SN74ACT153：雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器的詳細(xì)剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)選擇器和多路復(fù)用器是常見且關(guān)鍵的組件，它們能夠高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的選擇和路由。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）的SN74ACT153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能為我們帶來怎樣的便利和優(yōu)勢(shì)。

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一、器件概述

SN74ACT153是一款高速硅柵CMOS多路復(fù)用器，非常適合用于多路復(fù)用和數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。它內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立的4選1多路復(fù)用器，由共享的控制邏輯進(jìn)行控制。該器件的工作電壓范圍為4.5V至5.5V，具有TTL兼容的輸入，能夠與多種邏輯電路進(jìn)行接口。

1.1 器件特性

• 寬電壓范圍：工作電壓范圍為4.5V至5.5V，為設(shè)計(jì)提供了一定的靈活性。
• TTL兼容輸入：方便與TTL邏輯器件進(jìn)行接口，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
• 強(qiáng)大的輸出驅(qū)動(dòng)能力：在5V電源下，連續(xù)輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)±24mA，短時(shí)間內(nèi)可支持高達(dá)±75mA的輸出驅(qū)動(dòng)電流，還能驅(qū)動(dòng)50Ω的傳輸線。
• 高速運(yùn)行：最大延遲僅為8.2ns，能夠滿足大多數(shù)高速應(yīng)用的需求。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

SN74ACT153主要用于數(shù)據(jù)選擇和多路復(fù)用，例如在需要從多個(gè)數(shù)據(jù)源中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)中，它可以發(fā)揮重要作用。

二、器件信息

2.1 封裝信息

2.2 引腳配置和功能

注：(1) Signal Types: I = Input, O = Output, I/O = Input or Output, G = Ground, P = Power. (2) BQB package only.

三、規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

3.2 ESD額定值

3.3 推薦工作條件

3.4 熱信息

3.5 電氣特性

3.6 開關(guān)特性

3.7 典型特性

文檔中還給出了一些典型特性曲線，如不同溫度下電源電流與電源電壓的關(guān)系、高電平輸出電壓與輸出電流的關(guān)系、低電平輸出電壓與輸出電流的關(guān)系等。這些曲線可以幫助我們更好地了解器件在不同條件下的性能表現(xiàn)。

四、詳細(xì)描述

4.1 概述

SN74ACT153是一款異步工作的器件，每個(gè)Y輸出等于由地址輸入（A, B）選擇的輸入。兩個(gè)通道由相同的地址輸入控制。選通（G）輸入可以強(qiáng)制相應(yīng)的Y輸出為低電平，而不管其他輸入的狀態(tài)如何。

4.2 功能框圖

通過邏輯圖可以清晰地看到器件內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)，有助于我們理解其工作原理。

4.3 特性描述

4.3.1 平衡CMOS推挽輸出

該器件采用了平衡CMOS推挽輸出結(jié)構(gòu)，意味著它能夠吸收和源出相似的電流。這種結(jié)構(gòu)在輕負(fù)載下可以產(chǎn)生快速的邊沿，但在布線和負(fù)載條件方面需要特別注意，以防止出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。同時(shí)，為了避免過流損壞器件，必須限制輸出功率，嚴(yán)格遵循絕對(duì)最大額定值中定義的電氣和熱限制。未使用的推挽CMOS輸出應(yīng)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。

4.3.2 TTL兼容CMOS輸入

SN74ACT153的輸入是TTL兼容的CMOS輸入，通過降低輸入電壓閾值，使其能夠與TTL邏輯器件進(jìn)行接口。這些輸入具有高阻抗，通?？梢越橐粋€(gè)電阻與輸入電容并聯(lián)的形式。在計(jì)算最壞情況下的電阻時(shí)，可以使用絕對(duì)最大額定值中的最大輸入電壓和電氣特性中的最大輸入泄漏電流，根據(jù)歐姆定律((R = V ÷ I))進(jìn)行計(jì)算。 需要注意的是，TTL兼容CMOS輸入要求輸入信號(hào)在有效邏輯狀態(tài)之間快速轉(zhuǎn)換，以滿足推薦工作條件表中規(guī)定的輸入轉(zhuǎn)換時(shí)間或速率。如果不滿足這一要求，可能會(huì)導(dǎo)致功耗過大，并可能引發(fā)振蕩。在實(shí)際應(yīng)用中，任何時(shí)候都不應(yīng)讓TTL兼容CMOS輸入處于浮空狀態(tài)，未使用的輸入必須連接到(V_{CC})或GND。如果系統(tǒng)不能始終主動(dòng)驅(qū)動(dòng)某個(gè)輸入，可以添加一個(gè)上拉或下拉電阻，以在這些時(shí)間段內(nèi)提供有效的輸入電壓。推薦使用10kΩ的電阻，通?？梢詽M足所有要求。

