一、概述
74LS153 是属于 TTL 逻辑家族中的双 4 选 1 多路复用器芯片，全称 SN74LS153，由两组独立的四路数据输入、双路使能控制以及两组地址选择线路组成。每个多路复用器可通过两位地址输入（A0、A1）在四条数据信号线中选择一路输出，同时具有单独的使能端（G），可对整个模块的输出进行整体使能或禁止。74LS153 采用 LS（低功耗肖特基）工艺制造，具有比标准 TTL 更低的功耗、更快的切换速度以及更好的抗噪性能，因此在数字电路中被广泛用于信号路由、数据选通以及组合逻辑实现等场合。该芯片封装形式通常为 16 引脚的双列直插（DIP-16）或小型封装（SOP-16），供电电压 VCC 为 +5V，工作电流典型值约为 10~20mA，输出为 TTL 电平，同时输入允许较宽的共模电压范围，可兼容多种逻辑电平接口。
二、封装与外观
74LS153 封装体积适中，典型的 DIP-16 塑封封装外形尺寸约为 长 20mm、宽 7.5mm、高 3.3mm，引脚间距标准为 2.54mm，使其可直接插入面包板或标准 PCB 孔径。芯片正面通常印有“74LS153”字样及生产批次号，背面平坦无标识。SOP-16 封装尺寸更小，适用于空间受限的表贴电路设计。无论何种封装，均在顶视图时从左上角开始按逆时针方向编号，编号规则与否则从 G1、A1、B1 等标记可帮助快速定位各引脚功能。由于 LS 系列工艺对散热不敏感，封装底部无散热片，但在高密度电路板上仍需注意布局时避免热源积聚。
三、引脚图
以下为 74LS153 在 DIP-16 封装下的引脚排列示意（顶视图，左上角为引脚 1）：
具体对应关系如下
引脚 1：G1（使能输入 1）
引脚 2：A1（地址选择 1 的低位）
引脚 3：B1（地址选择 1 的高位）
引脚 4：1C0（第一组数据输入 0）
引脚 5：1C1（第一组数据输入 1）
引脚 6：1C2（第一组数据输入 2）
引脚 7：1C3（第一组数据输入 3）
引脚 8：GND（地，逻辑 0 参考电位）
引脚 9：2C3（第二组数据输入 3）
引脚 10：2C2（第二组数据输入 2）
引脚 11：2C1（第二组数据输入 1）
引脚 12：2C0（第二组数据输入 0）
引脚 13：B2（地址选择 2 的高位）
引脚 14：A2（地址选择 2 的低位）
引脚 15：G2（使能输入 2）
引脚 16：VCC（+5V 电源正极）
四、引脚功能表
列表标题
• G1、G2（使能输入）
• A1、B1、A2、B2（地址选择）
• 1C0～1C3、2C0～2C3（数据输入）
• 1Y、2Y（数据输出）
• VCC、GND（电源与地）
引脚功能详解
G1 和 G2 均为低电平有效的使能输入，当相应的 G 引脚为“0”电平时，对应通道才允许 A、B 地址与 C 数据线联动，输出 Y；若 G=“1”则输出被强制置为高阻状态，可实现总线隔离或输出冻结功能，非常适合多路总线共享场景。
地址选择引脚 A1、B1 和 A2、B2 的组合分别对应多路复用器的 00、01、10、11 四个状态，对应选择 C0、C1、C2、C3 四路输入之一。需要注意地址引脚在电平切换时若存在毛刺或抖动，可能导致输出短暂错误，因此在高速切换应用中可通过 RC 滤波或加缓冲门电路消除毛刺。
数据输入引脚 1C0～1C3 及 2C0～2C3 分别对应两组通道的四路待选信号，允许 TTL 兼容电平输入，对输入端可并联上拉或下拉电阻以保证静态时的确定电平。输出引脚 1Y、2Y 为高电平有效 TTL 输出，当 G 使能且地址与输入选中对应 C 线时，将选中线路上的数据通过缓冲器驱动到 Y 引脚，输出电流可达 ±8mA，满足大多数中小负载驱动需求。
