探索CD54HC221、CD74HC221和CD74HCT221：高速CMOS双单稳态多谐振荡器的技术剖析

在电子设计领域，双单稳态多谐振荡器是一种常用的电路元件，它在脉冲信号处理、定时控制等方面发挥着重要作用。今天，我们将深入探讨CD54HC221、CD74HC221和CD74HCT221这三款高速CMOS逻辑双单稳态多谐振荡器，了解它们的特点、工作原理以及应用注意事项。

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产品概述

CD54HC221、CD74HC221和CD74HCT221是由Harris Semiconductor（现德州仪器）推出的高速CMOS逻辑双单稳态多谐振荡器，具有复位功能。这些器件在1997年11月首次发布，并在2003年10月进行了修订。它们适用于各种需要精确脉冲控制的应用场景，如通信设备、工业自动化、仪器仪表等。

产品特点

1. 输出脉冲控制灵活

• 可通过复位信号终止输出脉冲，方便实现脉冲的精确控制。
• 支持上升沿或下降沿触发，能根据不同的输入信号特性进行灵活配置。

2. 输出缓冲与隔离

提供Q和Q互补缓冲输出，增强了信号的驱动能力和抗干扰能力。

3. 独立复位功能

每个单稳态电路都有独立的复位引脚，可分别对两个单稳态进行控制。

4. 宽输出脉冲宽度范围

通过外部电阻（$R_X$）和电容（$C_X$）的调整，可以实现从纳秒到毫秒级的宽范围输出脉冲宽度。

5. 施密特触发输入

B输入采用施密特触发器，提高了输入信号的抗干扰能力，确保在噪声环境下仍能稳定工作。

6. 高扇出能力

• 标准输出可驱动10个LSTTL负载，总线驱动输出可驱动15个LSTTL负载。

7. 宽工作温度范围

能够在-55°C至125°C的温度范围内正常工作，适用于各种恶劣环境。

8. 低功耗设计

与LSTTL逻辑IC相比，显著降低了功耗，延长了电池供电设备的使用寿命。

9. 不同类型可选

• HC类型：工作电压范围为2V至6V，具有较高的噪声免疫力，适用于对电源电压要求不严格的场合。
• HCT类型：工作电压范围为4.5V至5.5V，与LSTTL输入逻辑直接兼容，可方便地与其他TTL电路集成。

工作原理

CD54HC221、CD74HC221和CD74HCT221的工作原理基于单稳态多谐振荡器的基本原理。外部电阻（$R_X$）和电容（$C_X$）决定了输出脉冲的宽度。当触发信号到来时，电路进入暂稳态，输出信号发生变化；经过一段时间后，电路自动返回稳态，输出信号恢复到初始状态。

触发方式

• 上升沿触发（B输入）：当B输入信号从低电平上升到特定电压电平时，触发输出脉冲。
• 下降沿触发（A输入）：当A输入信号从高电平下降到低电平时，触发输出脉冲。

复位功能

复位引脚（R）为低电平时，可立即终止输出脉冲，使电路恢复到初始状态。

脉冲宽度计算

在$V_{CC}=4.5V$时，输出脉冲宽度$t_W$的计算公式为$t_W = 0.7R_XC_X$。

电气特性

1. 绝对最大额定值

• 直流电源电压（$V_{CC}$）：-0.5V至7V
• 直流输入二极管电流（$I_K$）：根据不同的输入电压范围有相应限制
• 直流输出二极管电流（$I_{OK}$）：根据不同的输出电压范围有相应限制
• 直流漏极电流（$I_O$）：每个输出引脚最大为25mA
• 直流输出源或灌电流（$I_O$）：每个输出引脚最大为±25mA
• 直流$V{CC}$或地电流（$I{CC}$）：最大为50mA

2. 热特性

• 封装热阻（$theta_{JA}$）：不同封装类型有不同的热阻值，如PDIP封装为67°C/W
• 最大结温（塑料封装）：150°C
• 最大存储温度范围：-65°C至150°C
• 最大引脚温度（焊接10s）：SOIC封装的引脚尖端为300°C

3. 工作条件

• 温度范围：-55°C至125°C
• 电源电压范围：
  • HC类型：2V至6V
  • HCT类型：4.5V至5.5V
• 直流输入或输出电压（$V_I$、$V_O$）：0V至$V_{CC}$
• 输入上升和下降时间（$t_r$、$t_f$）：根据不同的电源电压和输入引脚有不同的限制

4. 直流电气特性

包括高电平输入电压（$V{IH}$）、低电平输入电压（$V{IL}$）、高电平输出电压（$V{OH}$）、低电平输出电压（$V{OL}$）、输入泄漏电流（$I$）、静态器件电流（$I_{CC}$）等参数，不同类型和温度范围下有相应的数值。

5. 开关特性

包括传播延迟时间（$t{PLH}$、$t{PHL}$）、输出转换时间（$t{TLH}$、$t{THL}$）、输入电容（$C_{IN}$）、脉冲宽度匹配等参数，受电源电压、负载电容和温度等因素影响。

应用注意事项

1. 外部元件选择

• 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。在选择$R_X$和$C_X$时，应根据所需的输出脉冲宽度和精度进行合理配置。
• 注意元件的精度和稳定性，以确保输出脉冲宽度的准确性。

2. 触发信号要求

触发信号的上升和下降时间应满足器件的要求，否则可能会导致触发失败或输出脉冲宽度不准确。

3. 复位信号处理

复位信号应在合适的时机施加，避免在输出脉冲期间误触发复位，影响电路的正常工作。

4. 电源和接地

• 为了保证器件的稳定性和可靠性，应提供稳定的电源电压，并确保良好的接地。
• 在电源引脚附近应添加适当的去耦电容，以减少电源噪声的影响。

5. 静电防护

这些器件对静电放电敏感，在使用和处理过程中应采取适当的静电防护措施，如佩戴防静电手环、使用防静电工作台等。

订购信息

该系列产品提供多种封装类型可供选择，如CERDIP、PDIP、SOIC、SOP、TSSOP等，以满足不同应用场景的需求。具体的订购信息如下表所示：

PART NUMBER	TEMP. RANGE (C)	PACKAGE
CD54HC221F3A	-55 to 125	16Ld CERDIP
CD74HC221E	-55to 125	16 Ld PDIP
CD74HC221M	-55 to125	16 Ld SOIC
CD74HC221MT	-55 to 125	16 Ld SOIC
CD74HC221M96	-55to 125	16 Ld SOIC
CD74HC221NSR	-55 to 125	16 Ld SOP
CD74HC221PW	-55 to 125	16 Ld TSSOP
CD74HC221PWR	-55 to 125	16 Ld TSSOP
CD74HC221PWT	-55 to 125	16Ld TSSOP
CD74HCT221E	-55 to 125	16Ld PDIP
CD74HCT221M	-55 to 125	16Ld SOIC
CD74HCT221MT	-55to125	16Ld SOIC
CD74HCT221M96	-55 to 125	16Ld SOIC

总结

CD54HC221、CD74HC221和CD74HCT221是三款性能优异的高速CMOS逻辑双单稳态多谐振荡器，具有多种特点和优势，适用于各种需要精确脉冲控制的应用场景。在使用过程中，我们需要根据具体的应用需求选择合适的器件类型和封装形式，并注意外部元件的选择、触发信号的要求、复位信号的处理以及静电防护等问题，以确保电路的正常工作和稳定性。希望本文对电子工程师在设计和应用这些器件时有所帮助。你在实际应用中是否遇到过类似器件的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。