深入解析MC14538B：雙精度可重觸發(fā)/可復(fù)位單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種常用的電路元件，它能夠產(chǎn)生精確的脈沖信號(hào)，廣泛應(yīng)用于各種定時(shí)、計(jì)數(shù)和控制電路中。今天，我們就來(lái)深入探討一下安森美（ON Semiconductor）推出的一款雙精度可重觸發(fā)/可復(fù)位單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器——MC14538B。

文件下載：NLV14538BDR2G.pdf

一、MC14538B概述

MC14538B是一款雙路、可重觸發(fā)、可復(fù)位的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。它具有以下顯著特點(diǎn)：

• 寬脈沖寬度范圍：脈沖寬度范圍從10μs到10s，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)脈沖寬度的需求。
• 可從任意邊沿觸發(fā)：可以從輸入脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā)，為電路設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。
• 高精度輸出：輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間和精度由外部定時(shí)組件CX和RX決定，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的脈沖控制。
• 低功耗驅(qū)動(dòng)能力：在額定溫度范圍內(nèi)，能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)低功耗TTL負(fù)載或一個(gè)低功耗肖特基TTL負(fù)載。
• 引腳兼容：與MC14528B和CD4528B（CD4098）引腳兼容，方便工程師進(jìn)行替換和升級(jí)。

二、關(guān)鍵參數(shù)與特性

（一）最大額定值

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確保各個(gè)參數(shù)不超過(guò)這些最大額定值，否則可能會(huì)損壞器件，影響其性能和可靠性。

（二）電氣特性

MC14538B的電氣特性決定了其在不同電壓和溫度條件下的性能表現(xiàn)。以下是一些重要的電氣特性參數(shù)：

• 輸出電壓：在不同的VDD電壓下，輸出“0”電平和“1”電平具有穩(wěn)定的值，能夠滿足數(shù)字電路的邏輯要求。
• 輸入電壓：規(guī)定了輸入“0”電平和“1”電平的范圍，確保器件能夠正確識(shí)別輸入信號(hào)。
• 輸出驅(qū)動(dòng)電流：包括源電流和灌電流，體現(xiàn)了器件驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。
• 輸入電流和電容：輸入電流非常小，輸入電容也在合理范圍內(nèi)，對(duì)前級(jí)電路的影響較小。
• 靜態(tài)電流：在不同的VDD電壓下，靜態(tài)電流的值不同，反映了器件的功耗特性。

（三）開(kāi)關(guān)特性

開(kāi)關(guān)特性描述了器件在信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的時(shí)間參數(shù)，對(duì)于高速電路設(shè)計(jì)尤為重要。以下是一些關(guān)鍵的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)：

• 輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間：隨著VDD電壓的增加，輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間逐漸減小，響應(yīng)速度更快。
• 傳播延遲時(shí)間：從輸入信號(hào)到輸出信號(hào)的傳播延遲時(shí)間也隨著VDD電壓的增加而減小。
• 輸入上升和下降時(shí)間：對(duì)不同輸入引腳的上升和下降時(shí)間有一定的要求，需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考慮。
• 輸入脈沖寬度：規(guī)定了輸入脈沖的最小寬度，以確保器件能夠正常觸發(fā)。
• 重觸發(fā)時(shí)間：對(duì)于可重觸發(fā)的功能，重觸發(fā)時(shí)間是一個(gè)重要參數(shù)，MC14538B的重觸發(fā)時(shí)間為0ns。
• 輸出脈沖寬度：輸出脈沖寬度與外部定時(shí)組件CX和RX有關(guān)，可以通過(guò)公式T = RX CX計(jì)算。