4.3.3 鉗位二極管結(jié)構(gòu)

器件的輸入和輸出都具有正負(fù)極性的鉗位二極管。需要特別注意的是，超過絕對(duì)最大額定值表中規(guī)定的電壓可能會(huì)損壞器件。不過，如果能夠遵守輸入和輸出鉗位電流額定值，輸入和輸出電壓額定值是可以被超過的。

4.4 器件功能模式

文檔中給出了功能表，詳細(xì)列出了SN74ACT153在不同輸入條件下的輸出狀態(tài)。通過功能表，我們可以清楚地了解器件的工作邏輯，從而更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

SN74ACT153是一款雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，文檔中給出了一個(gè)使用該器件切換四個(gè)2位數(shù)據(jù)源的示例，展示了如何進(jìn)行必要的連接。

5.2 典型應(yīng)用

典型應(yīng)用框圖展示了如何將SN74ACT153與其他組件（如2:4解碼器）結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的選擇和切換。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體需求進(jìn)行靈活配置。

5.3 設(shè)計(jì)要求

5.3.1 電源考慮

• 確保電源電壓在推薦工作條件規(guī)定的范圍內(nèi)，因?yàn)殡娫措妷簳?huì)影響器件的電氣特性。
• 正電源必須能夠提供足夠的電流，以滿足所有輸出所需的總電流加上最大靜態(tài)電源電流(I{CC})以及開關(guān)所需的任何瞬態(tài)電流。同時(shí)，要確保通過(V{CC})的最大總電流不超過絕對(duì)最大額定值。
• 接地必須能夠吸收足夠的電流，以滿足所有輸出所需的總電流加上最大電源電流(I_{CC})以及開關(guān)所需的任何瞬態(tài)電流。同樣，要確保通過GND的最大總電流不超過絕對(duì)最大額定值。
• SN74ACT153能夠驅(qū)動(dòng)總電容小于或等于50pF的負(fù)載，雖然可以應(yīng)用更大的電容負(fù)載，但不建議超過50pF。
• 負(fù)載電阻應(yīng)滿足(R{L} ≥V{O} / I{O})的要求，其中輸出電壓和電流由電氣特性表中的(V{OH})和(V_{OL})定義。
• 可以使用相關(guān)的應(yīng)用筆記來計(jì)算總功耗和熱增加。

  5.3.2 輸入考慮

• 輸入信號(hào)必須超過(V{IL(max)})才能被視為邏輯低電平，超過(V{IH(min)})才能被視為邏輯高電平，并且不能超過絕對(duì)最大額定值中的最大輸入電壓范圍。
• 未使用的輸入必須連接到(V_{CC})或地。如果輸入完全未使用，可以直接連接；如果輸入有時(shí)使用有時(shí)不使用，可以通過上拉或下拉電阻進(jìn)行連接。上拉電阻用于默認(rèn)高電平狀態(tài)，下拉電阻用于默認(rèn)低電平狀態(tài)。控制器的驅(qū)動(dòng)電流、流入SN74ACT153的泄漏電流以及所需的輸入轉(zhuǎn)換速率會(huì)限制電阻的大小，通常建議使用10kΩ的電阻。
• 由于SN74ACT153具有CMOS輸入，因此要求輸入信號(hào)快速轉(zhuǎn)換，以確保器件正常工作。緩慢的輸入轉(zhuǎn)換可能會(huì)導(dǎo)致振蕩、額外的功耗和器件可靠性降低。

  5.3.3 輸出考慮

• 正電源電壓用于產(chǎn)生輸出高電壓，從輸出汲取電流會(huì)根據(jù)電氣特性中的(V_{OH})規(guī)范降低輸出電壓。接地