VCC 引脚需稳定提供 +5V 电源，且在电源端并联 0.1μF 陶瓷旁路电容与 10μF 电解电容，用于滤除电源噪声与瞬态干扰。GND 引脚为所有逻辑信号的参考地，PCB 设计时应铺设宽地铜皮以降低接地噪声。
五、主要电气参数指标
74LS153 的电气特性是其在各类数字系统中可靠工作的基础，设计时需详细参照数据手册中提供的各项参数指标。以下为关键参数概览：
供电电压（V<sub>CC</sub>）
芯片典型工作电压为 +5.0V，允许工作范围 +4.75V 至 +5.25V。过高的电压会导致内部肖特基二极管过载，过低的电压则可能使输出电平不符合 TTL 标准，从而引发逻辑判断错误。
输入高电平阈值（V<sub>IH</sub>）
在 +25℃ 时，V<sub>IH</sub> 最小需 2.0V 以上才能被识别为高电平，若应用端信号源电压偏低，建议在输入端加缓冲门或上拉电阻，以防止地址或使能端误判。
输入低电平阈值（V<sub>IL</sub>）
最大 0.8V 以下才能被可靠地判定为低电平，若输入线路长、噪声大，可在信号源输出端增加 RC 滤波或施加接地电阻来净化信号。
输出高电平电压（V<sub>OH</sub>）
在输出为高电平并驱动 -3.2mA 负载时，V<sub>OH</sub> 下限为 2.7V，保证足够的上拉电平兼容后级 TTL 或 CMOS。
输出低电平电压（V<sub>OL</sub>）
在输出为低电平并驱动 +8.0mA 负载时，V<sub>OL</sub> 上限为 0.5V，保持清晰的低电平状态，避免误触发后级器件。
静态电流消耗（I<sub>CC</sub>）
每通道在 G=“0” 且地址任意状态时，典型静态电流约 8mA；若 G=“1”（输出高阻），所有输出全部泄漏时，静态电流约 4mA。大量并联使用时，需评估整体功耗并配备足够的旁路电容。
开关时序参数
包括地址到输出的传输延迟（t<sub>PZH</sub>／t<sub>PZL</sub>）和使能到输出的使能延迟（t<sub>EHZ</sub>／t<sub>EZH</sub>）等，典型值在 20ns 至 45ns 区间。若在 20MHz 以上系统中使用，需要结合仿真与示波器测量确认时序裕量。
全面掌握以上各项参数，能够让设计者在 PCB 布局、时序匹配、功耗管理与信号完整性等方面做出精准判断，确保 74LS153 在整个系统中稳定且高效地运行。
六、时序特性
多路复用器的核心特征在于地址变化或使能改变后，数据从输入切换到输出所需的时间。74LS153 在典型条件（V<sub>CC</sub>=5V、T<sub>j</sub>=25℃）下，其时序特性如下：
地址到输出有效延迟（t<sub>PZH</sub>、t<sub>PZL</sub>）
当地址 A、B 任一路从“0”切换到“1”或“1”切换到“0”时，C→Y 路径传输延迟通常在 30ns 左右，最快可达 20ns，最慢不超过 45ns。此延迟包括内部 TTL 缓冲门的传播时间与肖特基二极管恢复时间。
使能到输出关闭延迟（t<sub>EHZ</sub>、t<sub>EZH</sub>）
当 G 从“0”切换到“1”时，输出进入高阻态，此过程约需 25ns；当 G 从“1”切换到“0”时，输出恢复正常（随当前地址选择输入），此过程约需 30ns。高阻态切换对于总线多路共享尤为重要，需要精确控制槽口时间，以防出现总线冲突。
输出有效保持时间（t<sub>H</sub>）
在地址或使能信号切换后，输出保持先前状态的时间约为 10ns，若后级存在寄存器接收，则需确认捕获窗不受抖动影响。
故障模式时序（t<sub>F</sub>）
当地址信号存在毛刺或使能信号偶发跳变时，输出可能出现短暂的错误脉冲，此毛刺宽度通常低于 5ns，但足以对高速采样器件造成误触发，应在设计中加以滤除或使用多级触发器抖动抑制。
