74HC123AN 中文資料概述

74HC123AN 是一款高速CMOS雙路再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Dual Retriggerable Monostable Multivibrator）。它屬于74HC系列集成電路，以其低功耗、高抗干擾能力和相對高速的特點，在數(shù)字邏輯電路設(shè)計中占據(jù)重要地位。這款芯片常用于脈沖生成、定時延遲、頻率分頻以及脈沖整形等應(yīng)用場景。理解74HC123AN的工作原理、電氣特性和應(yīng)用方法，對于設(shè)計穩(wěn)定可靠的數(shù)字系統(tǒng)至關(guān)重要。

1. 74HC123AN 概述與主要特性

74HC123AN是TI（德州儀器）、NXP（恩智浦）、ST（意法半導(dǎo)體）等眾多知名半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)的通用邏輯IC。它的核心功能是產(chǎn)生一個可控寬度的輸出脈沖。與傳統(tǒng)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器不同，74HC123AN的再觸發(fā)特性允許在輸出脈沖尚未結(jié)束時接收新的觸發(fā)信號，從而延長輸出脈沖的持續(xù)時間。這種特性使得它在需要靈活脈沖控制的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

其主要特性包括：

• 雙路獨立單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器： 芯片內(nèi)部集成兩個完全獨立的單穩(wěn)態(tài)單元，每個單元都可以獨立配置和觸發(fā)，從而在單個封裝中實現(xiàn)兩路脈沖生成功能，有效節(jié)省PCB空間和成本。

• 再觸發(fā)能力： 這是74HC123AN的一大亮點。當(dāng)輸出脈沖仍在進(jìn)行中時，如果再次接收到有效的觸發(fā)信號，輸出脈沖的計時器會重新開始計數(shù)，從而延長輸出脈沖的寬度。這在需要連續(xù)脈沖或者對輸入脈沖進(jìn)行“展寬”處理時非常有用。

• 可編程輸出脈沖寬度： 輸出脈沖的寬度由外部連接的電阻（R_EXT）和電容（C_EXT）的值共同決定。用戶可以通過選擇不同阻值和容值的外部元件，精確調(diào)整所需的脈沖寬度，從而實現(xiàn)高度的靈活性和可調(diào)性。

• 多種觸發(fā)方式： 每個單穩(wěn)態(tài)單元都支持多種觸發(fā)方式，通常包括下降沿觸發(fā)（A輸入）、上升沿觸發(fā)（B輸入）和低電平有效清除/復(fù)位輸入（CLR）。這種多樣化的觸發(fā)機(jī)制使得芯片能夠適應(yīng)不同的輸入信號類型和控制需求。

• CMOS工藝： 采用CMOS技術(shù)制造，這意味著它具有低功耗的特點，非常適合電池供電或?qū)挠袊?yán)格要求的應(yīng)用。同時，CMOS工藝也賦予其較高的噪聲容限和寬泛的工作電壓范圍。

• 寬工作電壓范圍： 通常支持2V至6V的電源電壓，使其能夠與各種數(shù)字邏輯系列（如TTL、CMOS）兼容，并廣泛應(yīng)用于不同的供電環(huán)境中。

• 快速傳播延遲： 盡管是CMOS器件，但74HC123AN的傳播延遲相對較低，能夠滿足大多數(shù)中低速數(shù)字系統(tǒng)的時序要求。

2. 引腳配置與功能

理解74HC123AN的引腳功能是正確使用它的前提。以下是其典型引腳配置及功能描述（以標(biāo)準(zhǔn)16引腳DIP/SOIC封裝為例，引腳名稱可能因制造商而異，但功能是通用的）：

