高速CMOS逻辑双单稳态多谐振荡器CD54HC221、CD74HC221、CD74HCT221深度解析

在电子设计领域，选择合适的器件对于实现高效、稳定的电路至关重要。今天我们要深入探讨的是Harris Semiconductor推出的CD54HC221、CD74HC221、CD74HCT221这三款高速CMOS逻辑双单稳态多谐振荡器，它们在众多电子系统中都有着广泛的应用。

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一、产品概述

这三款器件是带有复位功能的双单稳态多谐振荡器，适用于多种电子电路设计。它们的首次发布时间为1997年11月，并在2003年10月进行了修订。其主要特点包括：

1. 复位功能强大：通过RESET信号可以终止输出脉冲，为电路的控制提供了更多的灵活性。
2. 触发方式多样：支持从上升沿或下降沿触发，能够适应不同的信号输入要求。
3. 输出形式：具备Q和Q的缓冲输出，方便与其他电路进行连接和信号传输。
4. 独立复位：每个单稳态电路都有独立的复位引脚，便于单独控制。
5. 脉冲宽度范围广：通过调整外部电阻$R_X$和电容$C_X$，可以获得较宽范围的输出脉冲宽度。
6. 施密特触发输入：B输入采用施密特触发，增强了电路的抗干扰能力。
7. 扇出能力强：在不同的输出类型下，能够驱动多个LSTTL负载。
8. 工作温度范围宽：可在 -55°C 到 125°C 的温度环境下正常工作，适用于各种工业和恶劣环境。
9. 功耗低：与LSTTL逻辑IC相比，显著降低了功耗，符合现代电子设备对节能的要求。
10. 电压兼容性好：HC类型可在2V - 6V电压下工作，具有较高的抗噪声能力；HCT类型则在4.5V - 5.5V电压下工作，与LSTTL输入逻辑直接兼容。

二、引脚排列与功能描述

引脚排列

不同封装形式的引脚排列有所不同，如CD54HC221采用CERDIP封装，CD74HC221有PDIP、SOIC、SOP、TSSOP等封装，CD74HCT221有PDIP、SOIC封装。在实际设计中，需要根据具体的封装选择合适的引脚连接方式。

功能描述

外部电阻$R_X$和电容$C_X$用于控制电路的定时和精度。通过调整$R_X$和$C_X$的值，可以在Q和Q端子获得不同宽度的输出脉冲。B输入的脉冲触发发生在特定的电压电平上，与触发脉冲的上升和下降时间无关。一旦触发，输出将独立于A和B的进一步触发输入。输出脉冲可以通过Reset（R）引脚的低电平终止。同时，芯片在上电时会自动复位。如果某个单稳态电路不使用，其输入必须接高电平或低电平。

脉冲宽度计算

在$V_{CC}=4.5V$时，脉冲宽度的计算公式为$t_W = 0.7R_XC_X$。外部电阻$R_X$的最小值通常为500Ω，外部电容$C_X$的最小值为0pF。

三、订购信息

这三款器件有多种不同的型号和封装可供选择，以满足不同的应用需求。例如，CD54HC221F3A采用16Ld CERDIP封装，适用于一些对可靠性要求较高的军事或工业应用；CD74HC221E采用16Ld PDIP封装，是一种较为常见的双列直插式封装，便于手工焊接和调试。在订购时，需要注意使用完整的零件编号，后缀96和R表示带盘包装，后缀T表示250个的小批量带盘。

四、电气特性

绝对最大额定值

为了确保器件的安全使用，需要了解其绝对最大额定值。例如，DC电源电压$V_{CC}$的范围为 -0.5V 到 7V，直流输入二极管电流、输出二极管电流、漏极电流等都有相应的限制。在设计电路时，必须严格遵守这些额定值，避免因电压、电流过大而损坏器件。

热信息

不同封装的热阻不同，如PDIP封装的热阻为67°C/W，SOIC封装的热阻为108°C/W。同时，需要注意最大结温、最大存储温度范围和最大焊接温度等参数，以确保器件在正常的温度环境下工作。

工作条件

HC类型的工作电压范围为2V - 6V，HCT类型为4.5V - 5.5V。输入和输出电压、输入上升和下降时间等也有相应的要求。例如，在不同的电源电压下，输入上升和下降时间的最大值不同，这在设计高速电路时需要特别注意。

直流电气规格

包括高电平输入电压、低电平输入电压、高电平输出电压、低电平输出电压、输入泄漏电流和静态器件电流等参数。这些参数在不同的温度和电源电压下会有所变化，需要根据具体的应用场景进行选择和调整。

开关功能前提条件

对于输入脉冲宽度、恢复时间和输出脉冲宽度等参数，在不同的电源电压和温度条件下也有不同的要求。例如，在$V{CC}=2V$时，输入脉冲宽度A和B的最小值为70ns；而在$V{CC}=4.5V$时，最小值为14ns。

开关规格

在输入$t_r$、$t_f = 6ns$的条件下，传播延迟、输出过渡时间、输入电容和脉冲宽度匹配等参数也会随着电源电压和温度的变化而变化。这些参数对于设计高速、稳定的电路至关重要。

五、测试电路与波形

文档中提供了HC和HCT类型的测试电路和波形图，包括时钟脉冲的上升和下降时间、脉冲宽度、过渡时间和传播延迟时间等。这些测试电路和波形图可以帮助工程师更好地理解器件的工作原理和性能，在实际设计中进行验证和优化。

六、典型性能曲线

典型性能曲线展示了输出脉冲宽度与温度、K因子与电源电压、输出脉冲宽度与$C_X$等之间的关系。通过分析这些曲线，工程师可以预测器件在不同工作条件下的性能表现，从而进行合理的设计和参数调整。

七、封装与材料信息

封装信息

提供了多种封装形式的详细信息，包括封装类型、引脚数量、包装数量、环保标准、引脚镀层材料、湿度敏感度等级和工作温度范围等。不同的封装适用于不同的应用场景，例如，SOIC封装体积小，适合高密度电路板设计；PDIP封装便于手工焊接和调试，适用于原型开发。

带盘与包装材料信息

对于带盘包装的器件，提供了带盘尺寸、磁带尺寸、引脚1的象限分配等信息；对于其他包装形式，如管装，也提供了相应的尺寸信息。这些信息对于自动化生产和电路板组装非常重要。

八、机械数据与布局示例

文档中还提供了各种封装的机械数据、电路板布局示例、焊锡掩膜细节、模板设计示例等信息。这些信息有助于工程师进行电路板的设计和制造，确保器件能够正确安装和焊接，提高电路的可靠性和性能。

九、注意事项

这些器件对静电放电敏感，用户在使用时应遵循正确的IC处理程序，避免因静电损坏器件。同时，需要注意TI提供的重要信息和免责声明，在设计过程中充分考虑各种因素，确保电路的安全性和可靠性。

CD54HC221、CD74HC221、CD74HCT221这三款高速CMOS逻辑双单稳态多谐振荡器具有丰富的功能和良好的性能，适用于多种电子电路设计。希望通过本文的介绍，能够帮助电子工程师更好地了解和应用这些器件。在实际设计中，你是否遇到过类似器件应用的难题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。