如果我們使用的是由模擬方式確定時(shí)序的多諧振蕩器，我們將需要考慮組件容差。

在最近關(guān)于“寄存器與鎖存器與觸發(fā)器”主題的專欄中，我們尊敬的編輯 Max Maxfield 提到了多諧振蕩器（非穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)），這引發(fā)了評(píng)論部分的一些討論。在這次討論中，一位 EEWeb 社區(qū)成員指出，如果重新觸發(fā)太接近超時(shí)，一些可重新觸發(fā)的多諧振蕩器會(huì)出現(xiàn)故障。

這很有趣，我想。我已經(jīng)有一段時(shí)間沒(méi)有使用這些設(shè)備了，所以我決定查看一些數(shù)據(jù)表，看看這種行為是否反映在設(shè)備文檔中。

首先，讓我們看一個(gè)不可重新觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。TI 有一個(gè)名為CD74HC221的產(chǎn)品，它可以作為一個(gè)很好的示例（與往常一樣，我鼓勵(lì)您在屏幕上打開(kāi)我們?cè)谶@些文章中引用的任何數(shù)據(jù)表或?qū)⑵浯蛴〕鰜?lái)，以便您更輕松地跟進(jìn)）。

數(shù)據(jù)表的第一頁(yè)告訴我們，這是一款“帶復(fù)位功能的雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器”。該描述解釋了時(shí)序由外部電阻器和電容器控制，并且一旦觸發(fā)，輸出時(shí)序獨(dú)立于進(jìn)一步的觸發(fā)輸入，盡管它可以通過(guò)復(fù)位控制提前終止。

第 1 頁(yè)的真值表告訴我們，Q 輸出通常為低電平，但在輸入 A 的下降沿或輸入 B 的上升沿會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高脈沖（假設(shè)另一個(gè)輸入處于正確狀態(tài)）。我看了看第 3 頁(yè)的邏輯圖?？雌饋?lái)這部分包含幾個(gè) D 型觸發(fā)器和幾個(gè)鎖存器。還有幾個(gè)運(yùn)算放大器，以及少量晶體管和邏輯門。不過(guò)，這個(gè)圖有點(diǎn)難以理解，所以讓我們花點(diǎn)時(shí)間看看這部分應(yīng)該做什么。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的目的是允許輸入上的短脈沖用于在輸出上產(chǎn)生更長(zhǎng)的脈沖。下面的時(shí)序圖顯示了它是如何工作的：

請(qǐng)注意，此時(shí)序圖未按比例繪制。為了顯示 !A 和 B 上的脈沖，它們必須相對(duì)于 RxCx 上的信號(hào)被夸大。查看信號(hào) RxCx，我們可以看到它不是數(shù)字信號(hào)。觸發(fā)輸入使電容器 C X瞬間放電。釋放時(shí)，C X通過(guò)電阻器 R X充電。只要 RxCx 低于閾值（此處顯示為 Vth），Q 就會(huì)為高。因?yàn)檫@是一個(gè)不可重新觸發(fā)的多諧振蕩器，所以當(dāng) Q 為高電平時(shí)，邏輯會(huì)阻止 RxCx 被拉低（如紅色箭頭所示）。

因?yàn)槊}沖長(zhǎng)度取決于 C X充電的速度，所以它取決于所使用的電阻器 (R X ) 和電容器 (C X ) 的值。在數(shù)據(jù)表的第 1 頁(yè)上，我們找到了用于計(jì)算脈沖寬度的以下公式：

t W = 0.7* R X * C X在 VCC = 4.5 V

因此，我們可以根據(jù)現(xiàn)有電路中已有的 R X和 C X的值來(lái)計(jì)算脈沖寬度?；蛘?，我們可以通過(guò)為 R X和 C X選擇適當(dāng)?shù)闹祦?lái)創(chuàng)建給定長(zhǎng)度的脈沖寬度。

因?yàn)檎业狡鏀?shù)值的電阻比找到電容器更容易，所以我們將從選擇一個(gè)方便值的電容器開(kāi)始，然后我們將計(jì)算一個(gè)相應(yīng)的電阻來(lái)給我們所需的脈沖寬度。在選擇 R X和 C X時(shí)，我們需要檢查值的限制。我可以在數(shù)據(jù)表中找到的唯一限制是 R X應(yīng)大于 500 Ω。

在查看數(shù)據(jù)表時(shí)，我在第 9 頁(yè)找到了一些有用的圖表。這些圖表給出了多個(gè) R X值相對(duì)于 C X的輸出脈沖寬度，它們?yōu)檫x擇組件值提供了一個(gè)有用的起點(diǎn)。

例如，假設(shè)我們想要一個(gè) 1 ms 的輸出脈沖寬度，并且我們將在 5 V 下運(yùn)行。從圖 8 中讀取，我們看到 10 3 μs (1 ms)稍微穿過(guò) 10K R X線超過(guò) 10 5 pF（0.1 μF 或 100 nF）。這意味著，如果我選擇為 C X使用 0.1 μF 電容器，我應(yīng)該得到一個(gè)介于 10 kΩ 和 50 kΩ 之間的 R X值。讓我們使用公式來(lái)確定值。求解 R X的公式，我們得到：

R X = t W / (0.7 * C X ) = 1 ms / (0.7 * 0.1 μF) = 14.29 kΩ

在我們方便的 1% 電阻表中查找最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，我們看到 14.3 kΩ 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。這意味著我們的脈沖寬度應(yīng)該非常接近 1 ms。