重要提示： CLR引腳在沒有復(fù)位需求時，必須連接到VCC（高電平），否則芯片可能無法正常觸發(fā)。

3. 工作原理與觸發(fā)機(jī)制

74HC123AN的核心是一個利用RC充放電回路來決定脈沖寬度的單穩(wěn)態(tài)電路。其工作原理可以概括為：當(dāng)接收到有效的觸發(fā)信號時，內(nèi)部的定時器開始計時，并驅(qū)動輸出端發(fā)生翻轉(zhuǎn)。在計時期間，無論再接收到多少觸發(fā)信號，只要輸出脈沖尚未結(jié)束，計時器都會重新開始計數(shù)。

每個單穩(wěn)態(tài)單元都包含A、B兩個觸發(fā)輸入端，以及一個CLR復(fù)位輸入端。其觸發(fā)邏輯如下：

• A輸入下降沿觸發(fā)： 當(dāng)B輸入為高電平，且CLR輸入為高電平（即未復(fù)位）時，A輸入端的下降沿會觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。此時，Q輸出變?yōu)楦唠娖?，Q非輸出變?yōu)榈碗娖健?/span>

• B輸入上升沿觸發(fā)： 當(dāng)A輸入為低電平，且CLR輸入為高電平（即未復(fù)位）時，B輸入端的上升沿會觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。同樣，Q輸出變?yōu)楦唠娖剑琎非輸出變?yōu)榈碗娖健?/span>

• CLR輸入復(fù)位： 無論當(dāng)前單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器處于何種狀態(tài)，只要CLR輸入變?yōu)榈碗娖剑琎輸出將立即被強(qiáng)制為低電平，Q非輸出被強(qiáng)制為高電平，并且定時器復(fù)位。這允許外部強(qiáng)制終止脈沖。

再觸發(fā)機(jī)制的詳細(xì)解釋： 當(dāng)一個輸出脈沖被觸發(fā)后，RC充電過程開始。如果在RC充電完成之前（即輸出脈沖寬度期內(nèi)），再次出現(xiàn)一個有效的觸發(fā)信號，那么RC充電過程會重新開始，而不是產(chǎn)生一個新的脈沖。這意味著輸出脈沖的持續(xù)時間會被延長，直到在RC充電過程中沒有新的觸發(fā)信號出現(xiàn)，并且RC充電完成。這種特性在需要對連續(xù)的、不規(guī)則間隔的輸入脈沖進(jìn)行“展寬”處理，或者需要實現(xiàn)脈沖延長的應(yīng)用中非常有用。

4. 脈沖寬度計算與外部元件選擇

74HC123AN的輸出脈沖寬度(TW)由外部電阻(REXT)和外部電容(CEXT)的值決定。這是一個近似的計算公式，具體系數(shù)可能因制造商和工作電壓略有不同，但通用形式為：

TW≈K×REXT×CEXT

其中：

• TW：輸出脈沖寬度，單位為納秒(ns)、微秒(μs)或毫秒(ms)。

• REXT：外部電阻，單位為歐姆(Ω)或千歐(kΩ)。通常建議選擇10 kΩ到1 M$Omega$之間的電阻值，以保證穩(wěn)定的計時。電阻值過小可能導(dǎo)致電流過大，電阻值過大可能受漏電流影響導(dǎo)致精度下降。

• CEXT：外部電容，單位為皮法(pF)、納法(nF)或微法(μF)。應(yīng)選擇高質(zhì)量、低漏電流的電容，例如陶瓷電容（小容量）或聚酯薄膜電容（大容量）。電解電容不推薦用于精確計時，因為其漏電流較大且容量穩(wěn)定性較差。

• K：一個比例常數(shù)，其值通常在0.45到0.7之間，具體數(shù)值需要查閱所選芯片制造商的數(shù)據(jù)手冊（Datasheet）。例如，TI的74HC123可能推薦K≈0.45，而NXP的可能推薦K≈0.47。這個系數(shù)還會受到電源電壓VCC的影響，通常在數(shù)據(jù)手冊中有詳細(xì)的曲線圖或表格說明。

