德州儀器SN74ACT157-Q1：汽車級(jí)多路數(shù)據(jù)選擇器的深度剖析

作為一名電子工程師，在設(shè)計(jì)中選擇合適的器件至關(guān)重要。今天我們來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的SN74ACT157-Q1，這是一款專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的四路2選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，它在數(shù)據(jù)選擇和多路復(fù)用方面有著出色的表現(xiàn)。

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1. 器件特性

1.1 汽車級(jí)認(rèn)證

SN74ACT157-Q1通過了AEC-Q100認(rèn)證，這意味著它能滿足汽車應(yīng)用的嚴(yán)格要求。其工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C（器件溫度等級(jí)1），人體模型（HBM）靜電放電（ESD）分類等級(jí)為2，帶電設(shè)備模型（CDM）ESD分類等級(jí)為C4B，這些特性保證了器件在復(fù)雜的汽車環(huán)境中的可靠性。

1.2 封裝優(yōu)勢(shì)

該器件提供可焊?jìng)?cè)翼QFN封裝，這種封裝不僅有助于提高焊接質(zhì)量，還方便進(jìn)行自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）。同時(shí)，可焊?jìng)?cè)翼增加了焊料附著力的表面積，有利于形成可靠的側(cè)面焊腳。

1.3 電氣性能

• 寬電壓范圍：工作電壓范圍為4.5V至5.5V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• TTL兼容性：輸入與TTL邏輯器件兼容，方便與其他TTL設(shè)備進(jìn)行接口。
• 強(qiáng)大的驅(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)支持高達(dá)±75mA的輸出驅(qū)動(dòng)電流，還能驅(qū)動(dòng)50Ω?jìng)鬏斁€。
• 高速運(yùn)行：最大延遲僅為8.2ns，能滿足高速數(shù)據(jù)處理的需求。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

SN74ACT157-Q1主要用于數(shù)據(jù)選擇和多路復(fù)用。例如，在一個(gè)需要切換4位數(shù)據(jù)總線的系統(tǒng)中，它可以輕松地在兩個(gè)源設(shè)備之間進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的靈活傳輸。

3. 器件詳細(xì)信息

3.1 引腳配置與功能

SN74ACT157-Q1有兩種封裝形式：16引腳的TSSOP（PW）和16引腳的WQFN（BQB）。每個(gè)引腳都有其特定的功能，如地址選擇（A/B）、數(shù)據(jù)輸入（1A、1B等）和數(shù)據(jù)輸出（1Y、2Y等）。此外，輸出使能引腳（G）為低電平時(shí)，所有輸出引腳（Y）將被強(qiáng)制拉低。

3.2 規(guī)格參數(shù)

3.2.1 絕對(duì)最大額定值

這是器件正常工作的極限參數(shù)，如電源電壓范圍為 -0.5V至7V，輸入和輸出電壓范圍為 -0.5V至VCC + 0.5V等。超過這些范圍可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。

3.2.2 ESD額定值

HBM ESD分類等級(jí)為2（±2000V），CDM ESD分類等級(jí)為C4B（±1000V），這表明器件具有一定的抗靜電能力，但在使用過程中仍需注意靜電防護(hù)。

3.2.3 推薦工作條件

在推薦工作條件下，器件能發(fā)揮最佳性能。例如，電源電壓應(yīng)在4.5V至5.5V之間，高電平輸入電壓不低于2V，低電平輸入電壓不高于0.8V等。

3.2.4 熱信息

不同封裝的熱阻參數(shù)不同，如TSSOP封裝的RθJA為139.5°C/W，WQFN封裝的RθJA為98.6°C/W。了解這些參數(shù)有助于進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，確保器件在合適的溫度下工作。

3.2.5 電氣特性

包括輸出電壓、輸入電流、電源電流等參數(shù)。例如，在不同的輸出電流下，輸出電壓會(huì)有相應(yīng)的變化；輸入電流在特定條件下最大為±1μA。

3.2.6 開關(guān)特性

在CL = 50pF的負(fù)載條件下，測(cè)量了不同輸入到輸出的傳播延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間。典型值在TA = 25°C時(shí)測(cè)量，這些參數(shù)對(duì)于高速電路設(shè)計(jì)非常重要。

4. 特性描述

4.1 平衡CMOS推挽輸出

這種輸出結(jié)構(gòu)使得器件能夠吸收和源出相似的電流，但在輕負(fù)載下可能會(huì)產(chǎn)生快速的邊沿，因此在布線和負(fù)載設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮防止振鈴現(xiàn)象。同時(shí)，要注意限制輸出功率，避免過流損壞器件。未使用的推挽CMOS輸出應(yīng)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。

4.2 TTL兼容CMOS輸入

輸入與TTL邏輯器件兼容，輸入電壓閾值較低。這些輸入具有高阻抗，通?？梢杂靡粋€(gè)電阻與輸入電容并聯(lián)來建模。在工作過程中，輸入信號(hào)必須快速在有效邏輯狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，否則會(huì)導(dǎo)致功耗增加和振蕩問題。未使用的輸入必須連接到VCC或GND，以避免懸空。

