深入解析SN74TVC16222A 22位電壓鉗位器：功能、特性與應(yīng)用

一、引言

在電子設(shè)計中，對于保護對高電平電壓過沖敏感的輸入輸出（I/O）電路，是一個常見且重要的問題。德州儀器（TI）的Widebus?系列中的SN74TVC16222A 22位電壓鉗位器，為解決這一問題提供了有效的解決方案。本文將詳細(xì)介紹該器件的功能、特性、應(yīng)用場景以及相關(guān)的技術(shù)要點。

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二、SN74TVC16222A概述

2.1 基本功能

SN74TVC16222A提供了23個帶有公共柵極的并行NMOS傳輸晶體管。其低導(dǎo)通電阻特性使得在進行連接時，能夠?qū)鞑パ舆t降至最低。該器件可作為22位開關(guān)使用，通過將柵極級聯(lián)到參考晶體管，每個傳輸晶體管的低電壓側(cè)電壓會被限制在參考晶體管設(shè)定的電壓范圍內(nèi)，從而保護對高電平電壓過沖敏感的組件輸入。

2.2 關(guān)鍵特性

• 低導(dǎo)通電阻：允許連接時實現(xiàn)最小的傳播延遲。
• 任意FET可作參考晶體管：方便布局設(shè)計。
• 單芯片集成與嚴(yán)格工藝控制：相對于參考電壓（VREF），輸出電壓（VO）的偏差非常小。
• 無源器件：無需邏輯電源（VCC）。
• 直插式引腳排列：便于印刷電路板（PCB）的走線布局。
• 多種位寬和封裝可選：可優(yōu)化設(shè)計并提高成本效益。
• VREF輸入靈活：允許在不重新設(shè)計電路板的情況下遷移到更低電壓的I/O。

三、電氣特性與參數(shù)

3.1 絕對最大額定值

在工作的自由空氣溫度范圍內(nèi)，該器件有一系列的絕對最大額定值。例如，輸入電壓范圍（VI）和輸入/輸出電壓范圍（VI/O）為 -0.5 V至7 V；連續(xù)通道電流為128 mA；輸入鉗位電流（IIK，當(dāng)V1 < 0時）為 -50 mA等。不同封裝的熱阻也有所不同，如DGG封裝為70°C/W，DGV封裝為58°C/W，DL封裝為63°C/W。

3.2 推薦工作條件

推薦的輸入/輸出電壓（VI/O）范圍為0至5.5 V，柵極電壓（VGATE）范圍同樣為0至5.5 V，傳輸晶體管電流（PASS）典型值為20 mA，最大值為64 mA，工作的自由空氣溫度范圍為 -40°C至85°C。

3.3 電氣特性

在推薦的工作自由空氣溫度范圍內(nèi)，該器件有具體的電氣特性參數(shù)。例如，輸入鉗位電壓（VIK）在特定條件下為 -1.2 V；輸出低電平電壓（VOL）在特定測試條件下為350 mV；柵極電容（Ci(GATE)）在V1 = 3 V或0時為73 pF等。

四、應(yīng)用場景與電路設(shè)計

4.1 應(yīng)用背景

在個人計算機（PC）架構(gòu)中，存在著各種行業(yè)公認(rèn)的總線標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了總線通信的I/O電壓電平。然而，許多新型高性能數(shù)字集成電路采用先進的亞微米半導(dǎo)體工藝技術(shù)設(shè)計和生產(chǎn)，其I/O對高電平電壓過沖較為敏感。因此，需要對這些I/O進行電壓限制保護，TI的翻譯電壓鉗位（TVC）系列就是為此而設(shè)計的。

4.2 電壓限制應(yīng)用電路

在電壓限制配置中，公共柵極輸入必須連接到任何一個晶體管的一側(cè)（A或B），這一連接決定了參考晶體管的VBIAS輸入。VBIAS通過上拉電阻（通常為200 kΩ）連接到VDD電源，并建議在VBIAS上使用濾波電容。參考晶體管的另一側(cè)用作參考電壓（VREF）連接，VREF輸入必須小于VDDREF - 1 V，以偏置參考晶體管使其導(dǎo)通。參考晶體管調(diào)節(jié)所有傳輸晶體管的柵極電壓（VGATE），VGATE由VREF和柵源電壓差（VGS）決定，即VGATE = VREF + VGS。傳輸晶體管的低電壓側(cè)高電平電壓被限制在最大VGATE - VGS，即VREF。

五、測試與測量

5.1 參數(shù)測量信息

文檔中詳細(xì)介紹了參數(shù)測量的相關(guān)信息，包括測試接口的設(shè)置、測試儀器的校準(zhǔn)等。例如，所有輸入脈沖由具有特定特性的發(fā)生器提供，PRR ≤10 MHz，ZO = 50 Ω，tr ≤2 ns，tf ≤2 ns；輸出一次測量一個，每次測量一個轉(zhuǎn)換。

5.2 傳播延遲時間測量

通過測量參考測量點的傳播延遲得到tPLHREF和tPHLREF，通過測量被測器件的傳播延遲得到tPLHDUT和tPHLDUT，最終tPLH = tPLHDUT - tPLHREF，tPHL = tPHLDUT - tPHLREF。

六、封裝與機械數(shù)據(jù)

6.1 封裝選項

SN74TVC16222A提供多種封裝選項，如SSOP - DL、TSSOP - DGG、TVSOP - DGV等，每種封裝都有不同的訂購信息，包括包裝形式（如管裝、卷帶裝）和訂購型號。

6.2 機械數(shù)據(jù)

文檔中提供了不同封裝的機械尺寸圖和相關(guān)說明，包括線性尺寸、公差、引腳排列等信息。這些信息對于PCB設(shè)計和器件安裝非常重要。

七、常見問題解答

7.1 關(guān)于參考晶體管

任何晶體管都可以用作參考晶體管，只要其VBIAS引腳連接到柵極引腳。

7.2 VBIAS與VREF的關(guān)系

VBIAS是由VREF決定的變量，它通過電阻連接到VDD，以便偏置電壓可以由VREF控制。VDD最高可達5.5 V，參考晶體管上的VREF需要比VDDREF至少低1 V。

7.3 端口的I/O耐受性

A和B兩個端口都具有5 V的I/O耐受性。

八、總結(jié)

TI的TVC系列為保護對高電平電壓過沖敏感的I/O電路提供了有效的解決方案。SN74TVC16222A憑借其多種特性和靈活的設(shè)計，能夠滿足不同的應(yīng)用需求，為電子工程師在設(shè)計過程中提供了更多的選擇和便利。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計要求和參數(shù)，合理選擇器件和進行電路設(shè)計，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似器件時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。