外部元件選擇的注意事項：

• 電阻R_EXT： 應(yīng)連接在R_EXT引腳和VCC之間。不要將R_EXT直接連接到GND。

• 電容C_EXT： 應(yīng)連接在C_EXT引腳和GND之間。

• 電阻和電容的范圍： 通常，數(shù)據(jù)手冊會給出推薦的R_EXT和C_EXT范圍。超出這些范圍可能導(dǎo)致脈沖寬度不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確或芯片無法正常工作。例如，C_EXT通常建議不低于100 pF，以減少寄生電容的影響。

• 溫度漂移： R_EXT和C_EXT的溫度系數(shù)會影響脈沖寬度的穩(wěn)定性。在需要高精度的應(yīng)用中，應(yīng)選擇低溫度系數(shù)的元件。

• 漏電流： 電容的漏電流會影響脈沖寬度精度，特別是當(dāng)C_EXT值較大或脈沖寬度較長時。因此，選擇低漏電流的電容非常重要。

5. 典型應(yīng)用電路

74HC123AN的應(yīng)用非常廣泛，以下是一些典型的應(yīng)用場景和電路配置：

5.1. 脈沖生成器

這是74HC123AN最基本的應(yīng)用。通過合適的R_EXT和C_EXT選擇，可以生成特定寬度的單次脈沖。

• 電路連接： 將CLR引腳連接到VCC。選擇A或B作為觸發(fā)輸入，另一個觸發(fā)輸入根據(jù)需要連接。例如，如果使用A輸入下降沿觸發(fā)，則B輸入應(yīng)連接到VCC；如果使用B輸入上升沿觸發(fā)，則A輸入應(yīng)連接到GND。R_EXT連接在R_EXT引腳和VCC之間，C_EXT連接在C_EXT引腳和GND之間。

• 觸發(fā)方式： 可以通過一個按鍵（去抖動后）、傳感器輸出或另一個邏輯門的輸出作為觸發(fā)源。

• 輸出： Q或Q非輸出可用于驅(qū)動LED、蜂鳴器、繼電器或其他數(shù)字邏輯電路。

5.2. 定時器/延遲電路

利用74HC123AN的脈沖生成功能，可以實現(xiàn)精確的定時延遲。當(dāng)一個事件發(fā)生后，經(jīng)過設(shè)定的延遲時間再觸發(fā)另一個事件。

• 電路連接： 與脈沖生成器類似，配置R_EXT和C_EXT以獲得所需的延遲時間。

• 工作原理： 輸入信號觸發(fā)74HC123AN，使其輸出一個寬度等于所需延遲時間的脈沖。當(dāng)這個脈沖結(jié)束后（即Q輸出從高電平變?yōu)榈碗娖?，或Q非輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剑?，即可觸發(fā)下一個事件。

5.3. 頻率分頻器（結(jié)合外部邏輯）

雖然74HC123AN本身不是專門的頻率分頻器，但通過與外部計數(shù)器或觸發(fā)器結(jié)合，可以實現(xiàn)頻率分頻。例如，可以將其配置為在每個N個輸入脈沖后產(chǎn)生一個輸出脈沖。

5.4. 脈沖整形器

將寬度不規(guī)則的輸入脈沖轉(zhuǎn)換為寬度固定、干凈的輸出脈沖。這在處理噪聲信號或從模擬信號中提取數(shù)字脈沖時非常有用。

• 電路連接： 將不規(guī)則脈沖作為觸發(fā)輸入（例如A輸入）。

• 工作原理： 74HC123AN的再觸發(fā)特性允許它在接收到新的觸發(fā)信號時延長當(dāng)前的輸出脈沖。但是，如果輸入脈沖的寬度變化很大，并且需要一個固定寬度的輸出脈沖，可以通過將74HC123AN的輸出接到下一個邏輯門，或者合理配置R_EXT和C_EXT，確保即使在再觸發(fā)的情況下也能維持穩(wěn)定的脈沖寬度。對于簡單的脈沖整形，只需確保輸入脈沖的最小寬度足以觸發(fā)74HC123AN，并且在觸發(fā)后，內(nèi)部定時器獨立計時并產(chǎn)生預(yù)設(shè)寬度的脈沖。

