CD74HC4067和CD74HCT4067：高速CMOS 16通道模拟复用器和解复用器的深度解析

在电子设计的广阔领域中，模拟复用器和解复用器扮演着至关重要的角色。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的CD74HC4067和CD74HCT4067这两款高速CMOS逻辑16通道模拟复用器和解复用器，了解它们的特性、应用、引脚配置等关键信息。

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产品特性

1. 宽模拟输入电压范围与低导通电阻

CD74HCx4067具备宽模拟输入电压范围，并且导通电阻较低。在不同的电源电压下，导通电阻表现不同，例如当(V{CC}=4.5V)时，典型导通电阻为(70Omega)；当(V{CC}=6V)时，典型导通电阻为(60Omega)。低导通电阻有助于减少信号传输过程中的损耗，提高信号质量。这在一些对信号精度要求较高的应用中非常关键，你是否在实际设计中也会特别关注导通电阻这个参数呢？

2. 快速开关和传播速度

该器件具有快速的开关和传播速度，在(4.5V)电源电压下，先断后通的开关时间典型值为(6ns)。快速的开关速度使得它能够在高速信号处理场景中稳定工作，满足一些对时间响应要求严格的应用需求。

3. 多种封装形式

提供窄体和宽体塑料封装，方便工程师根据实际的电路板空间和布局需求进行选择。常见的封装类型有SOIC(24)、SSOP(24)、TSSOP(24)等，不同的封装在尺寸和引脚排列上有所差异，你在选择封装时会优先考虑哪些因素呢？

4. 高扇出能力

在整个温度范围内，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，具有较强的驱动能力，能够适应不同负载的需求。

5. 宽工作温度范围

工作温度范围为(-55°C)至(+125°C)，适用于各种恶劣的工作环境，无论是高温还是低温环境，都能保证器件的稳定运行。

6. 低功耗与高抗噪性

与LSTTL逻辑IC相比，显著降低了功耗。HC类型可在(2V)至(6V)电压下工作，在(V_{CC}=5V)时，具有(30%)的高噪声抗扰度；HCT类型可在(4.5V)至(5.5V)电压下工作，与LSTTL输入逻辑直接兼容，同时具备CMOS输入兼容性。

应用领域

CD74HC4067和CD74HCT4067的应用非常广泛，涵盖了能源基础设施、建筑自动化、无线基础设施、家电、数据中心与企业计算、零售自动化与支付等多个领域。此外，还可用于信号选通、调制器、静噪控制、解调器、斩波器、换向开关、模数和数模转换以及频率、阻抗、相位和模拟信号增益的数字控制等方面。在这些应用场景中，你是否使用过类似的模拟复用器和解复用器呢？

产品描述

这两款器件是数字控制的模拟开关，采用硅栅CMOS技术，实现了与LSTTL相似的工作速度，同时具备标准CMOS集成电路的低功耗特性。它们能够控制在电源电压范围内变化的模拟电压，是双向开关，允许任何模拟输入作为输出，反之亦然。开关具有低导通电阻和低关断泄漏电流，并且有一个使能控制端，当使能端为高电平时，所有开关将被禁用，处于关断状态。