三、工作原理

（一）觸發(fā)操作

在輸入觸發(fā)信號(hào)之前，單穩(wěn)態(tài)處于靜止?fàn)顟B(tài)，Q輸出為低電平，定時(shí)電容CX完全充電到VDD。當(dāng)觸發(fā)輸入A從VSS變?yōu)閂DD（同時(shí)輸入B和Reset保持在VDD）時(shí)，識(shí)別到有效觸發(fā)，比較器C1和N溝道晶體管N1導(dǎo)通。此時(shí)，輸出鎖存器被置位，電容CX通過(guò)晶體管N1迅速放電至Vref1。當(dāng)電容電壓達(dá)到Vref1時(shí)，比較器C1狀態(tài)改變，晶體管N1關(guān)閉，比較器C2導(dǎo)通。隨后，電容CX通過(guò)定時(shí)電阻RX開(kāi)始充電，當(dāng)電容電壓等于Vref2時(shí)，比較器C2狀態(tài)改變，輸出鎖存器復(fù)位，定時(shí)周期結(jié)束，單穩(wěn)態(tài)回到靜止?fàn)顟B(tài)，等待下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。

（二）重觸發(fā)操作

如果在Q輸出返回靜止（零）狀態(tài)之前發(fā)生有效觸發(fā)，并且在引腳2或14的定時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓從Vref1開(kāi)始上升但尚未達(dá)到Vref2時(shí)再次發(fā)生有效觸發(fā)，將導(dǎo)致輸出脈沖寬度T增加。當(dāng)發(fā)生有效重觸發(fā)時(shí)，CX/RX處的電壓將再次下降到Vref1，然后沿著RC充電曲線向VDD上升。Q輸出將保持高電平，直到最后一次有效重觸發(fā)后的時(shí)間T。

（三）復(fù)位操作

MC14538B可以在輸出脈沖生成期間進(jìn)行復(fù)位。在復(fù)位模式下，Reset輸入上的脈沖設(shè)置復(fù)位鎖存器，并通過(guò)導(dǎo)通晶體管P1使電容快速充電到VDD。當(dāng)電容電壓達(dá)到Vref2時(shí)，復(fù)位鎖存器清除，準(zhǔn)備接受下一個(gè)脈沖。如果Reset輸入保持低電平，任何觸發(fā)輸入都將被抑制，輸出鎖存器的Q和Q輸出將不會(huì)改變。由于在Reset輸入上檢測(cè)到低電平時(shí)Q輸出被復(fù)位，因此輸出脈沖T可以顯著短于最小脈沖寬度規(guī)格。

四、電源關(guān)斷考慮

在使用大電容值時(shí)，由于存儲(chǔ)的能量較大，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)包含MC14538B的系統(tǒng)斷電時(shí)，電容電壓可能會(huì)通過(guò)引腳2或14上的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)二極管從VDD放電。因此，保護(hù)二極管中的電流應(yīng)限制在10mA以內(nèi)，VDD電源的放電時(shí)間不得快于(VDD)×(C)/(10mA)。例如，如果VDD = 10V，CX = 10μF，VDD電源的放電速度不應(yīng)快于(10V)×(10μF)/(10mA) = 10ms。為了避免在VDD快速降至零伏時(shí)對(duì)MC14538B造成損壞，可以使用一個(gè)外部鉗位二極管DX，連接方式如文檔中的圖11所示。

五、典型應(yīng)用

MC14538B的特性使其在許多電路設(shè)計(jì)中都有廣泛的應(yīng)用，以下是一些典型的應(yīng)用電路示例：

（一）可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路

通過(guò)合適的外部定時(shí)組件和觸發(fā)信號(hào)設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路，用于脈沖延長(zhǎng)、定時(shí)控制等應(yīng)用。

（二）非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路

在不需要重觸發(fā)功能的場(chǎng)景下，可以將MC14538B配置為非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生固定寬度的脈沖信號(hào)。

六、封裝與訂購(gòu)信息

MC14538B提供了多種封裝形式，如SOIC - 16、TSSOP - 16等，以滿足不同的應(yīng)用需求和電路板布局要求。同時(shí)，文檔中還提供了詳細(xì)的訂購(gòu)信息，包括不同封裝和前綴的產(chǎn)品編號(hào)、每單位的包裝數(shù)量等，方便工程師進(jìn)行采購(gòu)。

總之，MC14538B是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，在電子設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。希望通過(guò)本文的介紹，能夠幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款器件。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路要求，合理選擇外部組件和參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。如果你在使用MC14538B的過(guò)程中遇到任何問(wèn)題或有獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。