5.5. 丟失脈沖檢測器

利用再觸發(fā)特性，可以檢測輸入脈沖序列中是否有丟失的脈沖。

• 電路連接： 將待檢測的脈沖序列連接到觸發(fā)輸入（例如A輸入）。

• 工作原理： 將74HC123AN的脈沖寬度設(shè)定為略大于正常輸入脈沖周期。如果輸入脈沖正常，每次新的脈沖到來都會重新觸發(fā)74HC123AN，使其輸出一直保持高電平。一旦某個脈沖丟失，74HC123AN的計時器將完成計數(shù)，Q輸出變?yōu)榈碗娖?，表示有脈沖丟失。

6. 電氣特性與操作限值

查閱74HC123AN的數(shù)據(jù)手冊是了解其電氣特性和操作限值的最重要步驟。這些參數(shù)決定了芯片的性能和可靠性。主要參數(shù)包括：

• 電源電壓（VCC）： 74HC系列通常在2V到6V之間。超出此范圍可能損壞芯片。

• 高電平輸入電壓（VIH）/低電平輸入電壓（VIL）： 決定了芯片正確識別邏輯高電平和邏輯低電平的電壓閾值。

• 高電平輸出電壓（VOH）/低電平輸出電壓（VOL）： 決定了芯片輸出邏輯高電平和低電平時的電壓值。

• 高電平輸入電流（IIH）/低電平輸入電流（IIL）： 輸入引腳在不同邏輯狀態(tài)下的漏電流。

• 高電平輸出電流（IOH）/低電平輸出電流（IOL）： 輸出引腳在驅(qū)動負(fù)載時的最大電流能力。這決定了芯片可以驅(qū)動的LED、其他邏輯門等負(fù)載的數(shù)量。

• 傳播延遲時間（tPLH/tPHL）： 信號從輸入端傳播到輸出端所需的時間。這個參數(shù)對于高速系統(tǒng)設(shè)計非常重要。

• 最小觸發(fā)脈沖寬度： 觸發(fā)輸入信號必須保持有效狀態(tài)的最小時間，以確保芯片正確識別觸發(fā)。

• 建立時間/保持時間： 對于某些觸發(fā)方式，可能需要滿足建立時間和保持時間要求。

• 功耗（ICC）： 芯片在靜態(tài)和動態(tài)工作時的電流消耗。

• 工作溫度范圍： 芯片正常工作的環(huán)境溫度范圍，通常有商業(yè)級（0°C至70°C）、工業(yè)級（-40°C至85°C）和軍用級（-55°C至125°C）。

• 存儲溫度范圍： 芯片在不通電狀態(tài)下可以安全存儲的溫度范圍。

絕對最大額定值（Absolute Maximum Ratings）： 這是芯片在不造成永久性損壞的情況下可以承受的最大應(yīng)力。在任何情況下，操作都不能超過這些值。例如，輸入電壓不能超過VCC+0.5V或低于GND-0.5V。長時間或反復(fù)在絕對最大額定值下操作可能影響芯片的可靠性。

7. 設(shè)計考慮與注意事項

在使用74HC123AN進(jìn)行電路設(shè)計時，除了上述基本原理和特性外，還需要考慮以下幾個方面：

• 電源去耦： 在VCC和GND引腳附近放置一個0.1$muF到1mu$F的去耦電容。這有助于濾除電源噪聲，確保芯片穩(wěn)定工作，尤其是在高速開關(guān)時。

• 未使用的輸入引腳處理： 未使用的輸入引腳（如未用的A、B、CLR輸入）必須連接到VCC或GND，而不是懸空。懸空輸入容易受到噪聲干擾，導(dǎo)致芯片誤觸發(fā)或功耗增加。

