74逻辑芯片介绍、特点和使用指南
常用的74逻辑芯片:
传统型:
74×× -标准型
4F×× -F:Flash -高速
肖特基型:
74LS×× -LS:LOW SBD -低功耗肖特基
74ALS×× -ALS:ADVANCED LOW SBD -先进低功耗肖特基
74S×× -S:SBD -肖特基
74AS×× -AS:ADVANCED SBD -先进肖特基
COMS型:
74HC×× -HC:HIGH-SPEED CMOS -高速COM
74HCT×× -HCT:HIGH-SPEED COMS TTL -高速TTL
74AHC×× -AHC:ADVANCED HIGH-SPEED CMOS -先进高速CMOS
74AHCT×× -AHCT:ADVANCED HIGH-SPEED CMOS TTL -先进高速TTL
74HCUxx -HCU:HIGH-SPEED COMS UNBUFFERED -无缓冲级的高速CMOS
74系列各芯片芯片的区别:
大致可根据工艺类似分为三类,分别是:
1)Bipolar(双极)工艺
2)CMOS工艺
3)BiCMOS工艺
1)Bipolar(双极)工艺-高速、强驱动
1.74××(标准型),早期产品
2.74S××(低功耗肖特基),74系列改进型,属于高速TTL产品。非门平均传输时间约为10ns,但电路静态功耗较大
3.74AS××(先进肖特基),74S系列后续产品,速度可达1.5ns(典型值)
4.74LS××(肖特基),TTL类型的主要产品系列,性价比较高
5.74ALS××(先进低功耗肖特基),74LS-系列的后续产品,速度为4ns、功耗为1mW,价格相对较高。
6.74F××(高速),此类型不属于肖特基
2)CMOS工艺-高集成度、低功耗
1.HC(COMS),高速CMOS标准逻辑电路系列,具有与74LS-系列相同的工作速度和CMOS集成电路固有的低功耗、电源电压范围广等特点。
2.AHC(COMS),74AHC系列具有与74AS系列相同的工作速度、与CMOS集成电路固有的低功耗、电源电压范围广等特点。
3.HCT(TTL),和74LS兼容,但HCT功耗较低;
4.HCU(COMS),适用于无缓冲级CMOS电路。
3)BiCMOS工艺-既有又有但制造复杂成本高
BCT、ABT、LVT、ALVT,使用较少,此处不多赘诉
74系列各芯片特点:
1、74LS属于TTL类型的集成电路,而74HC属于CMOS集成电路,LS的速度比HC略快
2、HCT输入输出与LS兼容,同为TTL电平,但比LS功耗低
3、LS输入开路为高电平,HC输入不允许开路,HC一般都要求有上下拉电阻来确定上电时的有效电平,LS没有这个要求
4、LS输出下拉强上拉弱,HC输出上拉下拉相同
5、TTL在低电平和高电平分别为0.8和V2.4,CMOS在工作电压为5V时分别为0.3V和3.6V,所以COMS兼容TTL
6、TTL一般默认工作电压为5V-5.5V,COMS一般为2V到6V
7、TTL一般高电平的驱动能力为5mA,低电平为20mA;而CMOS的高低电平均为5mA;
8、CMOS器件抗静电能力差,易发生栓锁问题,所以CMOS的输入脚不能直接接电源
其他:
1、74HCxx是74LSxx同序号的翻版,模型的最后几个数字相同,表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容,方便74HC取代74LS
2、74ACxx是74ASxxx同序号的翻版,模型的最后几个数字相同,表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容,方便74AC替代74AS
74系列功能分类统计:
1、门电路和反相器
2、选择器
3、编/译码器
4、计数器
5、寄存器
6、触发器
7、锁存器
8、缓冲驱动器
9、收发器
10、总线开关
11、背板驱动器
常见产74芯片厂家:
1、TI(德州仪器)-SN74XX/CD74XX
2、Nexperia(安世)-74XX,XX
3、onsemi(安森美)-MC74XX/MM74XX
4、TOSHIBA(东芝)-TC74XX
5、i-CORE(中芯爱微)-AiP74XX
6、UMW(友台半导体)-SN74XX
7、CJ(江苏长电/长晶科技)-74XX
备注:排名不分先后,都是一些常用的厂家
逻辑芯片的使用指南:
1、多余不用输入管脚的处理方式