引脚配置与功能

引脚配置

CD74HC4067和CD74HCT4067采用24引脚封装，不同引脚具有不同的功能。例如，“COMMON INPUT/OUTPUT”引脚（引脚1）是公共输入或输出端；“S0 - S3”引脚（引脚10、11、13、14）是选择/地址引脚，用于选择要导通的通道；“E”引脚（引脚15）是使能端，控制所有开关的通断；“VCC”引脚（引脚24）是电源引脚，“GND”引脚（引脚12）是接地引脚。详细的引脚信息如下表所示：	PIN	NAME	NO.	TYPE (1)	DESCRIPTION
COMMON INPUT/ OUTPUT	1	IO	Common input or output.
I 7	2	IO	Switch input/output
I 6	3	IO	Switch input/output
I 5	4	IO	Switch input/output
I 4	5	IO	Switch input/output
I 3	6	IO	Switch input/output
I 2	7	IO	Switch input/output
I 1	8	IO	Switch input/output
I 0	9	IO	Switch input/output
S 0	10	I	Select/Address pin
S 1	11	I	Select/Address pin
GND	12	P	Ground pin
S 3	13	I	Select/Address pin
S 2	14	I	Select/Address pin
E	15	I	Enable for all switches ON/OFF
I 15	16	IO	Switch input/output
I 14	17	IO	Switch input/output
I 13	18	IO	Switch input/output
I 12	19	IO	Switch input/output
I 11	20	IO	Switch input/output
I 10	21	IO	Switch input/output
I 9	22	IO	Switch input/output
I 8	23	IO	Switch input/output
V CC	24	P	Power pin

功能模式

通过真值表可以清晰地了解器件的功能模式。当使能端“E”为高电平（逻辑1）时，无论选择/地址引脚“S0 - S3”的状态如何，都不会选择任何通道；当使能端“E”为低电平（逻辑0）时，根据选择/地址引脚的不同组合，选择相应的通道。例如，当“S0 - S3”为“0000”时，选择通道0；当“S0 - S3”为“1000”时，选择通道1，以此类推。具体的真值表如下：	S0	S1	S2	S3	E	SELECTED CHANNEL
X	X	X	X	1	None
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	1
0	1	0	0	0	2
1	1	0	0	0	3
0	0	1	0	0	4
1	0	1	0	0	5
0	1	1	0	0	6
1	1	1	0	0	7
0	0	0	1	0	8
1	0	0	1	0	9
0	1	0	1	0	10
1	1	0	1	0	11
0	0	1	1	0	12
1	0	1	1	0	13
0	1	1	1	0	14
1	1	1	1	0	15

电气特性

绝对最大额定值

在使用器件时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对器件造成永久性损坏。例如，DC电源电压(V{CC})的范围为(-0.5V)至(7V)；DC输入二极管电流(I{IK})和DC输出二极管电流(I{OK})在(V{I} < -0.5V)或(V{I} > V{CC} + 0.5V)时，范围为(-20mA)至(20mA)；DC (V{CC})或接地电流(I{CC})的范围为(-50mA)至(50mA)等。详细的绝对最大额定值如下表所示：				MIN	MAX	UNIT
V CC HC	DC Supply voltage		-0.5	7	V
V CC HCT	–0.5	7	V
I IK	DC input diode current	For V I < -0.5V or V I > V CC + 0.5V	–20	20	mA
I OK	DC output diode current	For V O < -0.5V or V O > V CC + -0.5V	–20	20	mA
I CC	DC V CC or ground current		–50	50	mA
DC Output Source or Sink Current per Output Pin, I O	For V O > -0.5V or V O < V CC + -0.5V		–25	25	mA
T JMAX	Maximum junction temperature (Plastic Package)			150	°C
T stg	Storage temperature		–65	150	°C

推荐工作条件

为了确保器件的正常工作，需要在推荐的工作条件下使用。例如，CD54和74HC类型的电源电压范围为(2V)至(6V)，CD54和74HCT类型的电源电压范围为(4.5V)至(5.5V)；模拟开关I/O电压范围为(0V)至(V_{CC})；环境温度范围为(-55°C)至(+125°C)等。具体的推荐工作条件如下表所示：				2 MIN	NOM	MAX	UNIT
V CC	Supply voltage range (T A = full package temperature range)(2)	CD54 and 74HC types		6	V
CD54 and 74HCT types	4.5		5.5
V IS	Analog switch I/O voltage		0		V CC	V
T A	Ambient temperature		–55		125	°C
t r , t f	Input rise and fall times	2 V	0		1000	ns
4.5 V	0		500
6 V	0		400