• 外部元器件的選擇：

• R_EXT： 選擇金屬膜電阻，以獲得更好的精度和穩(wěn)定性。確保電阻的功耗額定值足夠。

• C_EXT： 對于精確計時，應(yīng)選擇聚丙烯（Polypropylene）、聚酯薄膜（Polyester Film）或COG/NPO陶瓷電容。電解電容的容量誤差大，漏電流高，不適合精確計時。

• 溫度對RC的影響： 溫度變化會影響電阻和電容的實際值，從而影響脈沖寬度。在寬溫度范圍應(yīng)用中，需要選擇溫度系數(shù)低的元件或進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

• 輸出負(fù)載： 確保74HC123AN的輸出電流能力（IOH/IOL）足以驅(qū)動所連接的負(fù)載。如果需要驅(qū)動較大電流的負(fù)載（如繼電器線圈），應(yīng)通過額外的驅(qū)動電路（如晶體管）進(jìn)行緩沖。

• 輸入信號質(zhì)量： 確保輸入觸發(fā)信號是干凈、無抖動的，并且滿足最小脈沖寬度和上升/下降時間要求。如果輸入信號有毛刺或噪聲，可能需要增加RC濾波器或施密特觸發(fā)器進(jìn)行預(yù)處理。

• 長脈沖產(chǎn)生： 對于需要產(chǎn)生幾秒甚至幾分鐘的長脈沖，R_EXT和C_EXT的值會非常大。此時，需要特別注意C_EXT的漏電流，因為它會對脈沖精度產(chǎn)生顯著影響?？梢钥紤]使用低漏電流的鉭電容或組合使用多個小電容來達(dá)到所需容量。另一種方法是使用分頻器與74HC123AN配合，或者選擇專門用于長定時時間的定時器IC（如555定時器）。

• 再觸發(fā)的應(yīng)用： 充分利用74HC123AN的再觸發(fā)特性。例如，在看門狗定時器應(yīng)用中，如果系統(tǒng)持續(xù)發(fā)送“心跳”信號，74HC123AN就會被持續(xù)再觸發(fā)，輸出保持穩(wěn)定；一旦心跳信號停止，74HC123AN的輸出就會翻轉(zhuǎn)，指示系統(tǒng)異常。

• 功耗管理： 雖然74HC系列功耗較低，但在電池供電等對功耗敏感的應(yīng)用中，仍需注意靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。減少不必要的開關(guān)次數(shù)和使用適當(dāng)?shù)腞_EXT/C_EXT值有助于降低功耗。

8. 74HC123AN 與其他單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的比較

在選擇單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器時，了解74HC123AN與其他常見芯片的異同有助于做出最佳選擇：

• 與555定時器： 555定時器是最常見的定時IC之一，可以配置為單穩(wěn)態(tài)模式。

• 優(yōu)點： 555價格低廉，功能多樣，可以產(chǎn)生較長的定時時間。

• 缺點： 555的精度相對較低，尤其是溫度穩(wěn)定性不如74HC123AN；需要更多的外部元件來配置觸發(fā)邏輯和復(fù)位功能；其輸出驅(qū)動能力可能不如74HC系列。此外，555是模擬IC，對電源噪聲更為敏感。

• 再觸發(fā)： 555通常沒有原生的再觸發(fā)功能，需要額外的邏輯來實現(xiàn)。

• 總結(jié)： 對于簡單的、對精度要求不高的長定時應(yīng)用，555可能更經(jīng)濟(jì)。對于數(shù)字系統(tǒng)中的精確短脈沖生成和再觸發(fā)需求，74HC123AN更具優(yōu)勢。

• 與CD4098B（CMOS）： CD4098B也是一款雙路可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，屬于CD4000系列CMOS邏輯IC。

• 優(yōu)點： 與74HC123AN功能類似，具有再觸發(fā)功能。

• 缺點： CD4098B通常比74HC123AN更慢（傳播延遲更大），驅(qū)動能力可能稍弱，且引腳配置可能有所不同。其工作電壓范圍可能更寬（通常3V-15V），但在5V電壓下，74HC123AN通常更快。

