絕對最大額定值”與“工作范圍”之間有何區(qū)別？

絕對最大額定值

為維持IC的壽命和可靠性，即使是瞬間也不能超過額定值。

工作范圍

必須遵守這些電氣條件，以確保正常運(yùn)行。
如果超出任一工作范圍，則無法保證IC的運(yùn)行。請務(wù)必在各工作范圍內(nèi)使用IC。如果很難做到這一點(diǎn)，請選擇具有適當(dāng)工作范圍的其它IC。

容限功能介紹

“容限”（*）一詞意味著能夠耐受指定的條件。一些CMOS邏輯IC系列具有輸入和輸出容限功能以及輸出掉電保護(hù)功能（*）。
電子元件包含多個(gè)IC，這些IC有時(shí)在不同的電壓域（例如，3.3V電壓和5V電壓域）內(nèi)運(yùn)行。在這種情況下，您需要具有輸入和輸出容限功能以及電平轉(zhuǎn)換功能（稍后說明）的CMOS邏輯IC。許多移動設(shè)備都有局部掉電功能，此功能可關(guān)閉未使用的邏輯模塊以省電并延長電池工作時(shí)間。為實(shí)現(xiàn)局部掉電，需具備輸出掉電保護(hù)功能。

• 輸入容限功能：當(dāng)VCC活動（在工作電壓范圍內(nèi)）或VCC＝0時(shí)，此功能可防止當(dāng)輸入電壓高于供電電壓（VCC）時(shí)，電流流入IC*。但不允許在輸入引腳上施加高于最大工作電壓的電壓。

輸出引腳的容限功能更復(fù)雜。CMOS邏輯IC的輸出電路為圖騰結(jié)構(gòu)，由一對P溝道和N溝道MOSFET組成。因此，大多數(shù)CMOS邏輯IC在活動狀態(tài)下不允許將外部電壓施加至輸出引腳。如果對輸出端施加電壓，它會與電源或GND短路，從而可能導(dǎo)致IC損壞。

*）在某些情況下，容限和掉電保護(hù)可以互換使用。輸入容限有時(shí)稱為輸入掉電保護(hù)，輸出掉電保護(hù)有時(shí)稱為輸出容限。

• 輸出容限功能：對于具有禁用模式的CMOS邏輯IC，當(dāng)IC處于高阻態(tài)時(shí)，此功能可防止電流通過輸出引腳流入IC。但是當(dāng)輸出引腳啟用（高或低）時(shí)，不允許向輸出引腳施加高于供電電壓的電壓。如果對輸出端施加電壓，輸出將與電源或GND短路，從而可能導(dǎo)致IC損壞。
  同樣對于開漏IC，即使在輸出MOSFET關(guān)斷時(shí)向輸出端施加高于供電電壓的電壓，電流也不會從輸出引腳流入IC。因此，雖然未特別說明，但漏極開路輸出可視為具有輸出容限功能。
  但是即使是具有輸出容限功能的CMOS邏輯IC，也不允許向輸出端施加高于最大工作電壓的電壓。

• 掉電保護(hù)（*）：當(dāng)工作電壓范圍內(nèi)的電壓施加至輸出端且電源關(guān)閉（VCC＝0V）時(shí)，此功能可防止電流通過輸出引腳流入IC。無論IC是否處于禁用模式，掉電保護(hù)都能發(fā)揮作用。

下圖顯示了在輸入側(cè)和輸出側(cè)均配備二極管的典型CMOS邏輯IC的等效電路。輸入側(cè)的二極管專門用于ESD保護(hù)。輸出側(cè)的二極管則為非專用的寄生二極管。如果施加高于VCC的電壓或在IC關(guān)斷時(shí)施加電壓，輸入端與電源之間的二極管以及輸出端與電源之間的二極管可能會導(dǎo)通。在這種情況下，IC可能會被由此產(chǎn)生的大電流損壞。盡管輸出端不直接連接電源線，但其可能連接總線系統(tǒng)中的另一個(gè)總線輸出端。

無輸入容限和掉電保護(hù)功能的CMOS邏輯IC的等效輸入／輸出電路

使用輸入容限功能進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換：
輸入容限功能可用于降低高電平電壓。例如，我們來考慮下如何使用VHC系列的IC將HC系列的邏輯IC的輸出電壓從5V降壓至3.3V。
對于降壓轉(zhuǎn)換，應(yīng)注意以下特性。（以下數(shù)值適用于VHS系列。）