4.3 可焊?jìng)?cè)翼

可焊?jìng)?cè)翼有助于提高焊接質(zhì)量和檢測(cè)便利性，特別是在QFN封裝中。它增加了焊料附著力的表面積，有利于形成可靠的側(cè)面焊腳。

4.4 鉗位二極管結(jié)構(gòu)

輸入和輸出都具有正負(fù)鉗位二極管，可防止電壓超出絕對(duì)最大額定值。但要注意，雖然在一定條件下輸入和輸出電壓可以超過額定值，但必須滿足輸入和輸出鉗位電流的要求。

5. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 典型應(yīng)用

以一個(gè)4位數(shù)據(jù)總線切換系統(tǒng)為例，SN74ACT157-Q1可以通過地址選擇引腳（A/B）在兩個(gè)源設(shè)備之間切換數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)過程中，需要考慮電源、輸入和輸出等方面的要求。

5.2 設(shè)計(jì)要求

5.2.1 電源考慮

電源電壓必須在推薦工作條件范圍內(nèi)，正電源要能夠提供足夠的電流，包括所有輸出的總電流、靜態(tài)電源電流和開關(guān)所需的瞬態(tài)電流。同時(shí)，要確保通過VCC和GND的總電流不超過絕對(duì)最大額定值。負(fù)載電容建議不超過50pF，以保證器件的性能。

5.2.2 輸入考慮

輸入信號(hào)必須在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，未使用的輸入應(yīng)連接到VCC或GND。輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換速度要滿足推薦工作條件的要求，否則會(huì)影響器件的性能。

5.2.3 輸出考慮

輸出高電壓由正電源電壓產(chǎn)生，輸出低電壓由地電壓產(chǎn)生。推挽輸出不能直接連接在一起，以免產(chǎn)生過大電流損壞器件。同一器件中具有相同輸入信號(hào)的兩個(gè)通道可以并聯(lián)以增加輸出驅(qū)動(dòng)能力。未使用的輸出可以懸空，但不要直接連接到VCC或GND。

5.2.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

• 添加去耦電容：在VCC和GND之間添加一個(gè)去耦電容，電容應(yīng)靠近器件放置，以提供良好的電源旁路。
• 控制負(fù)載電容：確保輸出負(fù)載電容不超過50pF，可通過合理布線實(shí)現(xiàn)。
• 控制負(fù)載電阻：輸出負(fù)載電阻應(yīng)大于 (VCC / IO(max)) Ω，以防止輸出電流超過絕對(duì)最大額定值。
• 熱管理：雖然邏輯門的熱問題通常不是主要關(guān)注點(diǎn)，但可以通過相關(guān)應(yīng)用報(bào)告中的方法計(jì)算功耗和熱增加。

5.3 電源供應(yīng)建議

電源電壓應(yīng)在推薦工作條件的范圍內(nèi)，每個(gè)VCC引腳應(yīng)連接一個(gè)旁路電容，以防止電源干擾。對(duì)于SN74ACT157-Q1，建議使用0.1μF的旁路電容，也可以并聯(lián)多個(gè)不同值的電容以抑制不同頻率的噪聲。

5.4 布局設(shè)計(jì)

5.4.1 布局指南

• 旁路電容放置：靠近器件的正電源引腳，提供短的接地返回路徑，使用寬走線以減小阻抗，盡量將器件、電容和走線放在電路板的同一側(cè)。
• 信號(hào)走線幾何形狀：走線寬度為8mil至12mil，長度小于12cm以減小傳輸線效應(yīng)。避免信號(hào)走線出現(xiàn)90°拐角，在信號(hào)走線下方使用完整的接地平面，并在走線周圍填充接地。對(duì)于長度超過12cm的走線，應(yīng)使用阻抗控制走線，并在輸出端附近使用串聯(lián)阻尼電阻進(jìn)行源端端接，避免分支走線。

5.4.2 布局示例

文檔中提供了不同封裝的布局示例，包括旁路電容的放置、走線拐角的優(yōu)化等，這些示例有助于提高信號(hào)完整性。

6. 器件與文檔支持

6.1 文檔支持

德州儀器提供了相關(guān)的應(yīng)用筆記，如CMOS Power Consumption and Cpd Calculation、Designing With Logic、Thermal Characteristics of Standard Linear and Logic (SLL) Packages and Devices等，這些文檔可以幫助工程師更好地理解和使用該器件。

6.2 文檔更新通知

工程師可以在ti.com上注冊(cè)設(shè)備產(chǎn)品文件夾的通知，以接收文檔更新的每周摘要。

6.3 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、準(zhǔn)確答案和設(shè)計(jì)幫助的重要來源，在這里可以與專家直接交流。

6.4 靜電放電注意事項(xiàng)

由于該集成電路容易受到ESD損壞，因此在處理和安裝過程中必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，以避免性能下降或器件失效。

總結(jié)

SN74ACT157-Q1是一款功能強(qiáng)大的汽車級(jí)四路2選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，具有多種優(yōu)秀的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分考慮其電氣性能、熱特性、布局要求等因素，以確保系統(tǒng)的可靠性和性能。希望本文能為電子工程師在使用SN74ACT157-Q1進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在使用類似器件時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。