深入剖析 SN74LVC1G123：单可重触发单稳态多谐振荡器的卓越特性与应用

深入剖析 SN74LVC1G123：单可重触发单稳态多谐振荡器的卓越特性与应用

在电子设计领域，单稳态多谐振荡器是一种常见且重要的元件，它能够产生特定宽度的脉冲信号，广泛应用于各种电子设备中。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）推出的 SN74LVC1G123 单可重触发单稳态多谐振荡器，详细分析其特性、功能、应用以及相关设计要点。

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一、产品概述

SN74LVC1G123 是一款专为 1.65 - 5.5V $V_{CC}$ 电压范围设计的单可重触发单稳态多谐振荡器。它采用了德州仪器的 NanoFree™ 封装技术，具有诸多出色的特性，适用于多种应用场景。

二、产品特性

1. 宽电压支持：支持 1.65 - 5.5V 的 $V_{CC}$ 电压，并且能够承受高达 5.5V 的输入电压，可适应多种不同的电源环境。
2. 输出脉冲控制灵活：具备三种输出脉冲持续时间控制方法，可根据不同的输入条件灵活调整脉冲输出。
   • 方法一：当 $overline{A}$ 输入为低电平，B 输入由低变高时触发。
   • 方法二：当 B 输入为高电平，$overline{A}$ 输入由高变低时触发。
   • 方法三：当 $overline{A}$ 输入为低电平，B 输入为高电平，且清除（$overline{CLR}$）输入由低变高时触发。
3. 高速性能：在 3.3V 电源电压下，最大传播延迟 $t_{pd}$ 仅为 8ns，能够满足高速电路的设计需求。
4. 混合模式电压操作：支持所有端口的混合模式电压操作，可实现从最高 5.5V 到 $V_{CC}$ 的向下转换。
5. 施密特触发器输入：$overline{A}$ 和 B 输入配备了施密特触发器电路，具有足够的滞后特性，能够处理缓慢的输入转换速率，确保输出无抖动触发。
6. 可重触发功能：可以通过重新触发低电平有效（$overline{A}$）或高电平有效（B）的逻辑输入，延长输出脉冲的持续时间，最高可支持 100% 的占空比。
7. 快速清除功能：$overline{CLR}$ 输入可用于提前终止输出脉冲，实现对脉冲的灵活控制。
8. 可靠的保护机制：具备无毛刺上电复位功能，支持实时插入、部分掉电模式和反向驱动保护，抗闩锁性能超过 JESD 78 标准 II 类的 100mA 要求。此外，ESD 保护性能也十分出色，超过 JESD 22 标准的多项要求，包括 2000V 人体模型（A114 - A）、200V 机器模型（A115 - A）和 1000V 带电器件模型（C101）。

三、应用领域

SN74LVC1G123 的应用场景非常广泛，涵盖了消费电子、通信、工业控制等多个领域，以下是一些常见的应用示例：

1. AV 接收器、蓝光播放器和家庭影院系统：用于信号处理和定时控制，确保音视频信号的稳定传输和播放。
2. DVD 录制和播放设备：实现精确的脉冲控制，保证数据的准确读写和处理。
3. 个人电脑和笔记本电脑：在主板、键盘、鼠标等设备中用于信号同步和定时操作。
4. 数字收音机和互联网收音机播放器：处理音频信号的同步和定时，提高音质和播放稳定性。
5. 数码相机和嵌入式 PC：用于图像采集和处理过程中的时序控制，确保图像的清晰和准确。
6. GPS 个人导航设备和移动互联网设备：提供精确的时钟信号，保证定位和通信的准确性。
7. 网络附属存储（NAS）和个人数字助理（PDA）：实现数据的存储和传输过程中的时序控制，提高系统的性能和可靠性。
8. 视频分析服务器和无线耳机、键盘、鼠标：用于信号的处理和控制，提升系统的响应速度和稳定性。

四、电气参数与规格

1. 绝对最大额定值
   • $V_{CC}$ 电源电压范围： - 0.5V - 6.5V
   • 输入电压范围： - 0.5V - 6.5V
   • 输出电压范围：根据不同状态有所不同，但最大不超过 $V_{CC}$ + 0.5V
   • 输入和输出箝位电流： - 50mA
   • 连续输出电流： ±50mA
   • 通过 $V_{CC}$ 或 GND 的连续电流： ±100mA
   • 存储温度范围： - 65°C - 150°C
2. ESD 评级
   • 人体模型（HBM）： + 2000V
   • 带电器件模型（CDM）： + 1000V
3. 推荐工作条件
   • $V_{CC}$ 电源电压：1.65 - 5.5V（工作状态），1.5V（数据保留状态）
   • 高电平输入电压（$V{IH}$）和低电平输入电压（$V{IL}$）根据不同的 $V_{CC}$ 范围有不同的要求。
   • 输入电压范围：0 - 5.5V
   • 输出电压范围：0 - $V_{CC}$
   • 高电平输出电流（$I{OH}$）和低电平输出电流（$I{OL}$）根据不同的 $V_{CC}$ 范围有不同的要求。
   • 外部定时电阻（$R{ext}$）：根据 $V{CC}$ 不同，推荐值有所不同。
   • 工作环境温度范围： - 40°C - 125°C
4. 热信息：不同封装类型的结到环境热阻（$R_{θJA}$）有所不同，如 DCT（SSOP）封装为 220°C/W，DCU（VSSOP）封装为 227°C/W，YZP（DSBGA）封装为 102°C/W。
5. 电气特性：在推荐的工作温度范围内，对输出高电平电压（$V{OH}$）、输出低电平电压（$V{OL}$）、输入电流（$I{I}$）、静态电流（$I{CC}$）等参数进行了详细规定。
6. 时序要求：包括脉冲持续时间（$t{w}$）、脉冲重触发时间（$t{r}$）等参数，这些参数会受到 $V_{CC}$ 电压、外部电阻和电容等因素的影响。
7. 开关特性：在不同的负载电容（$C{L}$）和温度条件下，对传播延迟（$t{pd}$）、输出脉冲持续时间（$t_{w}$）等开关参数进行了详细测试和规定。