通过示波器在真实电路环境下捕获各路径的上升沿和下降沿时间，并对比数据手册值，可以验证所选 PCB 走线、去耦与终端电阻等设计是否满足系统时序需求。若测量值接近或超出规范上限，应考虑在输入端增加快速施密特触发缓冲器或在输出端采用阻容阻尼网络以改善信号过渡速率。
七、典型应用示例
74LS153 在数字电路中应用广泛，以下列举几种最具代表性的场景：
• CPU 总线复用
在片上或片间总线设计中，74LS153 可用来复用数据或地址线。通过两路使能引脚，可在片上存储器和外部 I/O 之间快速切换同一组物理线，从而节省 PCB 空间并简化布线。典型电路中，G1、G2 分别由片上存储器读写信号和 I/O 访问信号控制，当读存储时，存储器数据经 1C0–1C3 路由至总线；当访问 I/O 时，I/O 端口通过 2C0–2C3 输出至总线。
• 视频信号选择
对于多路复合视频信号（CVBS）、YUV 分量或 RGB 通道的切换，74LS153 能在微秒级内完成通道切换而对画面无闪烁影响。地址由数模转换器（DAC）或 TTL 逻辑生成，使能信号与场中断（VBI）同步，从而在场消隐区安全切换。
• 测试与测量设备
在自动测试设备（ATE）或示波器前端，需要对多路被测信号进行采样与比较。74LS153 可将被测信号按通道集中接至高速比较器或 ADC，地址由微控制器驱动，通过连续快速扫描完成多点测试或多路仿真。
• 音频信号路由
在专业音频处理器中，74LS153 可做为高阻隔离的低阻带路开关，用于在不同音源或不同处理路径间进行切换。由于 TTL 输出具备±8mA 驱动能力，可直接驱动小功率耳放或差分转换器，节省额外开关芯片。
八、PCB 布局与信号完整性优化
在高速数字电路中，74LS153 的性能不仅取决于器件本身的电气特性，还深受印制板布局与走线策略的影响。首先，应保证 V<sub>CC</sub> 与 GND 的去耦电容紧贴芯片电源脚，推荐在 VCC（16 脚）与 GND（8 脚）之间并联一颗 0.1 μF 陶瓷旁路电容和一颗 10 μF 电解电容，以滤除高频和低频干扰。旁路电容应放置在最短路径，焊盘之—与芯片引脚间距不超过 5 mm，否则滤波效果会大幅下降。
其次，信号走线应遵循“短、直、粗”原则。地址输入 A1、B1、A2、B2 及使能 G1、G2 为时序敏感信号，建议加敷铜层或走多条平行线以降低传输阻抗和串扰。若周边还有其他高速器件，需在 74LS153 的信号走线与其他走线之间留出至少 5 倍线宽的间距，以减少电容耦合与互感干扰。对于长距离连接，应在线路两端添加适当阻尼电阻（22 Ω～47 Ω），缓和信号边沿，抑制反射。
再次，为防止地弹（ground bounce）影响逻辑判断，地线应采用整面铜箔，并在芯片地脚周围布置“地沟”或地环，形成低阻抗回流路径，使大电流回流集中于局部，避免沿板面扩散。若电路板为多层结构，建议将芯片置于靠近电源层与地层的信号层上方，这样走线时可以自上而下形成“微带线”结构，信号参考平面稳定，有助于改善信号完整性。
最后，若在同一系统中存在高速总线或差分信号，如 PCIe、LVDS 等，应将 74LS153 及其走线与这些高速通道隔离放置；同时在芯片周围增加“隔离区”并可加装 EMI 滤波器件（如共模扼流圈或 π 型滤波网络），有效抑制来自外部或内部的电磁辐射，确保 74LS153 在噪声环境中依然能够保持清晰可靠的多路复用功能。
九、故障分析与调试方法
当 74LS153 在电路中出现功能异常时，需要系统化地分析与定位故障。首先可通过示波器探测各输入引脚的电平，确认使能脚 G1、G2 是否处于正确的低电平状态，地址脚是否有抖动或毛刺。如发现地址或使能信号在切换瞬间出现杂波，应检查上游逻辑或缓冲门，并在必要时增加 RC 滤波或施密特触发器来提高信号洁净度。