然而，到目前為止，我們還沒(méi)有考慮另一個(gè)因素。我們需要考慮到這部分并不是完全數(shù)字化的。事實(shí)上，時(shí)間是模擬的。因?yàn)槲覀冇心M時(shí)序，所以我們需要考慮組件容差。我之前提到過(guò)我們將使用 1% 的電阻，但是電容呢？不幸的是，1% 的電容器很難找到并且非常昂貴。另一方面，10% 的電容器比較常見(jiàn)且價(jià)格低廉。

這意味著我們的 1 毫秒脈沖會(huì)更長(zhǎng)或更短，具體取決于電阻器和電容器的確切值。讓我們看看我們的組件公差會(huì)產(chǎn)生多大的差異。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們有一個(gè)具有公差的組件時(shí)，這意味著任何給定零件的實(shí)際值 A 將在一個(gè)相對(duì)于由下式給出的標(biāo)稱值 N 的范圍內(nèi)：

N * (1 – tol%) ≤ A ≤ N * (1 + tol%)

使用這個(gè)公式，我們的 14.3kΩ、1% 電阻器將介于 14.157kΩ 和 14.443kΩ 之間，而我們的 0.1-μF、10% 電容器將介于 0.09μF 和 0.11μF 之間。現(xiàn)在，當(dāng)我們孤立地討論這些組件時(shí)，這些聽(tīng)起來(lái)都不算太糟糕，但是讓我們看看當(dāng)我們將它們組合在一起時(shí)會(huì)發(fā)生什么：

t W (min) = 0.7 * 14.157 * 0.09 = 0.89 ms

t W（最大值）= 0.7 * 14.443 * 0.11 = 1.11 毫秒

正如我們所看到的，通過(guò)將 10% 的電容器與 1% 的電阻器組合在一起，我們最終可能會(huì)在脈沖長(zhǎng)度上產(chǎn)生 11% 的變化。這只是考慮到容差。如果我們希望該電路在較寬的溫度范圍內(nèi)工作，我們需要考慮這些部件的溫度變化。

再次查看脈沖寬度與電容的關(guān)系圖，看起來(lái)這部分可能會(huì)有一些變化，具體取決于我們工作的電壓。我沒(méi)有在數(shù)據(jù)表中看到這進(jìn)一步量化或解釋，但根據(jù)您需要的準(zhǔn)確度，您可能必須考慮到這一點(diǎn)。

這讓我們回到這是否真的重要。這取決于您說(shuō)想要 1 毫秒脈沖時(shí)的意思。您只是想要一個(gè)接近 1 ms 的脈沖、一個(gè)至少為 1 ms 的脈沖，還是一個(gè)盡可能接近 1 ms 的脈沖？

如果您只想關(guān)閉，那么該電路應(yīng)該足夠好。如果您需要至少 1 毫秒，那么將 R X的值增加11% 左右應(yīng)該可以工作。另一方面，如果你想盡可能接近，你需要一個(gè)非常昂貴的電容器，一個(gè)電位器來(lái)改變 R X的值，或者一個(gè)更復(fù)雜的完全數(shù)字電路。

現(xiàn)在，在我被公差分心之前，我在哪里？讓我們繼續(xù)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)，看看還有什么有趣的地方。

DC 電氣規(guī)格與我們?cè)谥暗膶谥锌吹降钠渌?74HC 系列設(shè)備的規(guī)格相似，因此讓我們繼續(xù)看下一張表，該表標(biāo)題為“開(kāi)關(guān)功能的先決條件”。在此表中，我們得知輸入有一個(gè)最小脈沖寬度以及復(fù)位后的恢復(fù)時(shí)間。同樣在此表中，我們提供了不同 R X和 C X值的輸出脈沖寬度。

開(kāi)關(guān)規(guī)格表包含我們預(yù)期的傳播延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間，此外還有“同一封裝中電路之間的脈沖寬度匹配 C X = 1,000 pF，R X = 10 kΩ”參數(shù)：

據(jù)此，同一封裝中的兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)器件之間的脈沖寬度可能相差 2%。盡管沒(méi)有明確說(shuō)明，但我將假設(shè)這是具有相同的 R X和 C X值。我還注意到這是 25°C 時(shí)的典型值，因此之前 11% 的容差值現(xiàn)在至少達(dá)到了 13%。

繼續(xù)，我們有測(cè)試電路和波形，然后在第 9 頁(yè)，我們找到了典型的性能曲線。我們已經(jīng)看過(guò)脈沖寬度與 C X的關(guān)系圖；現(xiàn)在，讓我們看看這個(gè)頁(yè)面上的另外兩個(gè)圖表：

脈沖寬度與溫度的關(guān)系圖告訴我們，我們可以預(yù)期脈沖寬度會(huì)隨著部件變熱而增加。在 25°C 時(shí)曲線有相當(dāng)平坦的部分，但如果您希望電路在工業(yè)或軍用溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，則需要考慮這種額外的變化。

K 因子與電源電壓的關(guān)系圖有點(diǎn)令人費(fèi)解。首先，他們所說(shuō)的這個(gè)“K 因素”是什么？這是一個(gè)很好的問(wèn)題，因?yàn)閿?shù)據(jù)手冊(cè)中沒(méi)有解釋。我猜K是神秘的“0.7”值，我們將R X和C X乘以得到輸出脈沖寬度。如果這是真的，這意味著脈沖寬度隨著電源電壓的降低而增加。我要問(wèn)的其他問(wèn)題是：為什么有四行，我使用哪一行？不幸的是，我目前沒(méi)有任何關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的答案，我非常歡迎您的建議。

在我的下一篇專欄中，我們將介紹可重新觸發(fā)的多諧振蕩器。同時(shí)，我歡迎您提出意見(jiàn)、問(wèn)題和建議。

審核編輯 黃昊宇