• 輸入電壓（見工作范圍表）VIN（最大值）：5.5V
• 前級IC的最大低電平電壓以及電平轉(zhuǎn)換IC的低電平輸入電壓（見電氣特性表），VIL（最大值）：VCC×0.3V
• 使用降壓電壓（本示例中為3.3V）作為電平轉(zhuǎn)換CMOS邏輯IC的供電電壓。

最大輸入電壓不得超過數(shù)據(jù)表的工作范圍表中顯示的數(shù)值。此外，最大低電平輸入電壓必須低于電氣特性表中顯示的數(shù)值（VIL）。
只要注意上述特性，就能輕松完成邏輯信號的電平轉(zhuǎn)換，具體如下圖所示。
但是請注意，5V和3.3V IC的閾值電壓有區(qū)別。因此，邏輯信號的占空比可能會因電平轉(zhuǎn)換而相應(yīng)變化。
如果這存在問題，請使用東芝的雙電源電平轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可在不影響占空比的情況下進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

我應(yīng)按什么順序?qū)ê完P(guān)斷電源信號及輸入信號？

TC74HC/HCT的輸入／輸出等效電路

下圖顯示了TC74HC/HCT系列的I/O等效電路。

為滿足絕對最大額定值，必須按以下順序進(jìn)行上電：

（1）連接GND
（2）連接VCC（ON）
（3）連接輸入信號（導(dǎo)通）

如果先輸入輸入信號，在無輸入容限功能的IC中，不必要的電流可能會流向輸入端，從而損壞IC或設(shè)備。
對于關(guān)斷順序，按相反的順序執(zhí)行上電順序。
TC74VHC/VHCT、TC74LCX、TC74VCX（從輸入端至電源的正向無輸入保護(hù)二極管）等具有輸入容錯(cuò)功能的產(chǎn)品，即使在未上電的情況下也可施加輸入信號。因此，無需執(zhí)行（2）和（3）的加載順序。

Vcc與GND之間是否需要去耦電容？

圖：在Vcc與GND之間插入去耦電容的示例

信號開關(guān)產(chǎn)生的尖峰電流會導(dǎo)致VCC和GND反彈，從而使輸出過沖或欠沖，或過度輸出延遲。為避免這類情況，有必要降低高頻電流的VCC和GND線的阻抗。
具體而言，VCC和GND線應(yīng)又粗又短，并且最好在每個(gè)IC的電源引腳附近插入一個(gè)去耦電容（0.01μF至0.1μF），起到高頻濾波器的作用。去耦電容器應(yīng)盡量靠近每個(gè)IC。距離過遠(yuǎn)不僅會降低效用，還可能輻射IC的開關(guān)噪聲。
對于低頻濾波，每個(gè)電路板通常使用一個(gè)10μF至100μF的電容。

是否可以將通用CMOS邏輯IC的未使用輸入端保持開路狀態(tài)？

連接VCC或GND的CMOS邏輯IC的未使用輸入端

通常，所有未使用的輸入端均應(yīng)連接VCC或GND。
但是可配置為輸出端（例如，總線引腳）的雙向總線緩沖器（例如，功能245）的任何引腳都應(yīng)通過上拉電阻連接VCC或通過下拉電阻連接GND。建議將緩沖器的兩端上拉或下拉至相同電位，以避免不必要的電流流動。但必須使具有總線保持功能的輸入引腳（例如，TC74VCXHxxx系列的IC的輸入引腳）保持開路狀態(tài)。即使對于典型的CMOS邏輯IC，當(dāng)其電源打開時(shí)，由于寄生電容（大約幾毫安）引起的大浪涌電流也可能是一個(gè)問題。為提高系統(tǒng)可靠性，防止器件損壞和其它故障，其輸入端可通過一個(gè)上拉電阻連接VCC或通過一個(gè)下拉電阻連接到GND。

由于CMOS邏輯具有非常高的輸入阻抗，因此由于周邊電場的影響，任何開路輸入都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的輸出值。此外，直通電流可能會在VCC與GND的中點(diǎn)流動，導(dǎo)致電源電流增大，在最壞的情況下會導(dǎo)致器件損壞。
除非數(shù)據(jù)表中另有說明，否則在操作無總線保持功能的所有輸入時(shí)請務(wù)必留意這些注意事項(xiàng)。