其次，对应通道的输出脚 1Y、2Y 若长时间保持高阻或电平错误，可使用数字多用表测量输出脚对地电阻，判断是否存在内部短路或开路。若测得内部短路，应立即断电并更换芯片；若为开路，则需检查 PCB 焊接质量及走线是否断裂。对于间歇性故障，可在输出脚与地或电源之间串接小电阻（100 Ω），利用示波器捕捉瞬态电流波动，判断故障是否与负载短路或过流保护触发相关。
第三，可进行时序测试。通过在地址与使能端加上已知的方波信号，调整频率，并利用双通道示波器同时观测相应的输出响应。若输出的延迟或保持时间超出规范，可判定 PCB 走线长度或去耦不足，导致内部缓冲门驱动能力下降；也可能是芯片老化或受潮引起泄漏电流增加，建议更换新品进行对比测试。
最后，常见的故障还包括受热引起的参数漂移及失效。可在故障复现时测量芯片结壳温度，若超出 74LS 系列安全范围（–55 °C 至 +85 °C），需改进散热设计或降低周围热源功率；必要时也可在调试阶段对芯片进行恒温箱测试，以排除环境温度对性能的影响。通过上述步骤，往往能快速定位故障根因，并采取相应的电路修正或器件更换，恢复系统稳定运行。
十、替代型号及扩展电路设计
在某些项目中，设计者可能因功耗、速度或封装限制而选择 74LS153 的替代品。若需要更低功耗与更高集成度，可考虑 74HC153 或 74HCT153，它们在静态功耗方面远低于 LS 系列（静态电流仅数十微安），但输出电平兼容 TTL。若对切换速度要求极高，可选用 74F153（快速 TTL），其传播延迟可低至 10ns，但静态功耗相对增大。
在多路复用与解复用需求同时存在的场合，可将两片 74LS153 级联使用，将 2Y 输出之一反向后作为另一片的使能输入，实现一级复用与二级解复用一体化设计；或者与 三态总线收发器（如 74LS245）配合，将选通后的数据放大驱动总线，从而构建更大规模的可编程数据路由矩阵。
此外，74LS153 还可与模拟开关（如 CD4066）结合，构成数字—模拟混合开关网络。将数字地址信号驱动 74LS153，同时利用其输出逻辑作为控制信号，开启相应的 CD4066 通道，从而完成对模拟音频或视频信号的选通。该混合设计在多媒体切换系统、自动测试平台中具有重要应用价值。
十一、仿真工具性能预测与验证
在产品开发早期，可利用仿真软件对 74LS153 的性能进行预测与验证。常用工具包括 SPICE 或 Mentor Graphics HyperLynx。在 SPICE 模型中，应准确引用芯片厂商提供的宏模型，包含内部肖特基二极管与 TTL 缓冲门元件，以模拟真实的开关延迟、毛刺行为及电源噪声影响。
通过在 SPICE 中搭建多路复用测试平台，可施加不同频率与幅值的地址与使能信号，观察输出脚的传输延迟、毛刺宽度及电平摆幅。若仿真结果与数据手册相差较大，需核对模型参数或在 PCB 级别增加寄生电容与走线电感进行更精确建模。
使用 HyperLynx 等专门的信号完整性工具，则可对走线进行时域反射分析（TDR）与串扰仿真，评估在 50 Ω 链路下输出信号的完整性。借助仿真结果，设计者可优化阻尼电阻位置、调整走线间距与层叠结构，提前预见高频运行时可能出现的信号畸变与互干扰。
十二、结论
74LS153 作为经典的双 4 选 1 TTL 多路复用器，以其成熟可靠、易于获取和低成本的优势，在数字电路设计中扮演重要角色。从引脚功能与电气参数，到 PCB 布局与信号完整性，再到故障分析、替代型号与仿真验证，全方位的理解和实践可以帮助工程师将该器件的性能优势最大化地应用于各类复杂系统。通过合理的去耦、走线与滤波设计，结合 SPICE 与信号完整性仿真工具，既可实现高达数十兆赫兹的开关速度，又能保持低功耗与稳定数据传输，为现代电子产品提供可靠的多路数据选通解决方案。
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