CD74HC4067和CD74HCT4067：高速CMOS 16通道模擬復用器和解復用器的深度解析
CD74HC4067和CD74HCT4067：高速CMOS 16通道模擬復用器和解復用器的深度解析
在電子設計的廣闊領域中，模擬復用器和解復用器扮演著至關重要的角色。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的CD74HC4067和CD74HCT4067這兩款高速CMOS邏輯16通道模擬復用器和解復用器，了解它們的特性、應用、引腳配置等關鍵信息。
文件下載：cd74hct4067.pdf
產(chǎn)品特性
1. 寬模擬輸入電壓范圍與低導通電阻
CD74HCx4067具備寬模擬輸入電壓范圍，并且導通電阻較低。在不同的電源電壓下，導通電阻表現(xiàn)不同，例如當(V{CC}=4.5V)時，典型導通電阻為(70Omega)；當(V{CC}=6V)時，典型導通電阻為(60Omega)。低導通電阻有助于減少信號傳輸過程中的損耗，提高信號質量。這在一些對信號精度要求較高的應用中非常關鍵，你是否在實際設計中也會特別關注導通電阻這個參數(shù)呢？
2. 快速開關和傳播速度
該器件具有快速的開關和傳播速度，在(4.5V)電源電壓下，先斷后通的開關時間典型值為(6ns)。快速的開關速度使得它能夠在高速信號處理場景中穩(wěn)定工作，滿足一些對時間響應要求嚴格的應用需求。
3. 多種封裝形式
提供窄體和寬體塑料封裝，方便工程師根據(jù)實際的電路板空間和布局需求進行選擇。常見的封裝類型有SOIC(24)、SSOP(24)、TSSOP(24)等，不同的封裝在尺寸和引腳排列上有所差異，你在選擇封裝時會優(yōu)先考慮哪些因素呢？
4. 高扇出能力
在整個溫度范圍內，標準輸出可驅動(10)個LSTTL負載，總線驅動輸出可驅動(15)個LSTTL負載，具有較強的驅動能力，能夠適應不同負載的需求。
5. 寬工作溫度范圍
工作溫度范圍為(-55°C)至(+125°C)，適用于各種惡劣的工作環(huán)境，無論是高溫還是低溫環(huán)境，都能保證器件的穩(wěn)定運行。
6. 低功耗與高抗噪性
與LSTTL邏輯IC相比，顯著降低了功耗。HC類型可在(2V)至(6V)電壓下工作，在(V_{CC}=5V)時，具有(30%)的高噪聲抗擾度；HCT類型可在(4.5V)至(5.5V)電壓下工作，與LSTTL輸入邏輯直接兼容，同時具備CMOS輸入兼容性。
應用領域
CD74HC4067和CD74HCT4067的應用非常廣泛，涵蓋了能源基礎設施、建筑自動化、無線基礎設施、家電、數(shù)據(jù)中心與企業(yè)計算、零售自動化與支付等多個領域。此外，還可用于信號選通、調制器、靜噪控制、解調器、斬波器、換向開關、模數(shù)和數(shù)模轉換以及頻率、阻抗、相位和模擬信號增益的數(shù)字控制等方面。在這些應用場景中，你是否使用過類似的模擬復用器和解復用器呢？
產(chǎn)品描述
這兩款器件是數(shù)字控制的模擬開關，采用硅柵CMOS技術，實現(xiàn)了與LSTTL相似的工作速度，同時具備標準CMOS集成電路的低功耗特性。它們能夠控制在電源電壓范圍內變化的模擬電壓，是雙向開關，允許任何模擬輸入作為輸出，反之亦然。開關具有低導通電阻和低關斷泄漏電流，并且有一個使能控制端，當使能端為高電平時，所有開關將被禁用，處于關斷狀態(tài)。
引腳配置與功能
引腳配置
| CD74HC4067和CD74HCT4067采用24引腳封裝，不同引腳具有不同的功能。例如，“COMMON INPUT/OUTPUT”引腳（引腳1）是公共輸入或輸出端；“S0 - S3”引腳（引腳10、11、13、14）是選擇/地址引腳，用于選擇要導通的通道；“E”引腳（引腳15）是使能端，控制所有開關的通斷；“VCC”引腳（引腳24）是電源引腳，“GND”引腳（引腳12）是接地引腳。詳細的引腳信息如下表所示： | 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
| 通過真值表可以清晰地了解器件的功能模式。當使能端“E”為高電平（邏輯1）時，無論選擇/地址引腳“S0 - S3”的狀態(tài)如何，都不會選擇任何通道；當使能端“E”為低電平（邏輯0）時，根據(jù)選擇/地址引腳的不同組合，選擇相應的通道。例如，當“S0 - S3”為“0000”時，選擇通道0；當“S0 - S3”為“1000”時，選擇通道1，以此類推。具體的真值表如下： | 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 |
電氣特性
絕對最大額定值
