芝识课堂【CMOS逻辑IC基础知识】—设计大业始于学会读数据表（下）-德赢Vwin官网网

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在前一讲的芝识课堂中，我们以74VHC系列IC的数据表为例介绍了该器件数据表前两页所包含的各种重要基础信息和管脚情况等内容。今天的芝识课堂，我们带大家一起精读74VHC04FT产品数据表中涉及到电气特性的各种技术参数细节，通过了解这些细节数据信息能够让您基于74VHC04FT实现更为精准的设计。

接下来我们来了解一下74VHC04FT的主要直流特性。

输入电压（VIH和VIL）：确定输入信号为高或低的电压称为阈值电压，74VHC04的输入电压（VIH和VIL）与供电电压（VCC）之间遵循CMOS逻辑IC的标准，即VIH和VIL设计为1/2VCC，图1是74VHC04的数据表中的直流特性对应关系示意图。

输出电流（IOH和IOL）：当连接CMOS逻辑IC与LSI芯片时，输出缓冲器的驱动能力和保证的输出电流非常重要，CMOS逻辑IC在设计中用于提供对于IOH和IOL基本相同的驱动能力。

图1 74VHC04直流特性对应关系示意图

输入电流（IIN）：由于CMOS逻辑IC是电压驱动IC，几乎不需要输入电流，74VHC04的输入电流仅为漏电流，低至几毫微安（nA）。

静态供电电流（ICC）：CMOS器件在非活动状态下消耗的电流极为静态供电电流。CMOS器件的静态供电电流比其它类型的器件低得多，仅为漏电流，低至几毫微安（nA）。

交流电气特性也是逻辑IC不可缺少的部分，74VHC04FT的交流特性包括传输延迟时间（tpLH和tpHL）、功耗电容（CPD）和功耗电容（CPD）。

理想情况下，74VHC04的输出信号应立即响应输入信号的变化而发生变化，但实际上会存在延迟；对应于输入变化而发生输出变化响应所需的时间称为传输延迟时间。在功耗电容方面，随着工作频率的增加，CMOS逻辑IC的电源电流会线性增加。74VHC04的输入频率（fIN）与电流（ICC）斜率如图2所示。

图2 74VHC04的输入频率（fIN）与电流（ICC）斜率

除了这些之外，交流特性还包括输入容限功能，具有输入容限功能的CMOS逻辑IC允许在电源激活或在0V时向输入端施加高达最大工作电压的电压。输入容限功能允许电平从较高电压转换为较低电压。通过精读数据表可以很容易区分一个IC是否具有输入容限功能。让我们看一下TC74HC和74VHC系列IC的数据表，参阅工作范围表中显示的输入电压。TC74HC系列的数据表显示VIN＝0至VCC。这意味着输入引脚的最大容限为VCC。因此，TC74HC系列没有输入容限功能。相比之下，74VHC系列的数据表显示VIN＝0至5.5V，这意味着无论VCC如何，均可将高达5.5V的电压施加到输入引脚。因此，74VHC系列具有输入容限功能。请参考图3的示意。

图3 如何通过数据表区分IC是否具有输入容限功能

与之对应的是输出容限功能，CMOS逻辑IC的输出电路具有图腾柱配置，由如下所示的一对p沟道和n沟道MOSFET组成。通常，CMOS逻辑IC在输出端和电源之间有一个寄生二极管。当在关断状态下向IC施加电压或在打开状态下向具有三态输出的IC（例如74LCX245）施加电压时，寄生二极管就会导通。产生的大电流可能会损坏IC。即使将高于供电电压（VCC）的电压施加到输出端，电流也不会流入具有这种寄生二极管的输出配置的IC中。那么如何确定此IC具有输出容限功能呢？让我们看一下74VHC和74LCX系列IC的数据表，参阅工作范围表中显示的总线I/O电压。74VHC245的数据表显示VIO＝０至VCC。这意味着输出引脚的最大容限为VCC。因此，74VHC245没有输出容限功能。相比之下，74LCX245的数据表显示VIN＝0至5.5V，这意味着无论VCC如何，总线I/O引脚都可以施加高达5.5V的电压。因此，74LCX245具有输出容限功能，如图4所示。

图4 如何通过数据表区分IC是否具有输出容限功能

掉电保护也是一个非常重要的电气特性功能，为降低功耗，具有两个电压范围（VCC1和VCC2）的系统可以提供局部掉电模式，其中由VCC1运行的子系统将被关闭。例如，假设在电压范围VCC1内使用74VHC系列。74VHC系列在输出端和电源之间具有意外的寄生二极管。因此，当VCC2>VCC1时，该寄生二极管导通。在这种情况下，产生的大电流可能会损坏IC。使用既没有输入也没有输出寄生二极管的IC（例如74VHCT、74LCX和74VCX系列）可以防止器件损坏。那么如何区分一个IC是否具有掉电保护功能呢，还是请看74VHC和74LCX系列IC的数据表中的直流特性表。74LCX245的数据手册中指定了断电泄漏电流（IOFF），这表明即使在电源关闭时也几乎没有泄漏电流流动。因此，74LCX245具有掉电保护功能。相反，由于74VHC245在输出端和电源之间有一个寄生二极管，如果在相同条件下进行测试，则会有大电流流过。因此，74VHC245没有IOFF调节，也没有掉电保护功能。参见图5。