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使用CMOS電路需注意的有關(guān)問題
集成電路可分為TTL和MOS電路(主要以CMOS為主)兩種。TTL以高速度見長,MOS電路則以低功耗著稱。使用CMOS電路時,除了要認真閱讀產(chǎn)品說明書或有關(guān)資料,了解其引腳分布情況及極限參數(shù)之外,還應注意以下問題:
(1)在安裝電路、改變電路連接、插拔CMOS器件時,必須切斷電源,否則CMOS器件很容易受到極大的感應或電沖擊而損壞。
(2)電源問題。CMOS集成電路的工作電源電壓一般在3~18V之間,但當系統(tǒng)中有門電路的模擬應用(如脈沖振蕩、線性放大)時,最低工作電壓則不應低于4.5V。由于工作電壓范圍寬,故使用不穩(wěn)壓的電源電路也可以工作。CMOS有微功耗的特點,所以特別適用于電池做電源或備用電源,其電路如圖1所示。正常工作時,VD1導通,VD2截止,由VA供電。一旦VA不供電,則VD2迅速導通,由VB進行供電。國產(chǎn)C000系列CMOS電路的電源電壓允許在7~15V范圍內(nèi)選擇。工作在不同電源電壓下的器件,其輸出阻抗、工作速度和功耗也會不同,在使用中應注意。
(3)驅(qū)動能力問題。CMOS電路的驅(qū)動能力,除選用驅(qū)動能力較強的大緩沖器來提高之外,還可以將同一個芯片幾個同類電路并接起來提高,這時驅(qū)動能力提高到N倍(N為并聯(lián)門電路的數(shù)量)。
(4)多余輸入端的處理。CMOS電路的輸入端不允許懸空,因為懸空會使電位不定,破壞正常的邏輯關(guān)系。另外,懸空時輸入阻抗高,易受外界噪聲干擾,使電路產(chǎn)生誤動作,而且也極易使柵極感應靜電造成擊穿。所以,對于“與”門,“與非”門的多余端接高電平,對于“或”門、“或非”門的多余端接低電平。如果電路的工作速度不高,功耗也不需要特別考慮,則可采用多余的輸入端和使用端并用的方法加以解決。
(5)輸入端的電流不能超過1mA(極限值為10mA),如果不能保證這一點,必須在輸入端加適當?shù)碾娮柽M行限流保護。
(6)輸入信號不可大于VDD或小于VSS,否則輸入保護二極管會因正向偏置而引起大電流?;谶@一點,在工作或測試時,必須按照先接通電源后由加入信號,先撤除信號后再關(guān)閉電源順序進行操作。
(7)輸入信號的上升或下降時間不宜過長,否則一方面容易造成虛假觸發(fā)而導致器件失去正常功能,另一方面還會造成大的損耗。對4000B系列,上升或下降時間限于15μs以內(nèi);對于74HC系列限于0.5μs以內(nèi)。如果不滿足這個要求,必須使用史密特觸發(fā)器件輸入整形。
(8)輸入端接長線時的保護問題。在CMOS電路的輸入端與機械接點連接以及其它特殊應用情況下,輸入端往往需要接入長線,長輸入線必然有較大的分布電容和分布電感,很容易形成LC振蕩。特別當輸入端一旦發(fā)生負電壓,容易破壞CMOS中的保護二極管。其保護方法是在輸入端串接一個電阻R2,如圖2所示,R2=VDD/1mA。
(9)CMOS的接口電路問題。當和運放接口時,如果運放采用雙電源,CMOS采用的是獨立的另一組電源,則要采用如圖3所示的連接方式。在電路中,VD1、VD2作箝位保護,使CMOS輸入電壓處在10V與地之間。15kΩ的電阻既作為CMOS的限流電阻,又對二極管進行限流保護。如果運放使用單電源,且與CMOS使用的電源一樣,則可直接連接。
總之,集成電路在使用過程中,常常涉及到CMOS電路和TTL等其它電路之間的連接問題。由于這些電路相互之間的電源電壓和輸入、輸出電平及電流不相同,因此它們之間的連接必須通過電平轉(zhuǎn)換或電流轉(zhuǎn)換電路,使前級器件的輸出電流大于后級器件對輸入電流的要求,前級器件輸出的邏輯電平滿足后級器件對輸入電平的要求,并不得對器件造成損壞。邏輯器件的接口電路主要應注意電平匹配和輸出能力兩個問題,要和器件的電源電壓結(jié)合起來考慮。
(10)CMOS電路具有很高的輸入阻抗,致使器件易受外界干擾、沖擊和靜電擊穿,所以在其內(nèi)部輸入端接有二極管保護電路,如圖4所示。其中R約為1.5~2.5kΩ。輸入保護網(wǎng)絡(luò)的引入,使器件的輸入阻抗有一定的下降,但仍達到108Ω以上。由于保護電路吸收的瞬變能量有限,太大的瞬變信號和過高的靜電電壓將使保護電路失去作用。在焊接CMOS管時,電烙鐵必須可靠接地,以防電烙鐵漏電擊穿器件輸入端。一般可利用電烙鐵斷電后的余熱焊接,并先焊接其接地腳。
(11)防止用大電阻串入VDD和VSS端,以免在電路開關(guān)期間由于電阻上的壓降引起保護二極管瞬時導通,而損壞器件。
(12)CMOS器件輸出端不允許直接和VDD或VSS連接,否則將導致器件損壞。除三態(tài)輸出器件外,不允許兩個器件并接成邏輯狀態(tài),因為不同的器件參數(shù)不一致,有可能導致NMOS和PMOS器件同時導通,形成大電流。但為了增加電路的驅(qū)動能力,允許把同一芯片上的同類電路并聯(lián)使用。
(13)對于CMOS電路,如果輸入電路中沒有一定的抗靜電措施,很容易造成電路的毀滅性破壞。雖然各種CMOS輸入端有抗靜電的保護措施,但仍須小心對待在包裝、儲存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)中可能產(chǎn)生的靜電問題,可采取多種措施,諸如工作臺面有良好的導電性,并且可靠接地。應放在抗靜電的材料中儲存和運輸CMOS集成電路。工作人員不宜穿尼龍、化纖衣服,不穿硬塑料底的鞋子,手或工具在接觸集成塊前最好先接一下地。對器件引線矯直、彎曲或人工焊接時,使用的設(shè)備必須接地。
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