电气特性详细参数

文档中还详细给出了HC和HCT类型器件在不同条件下的电气特性参数，包括高电平输入电压(V{IH})、低电平输入电压(V{IL})、导通电阻(R{ON})、关断开关泄漏电流(I{Z})、输入泄漏电流(I{IL})、静态器件电流(I{CC})等。这些参数对于工程师进行电路设计和性能评估非常重要，你在设计时会重点关注哪些电气特性参数呢？

热信息

了解器件的热信息对于确保其在正常温度范围内工作至关重要。文档中给出了不同封装形式下的热阻参数，如结到环境的热阻(R{θJA})、结到外壳（顶部）的热阻(R{θJC(top)})、结到电路板的热阻(R{θJB})等。例如，对于CD74HCx4067的M（SOIC）24引脚封装，(R{θJA})为(84.8°C/W)，(R_{θJC(top)})为(57.0°C/W)等。这些热阻参数有助于工程师进行散热设计，保证器件的稳定性和可靠性。	THERMAL METRIC (1)		CD74HCx4067				UNIT
E (PDIP)	M (SOIC) 24 PINS	SM (SSOP) 24 PINS	PW (TSSOP) 24 PINS
24 PINS
R θJA	Junction-to-ambient thermal resistance	67	84.8	96.2	97.4	°C/W
R θJC(top)	Junction-to-case (top) thermal resistance	N/A	57.0	60.0	45.0	°C/W
R θJB	Junction-to-board thermal resistance	N/A	59.5	65.1	62.7	°C/W
Ψ JT	Junction-to-top characterization parameter	N/A	29.0	21.1	5.20	°C/W
Ψ JB	Junction-to-board characterization parameter	N/A	59.0	64.4	62.1	°C/W

开关特性

HC类型开关特性

在不同的电源电压和负载电容下，HC类型器件的开关特性有所不同。例如，传播延迟时间(t{PHL})和(t{PLH})、开关导通时间(t{PZH})和(t{PZL})、开关关断时间(t{PHZ})和(t{PLZ})等。以传播延迟时间为例，在(V{CC}=2V)、负载电容(C{L}=50pF)、环境温度(T{A}=25°C)时，(t{PHL})和(t{PLH})的典型值为(15ns)；在(V{CC}=4.5V)、负载电容(C{L}=50pF)、环境温度(T{A}=25°C)时，(t{PHL})和(t{PLH})的典型值为(19ns)等。详细的开关特性参数可以帮助工程师在高速信号处理电路中进行精确的设计。

HCT类型开关特性

HCT类型器件的开关特性与HC类型类似，但也有一些差异。例如，在相同的电源电压和负载电容条件下，HCT类型的传播延迟时间、开关导通时间和开关关断时间等参数可能会有所不同。工程师需要根据具体的应用需求选择合适的类型。

模拟通道规格

开关频率响应带宽

在(-3dB)时，CD74HC4067和CD74HCT4067的开关频率响应带宽在(V_{CC}=4.5V)时为(89MHz)，这表明它们能够在较高的频率下正常工作，适用于一些高频信号处理应用。

总谐波失真

在(1kHz)、(V{IS}=4V{PP})、(V_{CC}=4.5V)的条件下，总谐波失真为(0.051%)，说明器件在信号处理过程中能够保持较好的信号质量，减少谐波失真的影响。

开关关断信号馈通

在(V_{CC}=4.5V)时，开关关断信号馈通为(-75dB)，较低的信号馈通可以有效减少信号之间的干扰，提高电路的抗干扰能力。

输入电容和公共电容

开关输入电容(C{I})为(5pF)，公共电容(C{COM})为(50pF)，这些电容参数对于信号的传输和耦合有一定的影响，工程师在设计时需要考虑这些因素。

典型特性与测试电路

典型特性曲线

文档中给出了典型的导通电阻与输入信号电压的关系曲线、开关频率响应曲线、开关关断信号馈通与频率的关系曲线等。通过这些曲线，工程师可以直观地了解器件在不同条件下的性能表现，为电路设计提供参考。

模拟测试电路

为了验证器件的性能，文档中还给出了