五、引脚配置与功能

SN74LVC1G123 采用 8 引脚封装，不同封装类型（如 SSOP、VSSOP、DSBGA）的引脚布局和尺寸有所不同，但引脚功能是一致的。以下是各引脚的功能说明：	引脚名称	引脚编号	输入/输出	描述
$overline{A}$	1	输入	下降沿敏感输入，需要 B 和 $overline{CLR}$ 保持高电平
B	2	输入	上升沿敏感输入，需要 $overline{A}$ 保持低电平且 $overline{CLR}$ 保持高电平
$overline{CLR}$	3	输入	清除，低电平有效；当 $overline{A}$ 保持低电平且 B 保持高电平时，也可作为上升沿敏感输入
GND	4	-	接地
Q	5	输出	输出信号
$C_{ext}$	6	-	仅连接外部电容
$R{ext}/C{ext}$	7	-	连接外部电容和电阻
$V_{CC}$	8	-	电源

六、应用示例 - 开关去抖电路

在实际应用中，SN74LVC1G123 可以用于开关去抖电路，解决开关按下时产生的多个触发问题。许多开关在按下时会产生抖动，导致多个触发信号，而该去抖电路可以将这些多个触发信号转换为一个稳定的输出信号。

1. 设计要求
   • 输入条件：输入和输出具有过压容限，在任何有效的 $V{CC}$ 下，输入和输出电压可高达 4.6V。高、低电平的具体要求可参考推荐工作条件中的 $V{IH}$ 和 $V_{IL}$。
   • 输出条件：负载电流不应超过推荐工作条件中列出的值。
2. 详细设计步骤
   • 选择 $V_{CC}$：选择 $V_{CC}$ 为 1.8V，该值通常由系统的逻辑电压决定，但在此例中可根据实际情况选择。
   • 选择 $R_{PU}$：选择 $R_{PU}$ 为 10 kΩ，用于上拉电阻。
   • 选择 R 和 C：根据所需的输出脉冲时间，通过应用曲线来选择 R 和 C 的值。假设需要输出脉冲为 1ms，首先将 1ms 转换为 10⁶ ns，然后根据 $V_{CC}$ = 1.8V 的曲线，选择 R = 10 kΩ，因为该曲线与 10⁶ ns 和 10⁵ pF 相交，所以 C 可选择为 0.1 μF。
   • 添加去耦电容：在 $V_{CC}$ 和地之间添加一个 0.1 μF 的去耦电容，以减少电源噪声对电路的影响。

七、设计注意事项

1. 电源供应：电源电压应在推荐的工作范围内，每个 $V{CC}$ 引脚都应配备一个良好的旁路电容，以防止电源干扰。对于单电源设备，建议使用 0.1 μF 的旁路电容；对于多个 $V{CC}$ 引脚的设备，每个 $V_{CC}$ 引脚可使用 0.01 μF 或 0.022 μF 的电容；对于双电源引脚的设备，每个电源引脚建议使用 0.1 μF 的旁路电容。为了更好地抑制不同频率的噪声，可将多个旁路电容并联使用，如 0.1 μF 和 1 μF 的电容。旁路电容应尽可能靠近电源引脚安装。
2. 布局设计
   • PCB 走线：当 PCB 走线转弯时，应避免 90° 直角转弯，因为这可能会导致反射现象。反射主要是由于走线宽度的变化引起的，在转弯处，走线宽度会增加到原来的 1.414 倍，从而破坏了传输线的特性，特别是走线的分布电容和自感，导致反射。应采用圆角或斜角的方式来优化走线，以保持走线宽度的恒定，减少反射。
   • 参考相关资料：布局设计可参考相关的行业标准和规范，如 IPC - 7351 等，以确保设计的合理性和可靠性。

八、总结

SN74LVC1G123 作为一款高性能的单可重触发单稳态多谐振荡器，具有宽电压支持、灵活的脉冲控制、高速性能、可靠的保护机制等诸多优点，适用于多种电子设备和应用场景。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择电气参数、进行引脚连接和布局设计，以充分发挥其性能优势。同时，要注意电源供应和布局的合理性，确保电路的稳定性和可靠性。希望本文对广大电子工程师在使用 SN74LVC1G123 进行设计时有所帮助。

大家在使用 SN74LVC1G123 过程中有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用呢？欢迎在评论区分享交流。