guò)該芯片可以在兩個(gè)源設(shè)備之間切換數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)要求

電源考慮

• 電源電壓范圍：確保電源電壓在推薦工作條件范圍內(nèi)，不同的電源電壓會(huì)影響芯片的電氣特性。
• 電流供應(yīng)能力：正電源必須能夠提供足夠的電流，以滿(mǎn)足芯片的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電流需求。接地端必須能夠吸收所有輸出電流和電源電流。
• 負(fù)載電容：芯片可以驅(qū)動(dòng)總電容小于或等于50pF的負(fù)載，以確保滿(mǎn)足數(shù)據(jù)手冊(cè)的規(guī)格要求。
• 負(fù)載電阻：負(fù)載電阻應(yīng)滿(mǎn)足RL ≥ VO / IO的條件，以防止輸出電流超過(guò)絕對(duì)最大額定值。

輸入考慮

• 輸入信號(hào)電平：輸入信號(hào)必須超過(guò)VIL(max)才能被視為邏輯低電平，超過(guò)VIH(min)才能被視為邏輯高電平。
• 未使用輸入處理：未使用的輸入必須連接到VCC或地，以確保芯片的正常工作?？梢允褂蒙侠蛳吕娮鑱?lái)提供穩(wěn)定的輸入電平。
• 輸入轉(zhuǎn)換速率：由于芯片具有CMOS輸入，輸入信號(hào)必須快速切換，以避免振蕩和額外的功耗。

輸出考慮

• 輸出低電平電壓：輸出低電平電壓由地電壓產(chǎn)生，吸收電流會(huì)增加輸出電壓。
• 未使用輸出處理：未使用的輸出可以懸空，但不要直接連接到VCC或地。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

1. 添加去耦電容：在VCC和GND之間添加一個(gè)去耦電容，放置在芯片附近，以減少電源噪聲。
2. 控制負(fù)載電容：確保輸出負(fù)載電容≤50pF，以?xún)?yōu)化性能?？梢酝ㄟ^(guò)提供短而合適尺寸的走線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3. 控制負(fù)載電阻：確保輸出負(fù)載電阻大于(VCC / IO(max)) Ω，以防止輸出電流超過(guò)額定值。
4. 熱管理：雖然邏輯門(mén)的熱問(wèn)題通常不是主要關(guān)注點(diǎn)，但可以使用相關(guān)應(yīng)用報(bào)告中的方法來(lái)計(jì)算功耗和熱增加。

布局指南

• 旁路電容放置：旁路電容應(yīng)放置在芯片的正電源端附近，并提供短的接地返回路徑。使用寬走線(xiàn)以減少阻抗，并盡量將芯片、電容和走線(xiàn)放在電路板的同一側(cè)。
• 信號(hào)走線(xiàn)幾何形狀：信號(hào)走線(xiàn)寬度建議為8mil至12mil，長(zhǎng)度小于12cm，以減少傳輸線(xiàn)效應(yīng)。避免使用90°角，使用連續(xù)的接地平面，并在信號(hào)走線(xiàn)周?chē)畛浣拥?。?duì)于長(zhǎng)度超過(guò)12cm的走線(xiàn)，可以使用阻抗控制走線(xiàn)，并在輸出附近使用串聯(lián)阻尼電阻進(jìn)行源端匹配。

總結(jié)

SN54HC157和SN74HC157是兩款性能出色的高速CMOS多路復(fù)用器，具有寬工作電壓范圍、低功耗、高驅(qū)動(dòng)能力等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)芯片的規(guī)格參數(shù)和應(yīng)用要求，合理考慮電源、輸入、輸出等方面的因素，并遵循布局指南，以確保芯片的正常工作和性能優(yōu)化。希望本文對(duì)電子工程師在使用這兩款芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似芯片的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題。