在多数情况下,集成电路芯片的管脚不会全部被使用,会存在悬空端子。所有数字逻辑器件的无用端子必须连接到一个高电平或低电平,以防止电流漂移(若具有总线保持功能的器件无需处理)。究竟上拉还是下拉由实际器件在何种方式下功耗最低 确定。经测试悬空引脚接高电平时静态功耗较小,而接地时静态功耗较大,故建议其无用端子处理以通过电阻接电源为好,电阻值推荐为1~10K。
2、驱动器件的选择方式
在选择板内驱动器件的驱动能力和驱动速度时,不能盲目追求大驱动能力和高速的器件,应该选择能够满足设计要求,同时有一定的余量的器件,这样可以减少信号过冲,改善信号质量,同时在设计时必须考虑信号匹配。
在对驱动能力和速度要求较高的场合,如高速总线型信号线,可使用ABT、LVT系列。
3、长传输线线端匹配
在总线达到产生传输线效应的长度后,应考虑对传输线进行匹配,一般采用的方式有始端匹配、终端匹配等。
始端匹配是在芯片的输出端串接电阻,目的是防止信号畸变和地弹反射,特别当总线要透过接插件时,尤其须做始端匹配。内部带串联阻尼电阻的器件相当于始端匹配,由于其阻值固定,无法根据实际情况进行调整,在多数场合对于改善信号质量收效不大,故此不建议推荐使用。始端匹配推荐电阻值为10~51 Ω。
终端匹配会加重了总线负载,而使Buffer的实际驱动电流大于驱动器件所能提供的最大Source、Sink电流值。应选择正确的终端匹配网络,使总线即使在没有任何驱动源时,其线电压仍能保持在稳定的高电平。
4、工作电源滤波
要注意在驱动器件的工作电源滤波。如ABT、LVT系列芯片在布线时,建议在芯片的四组电源引脚附近分别接0.1 μF或0.01 μF电容,电容尽量靠近电源引脚,并与地形成尽可能小的环路。
5、上拉/下拉电阻
收发总线需有上拉电阻或上下拉电阻,保证总线浮空时能处于一个有效电平,以减小功耗和干扰。如IIC信号在设计时必须上拉电阻,可选4.7K-10K。
6、时钟、复位引脚
时钟、复位引脚等引脚输入往往要求较高电平,必要时可上拉电阻。
7、缓冲器
对于带有缓冲器的器件不要用于线性电路,如放大器。
8、注意事项
① 注意不同系列器件是否有带电插拔功能及应用设计中的注意事项,在设计带电插拔电路时请参考规格书的《单板带电插拔设计规范》。
② 注意电平接口的兼容性。选用器件时要注意电平信号类型,对于有不同逻辑电平互连的情况。
③ 注意输入电压范围。在器件工作过程中,为保证器件安全运行,器件引脚上的电压及电流应严格控制在器件手册指定的范围内。工作电压不要超出它所允许的范围。不然可能会导致芯片性能下降甚至损坏逻辑器件。
特殊功能逻辑器件:
总线保持功能(Bus hold):由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态,防止因输入端浮空的不确定而导致器件振荡自激损坏;输入端无需外接上拉或下拉电阻,节省PCB空间,降低了器件成本开销和功耗。ABT、LVT、ALVC、ALVCH、ALVTH、LVC、GTL系列器件有此功能。命名特征为附加了“H”如:SNJ54LVTH245AFK;
串联阻尼电阻(series damping resistors):输出端加入串联阻尼电阻可以限流,有助于降低信号上冲/下冲噪声,消除线路振铃,改善信号质量。具有此特征的ABT、LVC、LVT、ALVC系列器件在命名中加入了“2”或“R”以示区别,如ABT162245,ALVCHR162245。对于单向驱动器件,串联电阻加在其输出端,命名如SN54LVC2244;对于双向的收发器件,串联电阻加在两边的输出端,命名如SN54LVCR2245;
上电/掉电三态(PU3S,Power up/power down 3-state):即热拔插性能。上电/掉电时器件输出端为三态,VCC阀值为2.1V;应用于热拔插器件/板卡产品,确保拔插状态时输出数据的完整性。多数ABT、LVC、LVT、LVTH系列器件有此特征;
ABT器件(Advanced BiCMOS Technology):结合了CMOS器件(如HC/HCT、LV/LVC、ALVC、AHC/AHCT)的高输入阻抗特性和双极性器件(Bipolar,如TTL、LS、AS、ALS)输出驱动能力强的特点。包括ABT、LVT、ALVT等系列器件,应用于低电压,低静态功耗环境;
VCC/GND对称分布:16位Widebus器件的重要特征,对称配置引脚,有利于改善噪声性能。AHC/AHCT、AVT、AC/ACT、CBT、LVT、ALVC、LVC、ALB系列16位Widebus器件有此特征;
分离轨器件(Split-rail):即双电源器件,具有两种电源输入引脚VCCA和VCCB,可分别接5V或3.3V电源电压。如ALVC164245、LVC4245等,命名特征为附加了“4”。