SN54HC157和SN74HC157：高速CMOS多路復用器的設計與應用

在電子設計領域，多路復用器是實現數據選擇和路由的關鍵組件。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的SN54HC157和SN74HC157這兩款高速硅柵CMOS多路復用器，了解它們的特性、應用以及設計要點。

文件下載：sn74hc157.pdf

芯片特性與概述

特性亮點

• 寬工作電壓范圍：這兩款芯片的工作電壓范圍為2V至6V，能夠適應多種不同的電源環境，為設計提供了更大的靈活性。
• 低功耗：最大ICC電流僅為80μA，典型的傳播延遲時間tpd為11ns，在保證高速性能的同時，有效降低了功耗。
• 高驅動能力：輸出能夠驅動多達15個LSTTL負載，并且在5V電源下具有±6mA的輸出驅動能力。
• 低輸入電流：最大輸入電流僅為1μA，減少了對前級電路的負載影響。

功能概述

SNx4HC157內部包含四個2:1多路復用器，可用于選擇兩個數據源之一。所有通道由相同的地址選擇（A/B）輸入和選通（G）輸入控制。當選通端為高電平時，所有輸出將被強制拉低。

引腳配置與功能

引腳定義

引腳功能說明

• 地址選擇（A/B）：用于選擇每個通道的輸入數據是來自A還是B。
• 選通（G）：低電平有效，當G為低電平時，芯片正常工作；當G為高電平時，所有輸出被強制拉低。
• 數據輸入（A和B）：每個通道有兩個數據輸入，通過地址選擇信號進行切換。
• 數據輸出（Y）：輸出所選通道的數據。

規格參數

絕對最大額定值

在設計過程中，必須確保芯片的工作條件不超過絕對最大額定值，否則可能會導致芯片永久性損壞。以下是一些關鍵的絕對最大額定值：

• 電源電壓范圍（Vcc）：-0.5V至7V
• 輸入鉗位電流（IK）：±20mA
• 輸出鉗位電流（IOK）：±20mA
• 連續輸出電流（Io）：±35mA
• 通過Vcc或GND的連續電流：±70mA
• 結溫（TJ）：150°C
• 存儲溫度（Tstg）：-65°C至150°C

推薦工作條件

電氣特性

開關特性

應用與設計要點

典型應用

SNx4HC157可用于多種數據選擇和路由應用，例如在一個4位數據總線系統中，通過該芯片可以在兩個源設備之間切換數據。

設計要求

電源考慮

• 電源電壓范圍：確保電源電壓在推薦工作條件范圍內，不同的電源電壓會影響芯片的電氣特性。
• 電流供應能力：正電源必須能夠提供足夠的電流，以滿足芯片的靜態和動態電流需求。接地端必須能夠吸收所有輸出電流和電源電流。
• 負載電容：芯片可以驅動總電容小于或等于50pF的負載，以確保滿足數據手冊的規格要求。
• 負載電阻：負載電阻應滿足RL ≥ VO / IO的條件，以防止輸出電流超過絕對最大額定值。

輸入考慮

• 輸入信號電平：輸入信號必須超過VIL(max)才能被視為邏輯低電平，超過VIH(min)才能被視為邏輯高電平。
• 未使用輸入處理：未使用的輸入必須連接到VCC或地，以確保芯片的正常工作。可以使用上拉或下拉電阻來提供穩定的輸入電平。
• 輸入轉換速率：由于芯片具有CMOS輸入，輸入信號必須快速切換，以避免振蕩和額外的功耗。

輸出考慮

• 輸出低電平電壓：輸出低電平電壓由地電壓產生，吸收電流會增加輸出電壓。
• 未使用輸出處理：未使用的輸出可以懸空，但不要直接連接到VCC或地。

詳細設計步驟

1. 添加去耦電容：在VCC和GND之間添加一個去耦電容，放置在芯片附近，以減少電源噪聲。
2. 控制負載電容：確保輸出負載電容≤50pF，以優化性能。可以通過提供短而合適尺寸的走線來實現。
3. 控制負載電阻：確保輸出負載電阻大于(VCC / IO(max)) Ω，以防止輸出電流超過額定值。
4. 熱管理：雖然邏輯門的熱問題通常不是主要關注點，但可以使用相關應用報告中的方法來計算功耗和熱增加。

布局指南

• 旁路電容放置：旁路電容應放置在芯片的正電源端附近，并提供短的接地返回路徑。使用寬走線以減少阻抗，并盡量將芯片、電容和走線放在電路板的同一側。
• 信號走線幾何形狀：信號走線寬度建議為8mil至12mil，長度小于12cm，以減少傳輸線效應。避免使用90°角，使用連續的接地平面，并在信號走線周圍填充接地。對于長度超過12cm的走線，可以使用阻抗控制走線，并在輸出附近使用串聯阻尼電阻進行源端匹配。

總結

SN54HC157和SN74HC157是兩款性能出色的高速CMOS多路復用器，具有寬工作電壓范圍、低功耗、高驅動能力等優點。在設計過程中，需要根據芯片的規格參數和應用要求，合理考慮電源、輸入、輸出等方面的因素，并遵循布局指南，以確保芯片的正常工作和性能優化。希望本文對電子工程師在使用這兩款芯片進行設計時有所幫助。你在實際應用中是否遇到過類似芯片的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和問題。