• 總結(jié)： 在對速度要求不高，或需要更寬工作電壓范圍的低速CMOS系統(tǒng)中，CD4098B可能是替代選擇。在追求更高速度和與標(biāo)準(zhǔn)74HC邏輯系列兼容性時，74HC123AN更優(yōu)。

• 與TTL系列（如74LS123）： 74LS123是TTL系列的對應(yīng)型號。

• 優(yōu)點： 歷史悠久，應(yīng)用廣泛。

• 缺點： 功耗相對較高；輸入阻抗較低，需要考慮電流灌入/拉出能力；抗噪聲能力不如CMOS系列；工作電壓范圍通常限于5V。

• 總結(jié)： 74HC123AN在大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計中已取代了TTL型號，因為它提供更低的功耗、更高的噪聲容限和更寬的工作電壓范圍。

9. 故障排除

當(dāng)74HC123AN電路不按預(yù)期工作時，可以檢查以下幾個方面：

• 電源連接： 確認(rèn)VCC和GND連接正確，并且電源電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。

• 去耦電容： 檢查電源引腳旁的去耦電容是否正確安裝，容量是否合適。

• CLR引腳： 確保CLR引腳在不復(fù)位時連接到VCC。如果懸空或接錯，芯片可能無法觸發(fā)。

• R_EXT和C_EXT連接： 檢查外部電阻和電容是否正確連接，并且值在推薦范圍內(nèi)。R_EXT通常接在R_EXT引腳和VCC之間，C_EXT接在C_EXT引腳和GND之間。

• 外部元件質(zhì)量： 檢查R_EXT和C_EXT的實際值是否與標(biāo)稱值一致，特別是C_EXT是否存在漏電流或容量衰減。

• 觸發(fā)信號：

• 信號電平： 檢查觸發(fā)信號（A或B）的邏輯電平是否滿足VIH/VIL要求。

• 信號質(zhì)量： 檢查觸發(fā)信號是否有毛刺、抖動或過慢的上升/下降沿。必要時使用示波器觀察。

• 觸發(fā)邏輯： 確認(rèn)觸發(fā)A和B輸入引腳的邏輯組合是否符合芯片的觸發(fā)條件（例如，A下降沿觸發(fā)時B必須為高電平，B上升沿觸發(fā)時A必須為低電平）。

• 最小脈沖寬度： 觸發(fā)信號的持續(xù)時間是否滿足芯片數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的最小脈沖寬度要求。

• 輸出負(fù)載： 檢查輸出引腳是否過載，即連接的負(fù)載電流是否超過了芯片的IOL/IOH能力。過載會導(dǎo)致輸出電壓跌落，甚至損壞芯片。

• 芯片損壞： 在排除所有外部原因后，如果問題仍然存在，可能是芯片本身損壞?？梢試L試更換新的芯片進(jìn)行測試。

• 引腳焊接： 檢查所有引腳是否有虛焊、短路或連接錯誤。

10. 總結(jié)與展望

74HC123AN作為一款經(jīng)典的CMOS雙路再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，憑借其靈活的脈沖寬度可調(diào)性、再觸發(fā)能力、低功耗和高抗干擾性，在各種數(shù)字電路應(yīng)用中扮演著重要角色。從簡單的脈沖生成到復(fù)雜的時序控制，它都是工程師們值得信賴的選擇。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，雖然更集成、更智能的微控制器和FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的時序邏輯，但對于一些簡單、成本敏感、對功耗要求較高的固定功能應(yīng)用，如按鈕去抖、簡單的定時器、脈沖整形等，74HC123AN依然是高效、可靠且經(jīng)濟(jì)的解決方案。理解其核心工作原理、電氣特性和應(yīng)用技巧，將幫助工程師們在設(shè)計中更好地利用這款通用邏輯IC的強(qiáng)大功能。