雙向總線緩沖器的未使用雙向引腳上拉至VCC或下拉至GND

什么是總線保持？

總線保持電路架設(shè)在IC的數(shù)據(jù)輸入端?？偩€保持電路由反饋回路中的兩個(gè)反向器組成，當(dāng)輸入引腳處于開路狀態(tài)（即懸空）時(shí)保持（鎖存）其最后已知的狀態(tài)。下圖顯示了總線保持電路的等效電路。

對于CMOS邏輯電路，如果未使用的輸入引腳保持開路或懸空，則它們會呈現(xiàn)高阻態(tài)。通

常，可通過連接外部上拉電阻或下拉電阻防止出現(xiàn)這種情況，因?yàn)楦咦钁B(tài)會導(dǎo)致輸入電容被漏電流逐漸充電，最終同時(shí)導(dǎo)通輸入P溝道和N溝道MOSFET，從而導(dǎo)致意外的電流或異常振蕩。
相反，總線保持電路采用一個(gè)背面連接輸入端的弱反饋門來保持最后的輸入狀態(tài)，直到其下次改變狀態(tài)。
因此，帶有總線保持電路的IC無需外部上拉電阻。此外，與使用上拉電阻相比，總線保持電路有助于降低耗電量，因?yàn)榭偩€保持電路在輸入端呈現(xiàn)高阻態(tài)之前立即保持輸入狀態(tài)。
總線保持電路具有以下兩個(gè)電氣特性：1）總線保持輸入最小驅(qū)動保持電流（II(HOLD)）指定總線保持電路可供給器件或總線的最小電流；及2）總線保持輸入過驅(qū)動電流改變狀態(tài)（II(OD)），指定改變總線保持電路中保持的狀態(tài)所需的最小過驅(qū)動電流。下面給出了數(shù)據(jù)表中顯示的總線保持特性的一個(gè)示例。

具有總線保持功能的總線收發(fā)器（TC74VCXH16245FT）的保證總線保持輸入電流（單位：μA）

是否可以將通用CMOS邏輯IC的未使用輸出端保持開路狀態(tài)？

可將未使用的輸出端保持開路狀態(tài)。

但由于開路未端接且有全反射，如果出現(xiàn)電磁干擾（EMI）問題，可串聯(lián)一個(gè)幾十pF的電容器和一個(gè)幾十歐的電阻，以交替端接該電路。

具有緩慢上升沿或下降沿的輸入端是否有任何參考？

在數(shù)據(jù)表中，通用CMOS邏輯IC的上升和下降時(shí)間均在保證其功能操作的工作范圍內(nèi)指定的。
請?jiān)诠ぷ鞣秶鷥?nèi)使用CMOS邏輯IC，以防止由于輸出振蕩等引起的故障。
如果向輸入端施加緩慢上升或下降信號（低擺率信號），開關(guān)過程中會出現(xiàn)尖峰電流，導(dǎo)致VCC和GND反彈，從而可能導(dǎo)致輸出振蕩或故障。

使用帶有施密特觸發(fā)器輸入端的IC實(shí)現(xiàn)緩慢變化的輸入。然而，如果輸入變化過慢，即使是帶有施密特觸發(fā)器輸入端的IC也可能無法抑制電源線或信號線上的噪聲，從而導(dǎo)致輸出振蕩或不穩(wěn)定。

將電容器連接到輸出端是否可以？

[圖1：將大電容器連接至輸出端]

如果在CMOS器件上連接大電容器，則在切換至輸出模式（“H”?“L”、“L”?“H”）時(shí)可能會流過充電／放電大電流，進(jìn)而導(dǎo)致故障。在最壞的情況下，這種大電流可能會導(dǎo)致內(nèi)部接線熔融甚至斷線。此外，如果電源驟然關(guān)斷，由于電容的充電／放電，大于指定值的電流可能流向輸出寄生二極管。建議將輸出引腳上的電容性負(fù)載保持在500pF以下。如果超過該值，請插入一個(gè)電阻器以限制充電和放電電流，具體如圖1所示。在這種情況下，請注意輸出信號會出現(xiàn)延遲。

[圖2：將大電容器連接至TCTC4000系列和TC74HC/AC系列的輸入端]

TC4000系列和TC74HC/AC系列等不具備輸入容限功能的器件，也不應(yīng)同時(shí)驅(qū)動大電容性負(fù)載，因?yàn)槿绻P(guān)斷時(shí)間很短，電流可能流過輸入保護(hù)二極管。
因此建議將連接輸入引腳的負(fù)載電容保持在500pF以下。如果超過該值，請插入一個(gè)電阻器，具體如圖2所示。請注意，在這種情況下，輸入信號也會延遲。