| 在使用器件時，需要注意其絕對最大額定值，以避免對器件造成永久性損壞。例如，DC電源電壓(V{CC})的范圍為(-0.5V)至(7V)；DC輸入二極管電流(I{IK})和DC輸出二極管電流(I{OK})在(V{I} < -0.5V)或(V{I} > V{CC} + 0.5V)時，范圍為(-20mA)至(20mA)；DC (V{CC})或接地電流(I{CC})的范圍為(-50mA)至(50mA)等。詳細的絕對最大額定值如下表所示： | 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 |
推薦工作條件
| 為了確保器件的正常工作，需要在推薦的工作條件下使用。例如，CD54和74HC類型的電源電壓范圍為(2V)至(6V)，CD54和74HCT類型的電源電壓范圍為(4.5V)至(5.5V)；模擬開關I/O電壓范圍為(0V)至(V_{CC})；環(huán)境溫度范圍為(-55°C)至(+125°C)等。具體的推薦工作條件如下表所示： | 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 |
電氣特性詳細參數(shù)
文檔中還詳細給出了HC和HCT類型器件在不同條件下的電氣特性參數(shù)，包括高電平輸入電壓(V{IH})、低電平輸入電壓(V{IL})、導通電阻(R{ON})、關斷開關泄漏電流(I{Z})、輸入泄漏電流(I{IL})、靜態(tài)器件電流(I{CC})等。這些參數(shù)對于工程師進行電路設計和性能評估非常重要，你在設計時會重點關注哪些電氣特性參數(shù)呢？
熱信息
| 了解器件的熱信息對于確保其在正常溫度范圍內工作至關重要。文檔中給出了不同封裝形式下的熱阻參數(shù)，如結到環(huán)境的熱阻(R{θJA})、結到外殼（頂部）的熱阻(R{θJC(top)})、結到電路板的熱阻(R{θJB})等。例如，對于CD74HCx4067的M（SOIC）24引腳封裝，(R{θJA})為(84.8°C/W)，(R_{θJC(top)})為(57.0°C/W)等。這些熱阻參數(shù)有助于工程師進行散熱設計，保證器件的穩(wěn)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 |
開關特性
HC類型開關特性
在不同的電源電壓和負載電容下，HC類型器件的開關特性有所不同。例如，傳播延遲時間(t{PHL})和(t{PLH})、開關導通時間(t{PZH})和(t{PZL})、開關關斷時間(t{PHZ})和(t{PLZ})等。以傳播延遲時間為例，在(V{CC}=2V)、負載電容(C{L}=50pF)、環(huán)境溫度(T{A}=25°C)時，(t{PHL})和(t{PLH})的典型值為(15ns)；在(V{CC}=4.5V)、負載電容(C{L}=50pF)、環(huán)境溫度(T{A}=25°C)時，(t{PHL})和(t{PLH})的典型值為(19ns)等。詳細的開關特性參數(shù)可以幫助工程師在高速信號處理電路中進行精確的設計。
HCT類型開關特性
HCT類型器件的開關特性與HC類型類似，但也有一些差異。例如，在相同的電源電壓和負載電容條件下，HCT類型的傳播延遲時間、開關導通時間和開關關斷時間等參數(shù)可能會有所不同。工程師需要根據(jù)具體的應用需求選擇合適的類型。
模擬通道規(guī)格
開關頻率響應帶寬
在(-3dB)時，CD74HC4067和CD74HCT4067的開關頻率響應帶寬在(V_{CC}=4.5V)時為(89MHz)，這表明它們能夠在較高的頻率下正常工作，適用于一些高頻信號處理應用。
總諧波失真
在(1kHz)、(V{IS}=4V{PP})、(V_{CC}=4.5V)的條件下，總諧波失真為(0.051%)，說明器件在信號處理過程中能夠保持較好的信號質量，減少諧波失真的影響。
開關關斷信號饋通
在(V_{CC}=4.5V)時，開關關斷信號饋通為(-75dB)，較低的信號饋通可以有效減少信號之間的干擾，提高電路的抗干擾能力。
輸入電容和公共電容
開關輸入電容(C{I})為(5pF)，公共電容(C{COM})為(50pF)，這些電容參數(shù)對于信號的傳輸和耦合有一定的影響，工程師在設計時需要考慮這些因素。
典型特性與測試電路
典型特性曲線
文檔中給出了典型的導通電阻與輸入信號電壓的關系曲線、開關頻率響應曲線、開關關斷信號饋通與頻率的關系曲線等。通過這些曲線，工程師可以直觀地了解器件在不同條件下的性能表現(xiàn)，為電路設計提供參考。
模擬測試電路
為了驗證器件的性能，文檔中還給出了
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